แสงเป็นคลื่นหรืออนุภาค?

  • Category
    ฟิสิกส์
  • Name
    แสงเป็นคลื่นหรืออนุภาค?
  • Description
    เป็นเวลานานมาแล้วที่เราได้มีการทดลองเกี่ยวคุณสมบัติของแสง จนกระทั่งพบว่าแสงมีคุณสมบัติเป็นคลื่น ต่อมาเมื่อเกิดการทดลองปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กทริก คุณสมบัติความเป็นคลื่นของแสงไม่สามารถนำมาอธิบายในปรากฎการณ์นี้ได้ ดังนั้น แสงจึงควรมีคุณสมบัติเป็นอะไร?
  • Created
    วันเสาร์, 08 สิงหาคม 2558
  • Group admin
    physic06
 
ห้องเรียน
คณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา
ค้นหา
  • loader
คลับ (Club) ล่าสุด
  • การค้นพบกฎและทฤษฎีทางฟิสิกส์ (Discovery Law and Theory of Physics)
    ฟิสิกส์เป็นการศึกษาปรากฎการณ์ทางธรรมชาติ โดยพยายามอธิบายปรากฎการณ์ต่างๆ โดยใช้กฎและทฤษฎีที่นักฟิสิกส์สร้างขึ้น กฎและทฤษฎีต่างๆ จะถูกพิสูจน์ด้วยการทดลอง การเข้าใจแนวคิดและที่มาของกฎและทฤษฎีเหล่านั้น จะทำให้เราเข้าใจธรรมชาติมากขึ้น และทำให้เราเข้าใจวิธีคิดของนักฟิสิกส์ด้วย...
  • ความหลากหลายทางชีวภาพ
    สิ่งมีชีวิตมีมากหมายหลายชนิดเเตกต่างกัน ดังนั้นการจัดลำดับสิ่งมีชีวิตในโลกของเราใช้หลักเกณฑ์ใดบ้างมาเรียนรู้กัน
  • What Companies Bangalore Packers Movers Provide
    There are lots of going businesses or maybe removal businesses or perhaps packers as well as movers inside Bangalore, Maharashtra. This sort of firms are encouraging people significantly inside relocation. These are helping those who wish to shift their particular residences as well as offices...
  • ห้องเรียนคณิตศาสตร์ของครูศุภกร
    ห้องเรียนคณิตศาสตร์ของครูศุภกร สอนดี Mathematics rules
  • คลับคนรักคณิต
    คลับคนรักคณิต เนื้อหาและบทเรียน CAI วิชาคณิตศาสตร์ สำหรับผู้ที่นิยมศึกษาผ่านช่องทางอินเตอร์เน็ต พูดคุย และแลกเปลี่ยนกันทุกเรื่องราวที่เกี่ยวกับการคำนวณ เชิญรับชมบทเรียน e-Learning ของคลับนี้ได้ครับ
  • smith mekpiboonwattana
    เรขาคณิตเป็นวิชาด้วยการวัดดิน การคำนวณด้วยเส้น
คนที่ออนไลน์

มี 505 ผู้มาเยือน และ ไม่มีสมาชิกออนไลน์ ออนไลน์

There are no discussions yet.

วันเสาร์, 08 สิงหาคม 2558 15:36 by physic06

แสงเป็นคลื่นหรืออนุภาค ?



ในยุคเดิม  เริ่มมีการตั้งทฤษฎีโดยนิวตันว่า แสงเป็นอนุภาค!!

โดยเสนอแนวความคิดแสงเป็นอนุภาคที่ส่งติดต่อกันออกมา เมื่ออนุภาคเหล่านั้นเข้า สู่นัยน์ตา ทำให้เกิดความรู้สีกในการมองเห็นภาพต่างๆและสามารถอธิบายกฏการสะท้อนแสงและหักเหของแสงโดยใช้ทฤษฎีที่ว่าแสงเป็นอนุภาค

จนกระทั่งต่อมาได้มีการทดลองต่าง ๆ เกี่ยวกับแสงเกิดขึ้นมากมายจนพบว่า  แสงมีคุณสมบัติของคลื่น เช่น การทดลองที่แสดงสมบัติการแทรกสอดและการเลี้ยวเบนของแสงแล้ว แนวคิดที่ว่าแสงเป็นคลื่นจึงได้รับการยอมรับ

