วิธีหาความเร็วแสงครั้งแรกของมนุษย์ บนคำอธิบายที่ไม่ถูกต้อง
บทนำเรื่อง ผมมีความสงสัยใคร่รู้ ว่าเขามีวิธีวัดความเร็วแสงกันได้อย่างไร ผมมีโอกาสไปได้ยินเรื่องการหาความเร็วแสงของโอลาฟ โรเมอร์ ซึ่งหาความเร็วแสงได้คนแรก เรื่องนี้ค้นจากในอินเตอร์เน็ต แต่เมื่อวิเคราะห์ไปตามนั้นแล้ว พบว่าคำอธิบายดังกล่าวเป็นไปไม่ได้ หากแต่มีวิธีที่เป็นไปได้อยู่ใกล้เคียงกันนั้นเอง และคิดว่าคงจะเกิดจากความคราดเคลื่อนจากการแปลหนังสือเป็นแน่ ผมจึงขออธิบายเรื่องนี้อย่างถูกต้อง แก้ไขส่วนที่ผิดต่อไป เพื่อทำความเข้าใจที่ถูกต้องแก่ผู้ที่เคยอ่านไปแล้ว และป้องกันไม่ให้ผู้ที่ยังไม่เคยอ่าน ได้มาอ่านเจอข้อความที่ไม่ถูกต้องนั้นอีก
* * *
โอลาฟ โรเมอร์ ผู้เป็นคนแรกที่ประสบความสำเร็จในการวัดความเร็วแสง โดยอาศัยการสังเกตการเกิดจันทรคราสของดาวพฤหัสบดี โรเมอร์ได้เคยศึกษาแพทยศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Copenhagen ในประเทศเดนมาร์ก แต่ก็ได้เบี่ยงเบนความสนใจมาสู่คณิตศาสตร์และดาราศาสตร์ในที่สุด นอกจากมีความสำเร็จในการวัดความเร็วแสงแล้ว เขายังได้ประดิษฐ์เทอร์โมมิเตอร์แบบโรเมอร์อีกด้วย ซึ่งเทอร์โมมิเตอร์ชนิดนี้ แบ่งสเกลระหว่างจุดเยือกแข็ง และจุดเดือดของน้ำออกเป็น 80 ส่วนเท่าๆกัน เทอร์โมมิเตอร์รูปแบบนี้จึงแตกต่างจากเทอร์โมมิเตอร์แบบเซลเซียสที่แบ่งช่องดังกล่าว ออกเป็น 100 ช่องเท่ากัน
ผมจะขอยกบทความเดิมเรื่องการหาความเร็วแสงมาให้ทุกท่านได้อ่านดูก่อน แล้วพิจารณาความเข้าใจของตนเองว่าถูกต้องหรือไม่
ปี พ.ศ. 2218 โรเมอร์ได้วัดเวลาโคจรของดวงจันทร์ครบรอบดาวพฤหัสหรือคาบ ( period ) ของดวงจันทร์ทั้งสี่ดวงนี้ ปรากฏว่าคาบของดวงจันทร์แต่ละดวงมีค่าต่างไปจากคาบของดวงจันทร์นั้นๆ ที่วัดได้ในเวลาอีกหลายเดือนต่อมา วิธีการวัดของโรเมอร์เริ่มต้นจากขณะที่โลกอยู่ ณ ตำแหน่ง A ซึ่งโลกอยู่ในแนวเดียวกับดาวพฤหัสและดวงจันทร์ดวงหนึ่งของดาวพฤหัส
จากนั้นเขาก็เริ่มจับเวลาตอนที่ดวงจันทร์ดังกล่าวโคจรออกจากเงามืดของดาวพฤหัส
จนถึงตอนออกจากเงามืดของดาวพฤหัสในครั้งต่อมา (ครั้งที่สอง) โดยเวลาดังกล่าวพอที่จะเชื่อได้ว่า เป็นเวลาที่ดวงจันทร์ดวงนี้โคจรรอบดาวพฤหัสครบ 1 รอบ (ทั้งนี้เราสามารถตัดการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ออกไปได้ เพราะวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ของดาวพฤหัสมีขนาดใหญ่กว่าของโลกอย่างมากมาย) ในการวัดดังกล่าวปรากฏว่า ณ ตำแหน่ง A โรเมอร์วัดเวลาโคจรครบรอบของดวงจันทร์ได้ 42.5 ชั่วโมง แต่พออีก 6 เดือนต่อมา อันเป็นเวลาที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์มาอยู่ ณ ตำแหน่ง B ปรากฏว่าเขากลับวัดเวลาโคจรครบรอบดวงจันทร์ดวงเดิมได้มากกว่าตอนแรกถึง 1,000 วินาที โรเมอร์ได้หาข้อยุติสำหรับอุบัติการณ์นี้ว่า เพราะแสงเดินทางผ่านระยะทางมากกว่าในตอนแรก และระยะทางที่มากกว่านี้ก็คือระยะทางของเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์นั่นเอง ในสมัยนั้น ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์วัดได้เท่ากับ 172,000,000 ไมล์ ดังนั้น จากขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ และเวลาที่มากกว่าดังกล่าว ก็สามารถคำนวณอัตราเร็วของแสงได้เท่ากับ 172,000 ไมล์ต่อวินาที อย่างไรก็ตาม ค่าที่หาได้นี้ยังน้อยกว่าค่าอัตราเร็วของแสงที่ยอมรับกันอยู่ในปัจจุบัน
