วันนี้ผมอยากจะมาพูดถึงเรื่อง ทฤษฏีสัมพัทธภาพ แบบพิเศษ Special Theory of Relativity ของ ป๋าไอ (Albert Einstein) ให้สำหรับคนที่เคยได้ยินแต่ก็ไม่รู้ว่ามันคืออะไร มันหน้าตาเป็นไงจะได้รู้เรื่องพื้นๆ ของมันไว้ประดับสมองซะบ้างนะครับ แต่ในที่นี้จะของพูดแค่เรื่องพื้นฐานนะครับ ขอย้ำว่าพื้นฐานจริงๆนะ เดี๋ยวมีคนไปคิดว่ามันมีแค่นี้ซะอีก (ดูจากความยากแล้วนึกว่านี้ของเต็ม)
เริ่มแรกสมมติฐานของทฤษฏี
1.) กฎของปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ ต้องเหมือนกันหมดในทุกระบบ (เพราะตอนนั้นเกิดความขัดแย้งกันของกฎฟิสิกส์ยุคเก่ายุคใหม่)
2.) ความเร็วของแสงในฟรีสเปซเป็นค่าคงที่ค่าเดียวกันสำหรับผู้สังเกตทุกคน (คือไม่ว่าจะให้ใครมาดูก็ต้องเห็นว่าแสงนั้นเร็วเท่ากันหมด)
และก็ลองหาความสัมพันธ์กันระหว่างผู้สังเกตแต่ละคน ที่กำลังมองวัตถุ A
ให้
x คือตำแหน่ง ของวัตถุ A จากการมองของ นาย ก
t คือ เวลาตอนนั้นของ นาย ก
v คือ ความเร็วของวัตถุ A ที่นาย ก วัดได้
x’ คือ ตำแหน่ง ของวัตถุ A จากการมองของ นาย ข
t’ คือ เวลาตอนนั้นของนาย ข
v’ คือ ความเร็วของวัตถุ A ที่นาย ข วัดได้
u คือ ความเร็วที่นาย ก กำลังเห็นนาย ข เคลื่อนที่อยู่
และจากความรู้ฟิสิกส์มัธยมเราจะความสัมพันธ์เป็น (ก็มันเป็นเรื่องที่อยู่ในสามัญสำนึกของเราอยู่แล้วนินา)
x=x'+ut' t=t' v=v'+u
เช่น นาย ก กำลังมองนาย ข ซึ้งกำลังอยู่บนรถไฟที่วิ่งด้วยความเร็ว 180 km/h (u = 180 km/h)จากนั้นนาย ข ขว้างลูกบอล A ด้วยความเร็ว 30 km/h (v’ = 30 km/h) ทำให้ ก เห็นบอลนั้นเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 210 km/h (v = 210 km/h = v’ + u)
แต่ปัญหามันอยู่ตรงที่ถ้า A ไม่ใช่ลูกบอลแต่ เป็นแสง สมมุติว่านาย ข ปล่อยแสงออกมาจากไม้กายสิทธ์ และวัดความเร็วแสงได้เป็น C นาย ก ก็ทำการวัดเช่นกัน ความเร็ว C ซึ่งตามหลักการแล้วควรจะเป็น C 180 ทำให้สิ่งที่เราเรียนกันมาตอน มัธยมต้องผิดไปอย่างไร้ค่า (ให้แสงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคือ C มีค่าประมาณ 299,792,458 m/s หรือ 1,079,252,848.8 km/h)
หวังว่าคงเข้าใจ (ถ้าอ่านมาถึงตรงที่แล้วไม่เข้าใจผมขอแนะนำให้ข้ามส่วนสีแดงนี้ไป)
จากความผิดพลาดข้างต้นเราก็ลองเปลี่ยนใหม่โดยสมมติความสัมพันธ์ให้เป็น
ให้มันมีค่าคงที่มากมายอยู่ให้ครบทุกที่ ให้มั่วไปหมด (ที่เราไม่ลองให้เป็นสมการยกกำลังเพราะไม่ต้องการให้ผู้สังเกตผู้หนึ่งวัดค่าผู้สังเกตอีกคนได้หลายค่า)
ว่าแล้วเราก็ต้องลองทำย้อนกลับหาของอีกคนได้เป็น
และเราพบว่าความสัมพันธ์จะต้องกลับกันได้ (ถ้า นาย ก และนาย ข ใช้วิชาสลับตัวกัน สูตรนี้ต้องใช้ได้เหมือนเดิม)นั้นคือ
จะทำให้เราได้
และทำการหาความเร็วของวัตถุด้วยความรู้พื้นฐาน ม. ปลาย
ทีนี้เราก็จะได้สมการความสัมพันธ์ของความเร็ว
ติดแค่ค่าคงที่ตัวหนึ่งเราก็ของกำจัดด้วยสมมติฐานข้อที่สอง
ถ้าให้ วัตถุ A ที่วัดอยู่เป็นแสงเราจะวัดความเร็วแสงได้เท่ากันทุกคนดังนั้น
ได้ออกมาซะทีเหนื่อยไหม (พักหายใจกันซะหน่อยก่อน.............)
จากสูตร เราลองทำการคำนวณกัน นาย ก วัดความเร็ววัตถุโฟตอนได้เป็นความเร็วแสง v=c ความเร็วที่นาย ข จะวัดได้คือ v’=( v-c)/(1-u/c)=c ซึ่งเป็นไปตามสมมติฐานข้างต้น
แต่ถ้าไม่ใช้แสงแต่เป็นลูกบอลที่ความเร็ว 30 km/h ที่นาย ข ขว้าง นาย ก ก็จะวัดได้ ความเร็วเป็น v = (30 + 180)/(1+30*180/c^2) =209.9999999999990264312010….. จังหวะนี้ใครก็บอกว่า เป็น 210 ทั้งนั้น เพราะแม้แต่เครื่องอิเล็กทรอนิคส์ทันสมัยยังระบุความคลาดเคลื่อนนี้ไม่ได้เลย จึงทำให้เราให้การคำนวณแบบเก่าเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่แบบความเร็วน้อยๆแบบนี้ได้
ทั้งนี้อาจจะมีคนเข้าใจผิดว่ามันคือ ทฤษฏีสัมพัทภาพ หรือ ทฤษฏีสัมพันธภาพ หรือ อะไรก็แล้วแต่ครับความจริงแล้วมันคือ ทฤษฏีสัมพันธภาพนะครับ อย่าสับสนกันหละเดี่ยวป๋าไอจะโกรธ
ฝากบทความที่น่าสนใจ ลิงค์ข้างล่างนี้
-ปัญหาก่อนเปียกฝน
-ความขัดแย้งบนความลงรอย
0 ความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น