จากนั้นมาเมื่อแมกซ์เวลล์ได้ทำนายการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  แล้วพบว่า  ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีค่าเท่ากับความเร็วของแสง  แสงจึงถูกจัดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง

จนกระทั่งต่อมาเมื่อเริ่มมีการศึกษาลงลึกถึงในระดับอะตอม  มีการทดลองหนึ่งซึ่งขัดแย้งกับทฤษฏีที่ว่าแสงเป็นคลื่น  นั่นคือ  ปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กทริก ที่เมื่อฉายแสงใส่โลหะ  พบว่า  มีอิเล็กตรอนหลุดออกมาจากผิวโลหะ  ซึ่งปรากฎการณ์นี้ไม่สามารถใช้คุณสมบัติด้านความเป็นคลื่นของแสงมาอธิบายได้ ต่อมาไอสไตน์จึงได้เสนอว่า  กรณีนี้แสงควรมีคุณสมบัติเป็นอนุภาคชื่อว่า โฟตอน (Photon)



ปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กทริก

ปรากฏการณ์ที่โลหะปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมาเมื่อถูกฉายด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างเช่น รังสีเอ๊กซ์ (X-ray) อิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาถูกเรียกว่า โฟโตอิเล็กตรอน (photoelectron) ปรากฏการณ์ดังกล่าวถูกเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Hertz Effect ตามชื่อของผู้ค้นพบ คือ นาย เฮนริค รูดอล์ฟ เฮิร์ทซ์ (Heinrich Rudolf Hertz)

แล้วตกลง แสงเป็นอะไรกันแน่?



ในปี ค. ศ. 1924 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ หลุยส์ เดอบรอยล์ (Louis de Broglie ) จึงเสนอแนวคิดว่า ถ้าแสงที่เป็นคลื่นแสดงสมบัติเป็นอนุภาคได้ สิ่งที่เป็นอนุภาค ก็ควรแสดงสมบัติเป็นคลื่นได้  สิ่งใดที่แสดงสมบัติคู่เป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค เรียกว่ามี ทวิภาพของคลื่นและอนุภาค แสงเป็นได้ทั้งคลื่น และอนุภาค แสงจึงมีทวิภาพของคลื่นและอนุภาค


จากการศึกษาต่อมา พบว่า อิเล็กตรอนซึ่งเป็นอนุภาคแสดงสมบัติของคลื่นได้ คือเลี้ยวเบนและแทรกสอดได้ และสามารถหาความยาวคลื่นของอนุภาคได้ เรียกความยาวคลื่นของอนุภาค นี้ว่า ความยาวคลื่นเดอบรอยล์
อนุภาคที่จะแสดงสมบัติเป็นคลื่นได้ ต้องเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็ก


เดอบรอยล์


เดอบรอยล์ ได้นำความรู้เรื่องทวิภาพของคลื่นและอนุภาค ไปอธิบายทฤษฎีอะตอมของบอร์ ข้อ 2 ให้สมบูรณ์ ขึ้น โดยอธิบายว่าอิเล็กตรอนที่จะไม่มีการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา อิเล็กตรอนตัวนั้นต้องแสดงสมบัติเป็นคลื่นนิ่ง โดยมีความยาวของเส้นรอบวงเป็นจำนวนเต็มเท่าของความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน ถ้าคิดว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาค จะไม่สามารถอธิบายได้


ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าแสงมีคุณสมบัติคู่คือเป็นได้ทั้งคลื่นแสงและอนุภาค ขึ้นอยู่กับสถานการณ์นั่นเอง ในบางสถานการณ์เช่น  การทดลองสลิตคู่  แสงชอบในการเป็นคลื่นมากกว่า  มันจึงแสดงคุณสมบัติของความเป็นคลื่น  ในขณะที่บางสถานการณ์แสงอยากเป็นอนุภาคมากกว่า  เช่น ในปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กทริกนั่นเอง

 