ตามหลักการแล้ว คำอธิบายนั้นผิดตรงที่ว่า พออีก 6 เดือนต่อมา อันเป็นเวลาที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์มาอยู่ ณ ตำแหน่ง B ปรากฏว่าเขากลับวัดเวลาโคจรครบรอบดวงจันทร์ดวงเดิมได้มากกว่าตอนแรกถึง 1,000 วินาที เพราะในความจริงแล้ว เมื่อโลกโคจรมาถึงตำแหน่ง B เขาจะต้องยังคงวัดเวลาโคจรดวงจันทร์ดวงเดิมได้เท่าเดิม ซึ่งเท่ากับที่วัดได้เมื่ออยู่ตำแหน่ง A คือ 42.5 ชั้วโมง เพราะว่าเมื่อดวงจันทร์ของดาวพฤหัสออกจากเงามืด แสงของดวงจันทร์เดินทางมาถึงโลกที่ตำแหน่ง B จะใช้เวลาระยะหนึ่ง ซึ่งตอนนั้นยังไม่รู้ว่าเท่าไร สมมุติว่าค่าเวลานั้นคือ x วินาที ดังนั้นเมื่อดวงจันทร์ดวงเดิมโคจรกลับเข้าไปในเงามืดดาวพฤหัส และโผล่ออกมาอีกเป็นครั้งที่สอง แสงของมันก็จะต้องใช้เวลาเดินทางมาถึงโลกที่ตำแหน่ง B เท่ากับ x วินาทีเช่นเดิม ดังนั้น การจับเวลาเมื่อเห็นแสงดวงจันทร์ออกจากเงามืดเดินทางมาถึงโลกครั้งแรก กับครั้งที่สอง จึงต้องห่างกัน 42.5 ชั่วโมง เท่ากับคาบโคจรดวงจันทร์จริงๆ โดยที่คาบโคจรไม่ได้เพิ่มขึ้น 1000 วินาทีแต่อย่างใด ตำแหน่ง B จึงต้องวัดได้ค่าของคาบโคจรดวงจันทร์ เท่ากันกับที่วัดได้ในตำแหน่ง A
ดังนั้น การวัดความเร็วแสงของโรเมอร์ที่แท้จริงจึงน่าจะเป็นดังนี้ เมื่อเขาวัดคาบโคจรดวงจันทร์ที่ตำแหน่ง A ได้ 42.5 ชั่วโมงแล้ว และขณะอยู่ตำแหน่ง A นั้น เห็นดวงจันทร์ออกจากเงามืดตรงกับวันที่และเวลาเท่าไร ก็เอาวันเวลานั้นเป็นตัวตั้ง แล้วทำนายต่อไปว่า จะเห็นดวงจันทร์ออกจากเงามืดเช่นนี้อีกเมื่อไร ตรงกับวันที่และเวลาใดบ้าง โดยใช้คาบโคจรคือ 42.5 ชั่วโมงนั้นบวกเข้าไปอีกเรื่อยๆ ก็จะชนกับเวลาที่เห็นดวงจันทร์ออกจากเงามืดอีกในครั้งต่อๆไป บวกไปจนกระทั้งถึง 6 เดือน คือถึงตอนที่โลกมาอยู่ตำแหน่ง B จะบวกเข้าไปได้ประมาณ 103 ครั้ง เมื่อถึงแล้วก็ลองไปดูว่า วันเวลาที่เห็นดวงจันทร์ดวงนั้นออกจากเงามืด จะตรงกับเวลาที่คำนวณได้จากการใช้ 42.5 ชั่วโมงบวกมา 103 ครั้งหรือไม่ ก็ปรากฏว่าไม่ตรง โดยออกจากเงามืดช้ากว่าที่คำนวณได้ 1000 วินาที นั่นเพราะแสงต้องใช้เวลาเดินทางข้ามเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรโลกรอบดวงอาทิตย์ 1000 วินาที เมื่อค่าเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรโลกที่ยอมรับในปัจจุบันคือ 299195740 กิโลเมตร ความเร็วแสงจึงเท่ากับ 299195740/1000 = 299195.74 กิโลเมตรต่อวินาทีนั่นเอง แต่ความเร็วที่ยอมรับในปัจจุบันคือ 299796 กิโลเมตรต่อ 1 วินาที
ผมไม่ทราบว่า อะไรเป็นสาเหตุให้คำอธิบายของโรเมอร์ผิดไปจากหลักการจริง แต่คาดว่าคงจะเป็นเพราะการแปลเป็นภาษาไทย ที่ผู้แปลๆ โดยความเข้าใจที่ไม่ถูกต้องเท่าที่ควรประกอบลงไปด้วย ประกอบกับเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นมาแล้วถึง 333 ปี ย่อมมีความคลาดเคลื่อนในการคัดลอกตำลา โดยประกอบกับความคิดของผู้คัดลอกที่ไม่ถูกต้องรวมเข้าไปด้วยแน่นอน
อ้างอิงจากหนังสือวิทยาศาสตร์ จินตนาการ โดยนายสมภพ ขำสวัสดิ์
Create Date : 24 มิถุนายน 2551 |
|
15 comments |
Last Update : 26 มิถุนายน 2551 12:07:31 น. |
Counter : 5173 Pageviews. |
|
|
|
ขอบคุณที่นำมาฝาก จ๊ะ