Introduction to High Energy Physics – 01# ความเร็วแสง? แล้วไงล่ะ?

หลายคนอาจเคยได้ข่าวแว่วๆมาไม่นานมานี้ เรื่องการ “ตรวจพบนิวทริโน่มีความเร็วมากกว่าความเร็วแสง” และก็มีการประโคมข่าวต่างๆนานากันขึ้นมา ไหนๆก็ไหนๆแล้วจึงอยากเขียนบทความเล่าสู่กันฟังซะหน่อยว่า “ความเร็วแสง” เนี่ยมันสำคัญอะไรนักหนากันในวงการฟิสิกส์เนี่ย

บทความนี้แม้ว่าด้วยฟิสิกส์จัดหนัก แต่ก็จะพยายามเขียนให้ง่าย ในระดับที่ปุเรงพอเข้าใจได้ครับ

~ ~ ~

ว่าด้วยว่าอะไรคือ “ความเร็ว” ก่อนละกัน ในระดับชาวบ้านง่ายๆ ก็คือสิ่งที่วัด “ระยะทางที่เคลื่อนผ่านไปต่อหนึ่งหน่วยเวลา” นั่นเอง ถ้าบอกว่ารถไฟวิ่งด้วยความเร็ว 100 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แปลว่าให้เวลามันซักหนึ่งชั่วโมง มันจะเดินทางไปได้ระยะทางหนึ่งร้อยกิโลเมตร

ปัญหามันอยู่ที่ มุมมองของแต่ละคน ผลที่อ่านมันต่างออกมาได้บ้าง

ยกตัวอย่างต่อจากเมื่อกี้ คราวนี้สมมติปุเรงและพ่อแม่ปุเรงขึ้นรถไฟจากเจนีวาไปโลซานน์ (รู้ว่าเป็นไปไม่ได้หรอก แต่สมมติเล่นๆนะ) แล้วบนรถไฟนั่น ปุเรงวิ่งเล่นไปเรื่อยๆ จากท้ายขบวนไปหัวขบวน มันเดินช้าๆด้วยความเร็ว 20 กิโลเมตรต่อชั่วโมง อันนี้พ่อกับแม่ปุเรงก็คงเห็นตรงกัน ว่าปุเรงวิ่งเร็วเท่านี้บนรถไฟ

แต่คนที่อยู่นอกรถไฟล่ะ? คุณน้อยที่ยืนส่งอยู่ข้างนอก รอที่สถานีรถไฟ คงเห็นปุเรงเท้าไฟ วิ่งด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วมันบวกความเร็วรถไฟ กลายเป็น 100+20 = 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมงไปทันที

มาถึงตรงนี้ ทุกอย่างไม่มีปัญหาอะไร ถ้าหากมุมมองของคนต่างกัน (คนนึงอยู่นิ่ง คนนึงเคลื่อนไหวไปด้วย) ก็จับมาบวกลบกันเฉยๆเท่านั้นก็พอแล้ว นี่คือหลักของกลศาสตร์ยุคคลาสสิกที่ใช้ถูกเรื่อยมาตั้งแต่กาลิเลโอ นิวตัน จนกระทั่งไอน์ไสตน์มาปฏิวัติใหม่เลย

ขอกระโดดมาสิ่งที่ไอน์สไตน์บอกทันที เรื่องทฤษฏีสัมพันธภาพพิเศษ (Special Relativity) ของเขา มันมีง่ายๆสองข้อเท่านั้นเอง (ย่นลงไปนิดๆเพื่อให้อ่านง่ายนะ)
1. กฏฟิสิกส์ไม่เปลี่ยนแปลง แม้ว่าจะไปใช้ที่คนดูคนไหนก็ตาม
2. ความเร็วแสงไม่เปลี่ยนแปลง ไม่ว่าคนดูคนไหนดูก็ตาม
(“ความเร็วแสง”ที่่ว่านี่ เรียกสั้นๆกันว่า c ครับ และมีค่าเท่ากับ 3 ร้อยล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ประมาณว่าเดินทางจากโลซานน์ไปกรุงเทพใน 0.12 วินาที)