จากทฤษที่ว่า แสงมีลักษณะเป็นสมบัติคู่ คือเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค  และถึงแม้ว่ามีการทดลองมากมายที่ประสบความสำเร็จในการสังเกตคุณสมบัติความเป็นอนุภาคและคลื่นของแสง แต่การทดลองเหล่านั้นก็ไม่ได้สังเกตคุณสมบัติเหล่านี้ในเวลาเดียวกัน

 

ภาพถ่ายครั้งแรกของแสงในรูปอนุภาคและคลื่น

นักวิทยาศาสตร์จาก EPFL ได้สามารถบันทึกภาพของแสงซึ่งมีทั้งคลื่นและอนุภาพได้ในเวลาเดียวกัน งานวิจัยที่ยิ่งใหญ่ชิ้นนี้ได้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications  ทีมวิจัยนำโดย Fabrizio Carbone จาก EPFL ได้ทำการดำเนินการทดลอง โดยการใช้อิเล็กตรอนในการถ่ายภาพแสง พวกเขาได้ทำการเก็บภาพของแสงเป็นครั้งแรก


การทดลองนี้เริ่มจากการปล่อยลำแสงเลเซอร์ไปยังสายไฟโลหะขนาดระดับนาโน  ลำแสงเลเซอร์นี้จะไปเพิ่มพลังงานให้กับอนุภาคที่มีประจุในสายไฟ ทำให้อนุภาคเหล่านั้นเกิดการสั่น

แสงเดินทางตามสายไฟขนาดเล็กนี้ในสองทิศทางที่เป็นไปได้ เสมือนกับรถที่เดินทางบนถนนทั้งขาไปและขากลับ เมื่อคลื่นแสงเดินทางในทิศทางตรงกันข้ามมาเจอกัน จะก่อให้เกิดคลื่นใหม่ซึ่งเรียกว่า คลื่นนิ่ง (standing wave) คือคลื่นที่ไม่เคลื่อนที่ และคลื่นนิ่งซึ่งแผ่รังสีไปรอบรอบสายไฟนี้จะกลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการทดลอง

ทีมนักวิจัยได้ทำการยิงลำอิเล็กตรอนไปใกล้กับสายไฟ และใช้มันสำหรับการถ่ายภาพคลื่นนิ่งของลำแสงนั้น เมื่ออิเล็กตรอนเกิดปฎิกิริยากับลำแสงที่กำลังแผ่มาจากสายไฟนั้น พวกมันจะถูกทำให้เร็วขึ้นหรือช้าลง ด้วยการใช้กล้องจุลทรรศน์ความเร็วสูงในการถ่ายภาพบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงของความเร็วของอิเล็กตรอนนี้ เหล่านักวิจัยก็สามารถสร้างภาพและมองเห็นคลื่นแสงได้ ซึ่งทำหน้าที่คล้ายลายนิ้วมือของคลื่นแสงตามธรรมชาติ


ในขณะที่ปรากฎการณ์นี้แสดงให้เห็นถึงธรรมชาติของคลื่นแสง มันก็แสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมด้านอนุภาคของแสงในเวลาเดียวกันด้วย เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าใกล้คลื่นนิ่งของแสงในสายไฟ พวกมันจะกระทบกับอนุภาคของแสงนั่นคือ โฟตอน อย่างที่ได้กล่าวไปข้างต้น สิ่งนี้เองจะส่งผลกระทบต่อความเร็วของอิเล็กตรอน ทำให้มันเคลื่อนที่เร็วขึ้นหรือช้าลงนั่นเอง การเปลี่ยนแปลงของความเร็วนี้ปรากฎอยู่ในรูปของการแลกเปลี่ยนของพลังงาน “กลุ่ม (packets) หรือควอนตา (quanta)” ระหว่างอิเล็กตรอนและโฟตอน การเกิดขึ้นของพลังงาน packets นี้เองที่แสดงให้เห็นว่า แสงในสายไฟนั้นมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค




ขอบคุณภาพถ่ายแสงในรูปคลื่นและอนุภาคจาก www.aroundscience.com

link วิทยาศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านวิทยาศาสตร์

ดูลิงค์ทั้งหมด

link คณิตศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านคณิตศาสตร์

ดูลิงค์ทั้งหมด
UNESCO Bangkok

ICT in Education newsletter

SEAMEO Congress

Programme with Presentations

Black Ribbon