เหมือนจะดูง่ายๆ แต่คราวนี้แหละเรื่องใหญ่เลย

กลับมาที่รถไฟขบวนเดิม คราวนี้ ถ้าหากว่าแม่ปุเรงนั่งเล่นไฟฉายอยู่ แล้วฉายมันให้แสงวิ่งจากหัวไปท้ายขบวน เธอจะวัดความเร็วมันได้เท่ากับ c ไม่ผิดจากความคาดหมายใดๆของเธอ
ส่วนคุณน้อยที่อยู่ข้างนอกรถไฟ เห็นแม่ปุเรงเล่นไฟฉายอยู่ แต่เมื่อเขาลองวัดความเร็วของแสงที่สิ่งออกมานั่น ไม่ว่ารถไฟจะวิ่งช้าวิ่งเร็วแค่ไหน ก็จะเห็นว่าแสงที่วิ่งออกจากไฟฉายมีความเร็วเท่ากับ c เช่นกัน ไม่จำเป็นต้องไปบวกลบหรือยุ่งเกี่ยวกับรถไฟอะไรเลย

ว่าอีกนัยนึงก็คือ ไม่ว่าใครจะวิ่งเร็วเท่าไหร่ ก็ไม่มีทางวิ่งตามแสงทันได้ เพราะไม่ว่าจะตามไปใกล้เท่าไหร่ ก็ยังเห็นมันวิ่งเร็วเท่าเดิมอยู่ดี…

ความหมายของ “ระยะทาง” และ “เวลา” จึงโดนลูกหลงไปเต็มๆ

~ ~ ~

ผลกระทบของปรากฏการณ์นี้ ทำให้กฏฟิสิกส์จำนวนมาก (เกือบทั้งหมด) ต้องมีการแก้ไขเพื่อรองรับข้อจำกัดนี้ แต่เราขอจบคลาสแรกเพียงเท่านั้นก่อน คราวหน้าเราจะกลับมาดูกันว่า ปรากฏการณ์อะไรแปลกๆบ้างที่เป็นผลมาจากเรื่องนี้ครับ

…หลายๆอย่าง ทำให้เรารู้ว่าสิ่งที่เราพบเห็นและสัมผัสได้ เป็นเพียงเสี้ยวเดียวของธรรมชาติที่แท้จริงเท่านั้น…

4 thoughts on “Introduction to High Energy Physics – 01# ความเร็วแสง? แล้วไงล่ะ?

  1. เข้าใจง่ายดี หมายความว่าหากเปลี่ยนรถไฟเป็นจรวด เราก็ยังวัดความเร็วแสงได้ c อยู่ดีเหรอ? ถ้าใช่ก็แปลก เหมือนกับแสงมีชีวิตอย่างนั้นแหละ

    แต่จากตัวอย่าง ถ้าปุเรงวิ่งจากหัวไปท้ายขบวน คุณน้อยต้องเห็นว่ามันวิ่ง 80 ไม่ใช่เหรอ เพราะมันวิ่งสวนความเร็วรถไฟ

    สนุกดี รอตอน 2 แล้ว

    • อ้อ เขียนผิดไปหน่อยครับ ต้องเขียนว่าปุเรงวิ่งจากท้ายไปหัวต่างหากถึงจะถูกต้อง แหม เลยทำงงเลย ^^

      ส่วนถ้าเปลี่ยนจากรถไฟเป็นจรวด ก็ใช่ครับ ถ้ามีแสงวิ่่งอยู่ในจรวด ไม่ว่าคนบนนั้น หรือคนข้างนอก ก็จะวัดความเร็วได้ c เท่ากันทั้งคู่ จะว่าเป็นเรื่องเดียวที่เสมอภาคและ universal จริงๆเลยก็ว่าได้ครับ

      (แปลกดีที่เปรยว่า “แสงมีชีวิต” นะ? น่าคิดๆ)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s