|
ร้อนจริง
ๆ
สวัสดีครับ หนึ่งเดือนผ่านไป ไวเหมือนโกหก
ฤดูหนาวเริ่มที่ย่างกรายเข้ามาเยือนแถว
ๆ โรงเรียนผมแล้ว ใบไม้ยังสีเขียว ๆ เหลือง
ๆ อยู่เลย แต่ทำไมมันถึงได้หนาวนักก็ไม่รู้
คิดถึงฤดูร้อนนะครับ รู้สึกเสียเสียใจนิดหน่อยที่ตอนฤดูร้อน
บ่นไปหลายทีว่าร้อนเกินไป มาตอนนี้ก็เลยต้องมานั้งคิดถึงพระอาทิตย์อยู่
แต่ตอนนั้นมันก็ร้อนที่สุดจริง ๆ นะครับ
ประมาณ ๘๐ ถึง ๙๐ องศาฟาเรนไฮต์ (เป็นเซลเซียส
ก็ประมาณ ๒๗ ถึง ๓๒ องศา)
แต่จะว่าไปแล้วตอนนั้นมันก็ยังไม่ร้อนที่สุดจริง ๆ หรอกครับ
บ่นไปอย่างนั้นเอง เมืองไทยร้อนกว่าเยอะ แล้วเลยให้พาลสงสัยว่า
ไอ้ร้อนที่สุดเนี่ยะ มันเท่าไร มีจุดสุดยอดหรือเปล่า เหมือนกับที่ความไม่ร้อน
(หรือความเย็น) มีจุดสุดยอดอยู่ที่ ๐ เคลวิน (ประมาณ -๒๗๓.๑๕
องศาเซลเซียส)
เมื่อสงสัยแล้ว ก็ต้องหาคำตอบครับ เรามาเริ่มกันตรงที่ว่าอุณหภูมิคืออะไรก่อนดีกว่า
(คับคล้ายคับคลาว่าเคยมีคุยกันเรื่องนี้ ในคาเฟ่ ลองไปหาดูนะครับ)
อุณหภูมิเป็นเพียงแค่สิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น เพื่อใช้บ่งบอกปริมาณพลังงานความร้อนในสิ่งต่าง
ๆ ซึ่งมีผลมาจากการที่ (หรือส่งผลให้) อนุภาคในสิ่งเหล่านั้น
เคลื่อนที่ไปมา จะเห็นว่าในตอนแรก ๆ นั้น เรายังไม่มีมาตรฐานสำหรับอุณหภูมิ
ใครคิดที่จะสร้างหน่วยใหม่ก็สร้าง เราเลยมีหน่วยวัดอุณหภูมิ
หลายหน่วยให้สับสนเล่น หน่วยแรกก็เห็นจะเป็นฟาเรนไฮต์ละครับ
คิดขึ้นโดยนาย แกเบรียล ฟาเรนไฮต์ (Gabriel
Farenheit) ในปี คศ ๑๗๒๔ โดยใช้ปรอทที่มีเมอคิวรี (Mercury)
อยู่ข้างในเป็นอุปกรณ์ (ที่ต้องบอกว่าเป็นเมอคิวรีก็เพราะว่าสมัยนี้
สิ่งที่อยู่ข้างในปรอทมีหลายอย่าง ไม่จำเป็นจะต้องเป็นสารตัวนี้
ซึ่งเป็นอันตรายอีกแล้ว)
นายฟาเรนไฮต์ เริ่มต้นด้วยการจุ่มปรอทลงไปในสารละลายของเกลือสมุทร
ที่มีน้ำแข็งลอยอยู่ แล้วบอกว่าเป็นอุณหภูมิ ๐ องศา จากนั้นก็จุ่มปรอทอันเดิม
ลงไปในน้ำเปล่าที่มีน้ำแข็งลอยอยู่ แล้วก็กำหนดให้เป็น ๓๐ องศา
ถัดมาก็เป็นอุณหภูมิของร่างกายคนปกติ ซึ่งถูกกำหนดให้เป็น ๙๖
องศา (จะเห็นนะครับ ว่า จริง ๆ แล้ว แค่สองจุด ๐ กับ ๓๐ ก็พอแล้ว
จุดที่สามไม่ได้มีความสำคัญ ในการสร้างองศาฟาเรนไฮต์เท่าไรเลย)
แล้วนายฟาเรนไฮต์ก็ได้ปรอท ที่มีหน่วยวัดเป็นองศาฟาเรนไฮต์ อันแรกของโลกไว้ในครอบครอง
แต่ว่าต่อมาไม่นาน เมื่อปรอทอันนี้ถูกนำไปวัดอุณหภูมิของน้ำเดือด
ซึ่งได้ออกมาเป็น ๒๑๒ องศา นายฟาเรนไฮต์จึงเปลี่ยน อุณหภูมิของน้ำลอยน้ำแข็งเป็น
๐ เพื่อให้ระหว่างสองจุดน้ีมีระยะห่างกัน เป็นเลขสวยงาม ๑๘๐
(เห็นไหมครับ ว่าไม่มีมาตรฐานจริง ๆ จะทำอย่างไรก็ได้)
 ถัดมาก็เป็นนายคาโรลัส
ลินเนียส (Carolus Linnaeus) ในปี ๑๗๔๕ ที่เป็นคนที่คิดให้จุดเยือกแข็งของน้ำมีอุณหภูมิเป็น
๐ องศา และจุดเดือดเป็น ๑๐๐ โดยเรีิยกชื่อหน่วยใหม่อันว่า
เซนติเกรด (Centigrade) ที่แปลว่าหนึ่งร้อยขั้น แล้วในช่วงเวลาใกล้เคียงกัน
นายแอนเดอร์ส เซลเซียสก็ใช้หน่วยคล้าย ๆ กัน โดยให้จุดเยือกแข็งของน้ำเป็น
๑๐๐ และจุดเดือดเป็น ๐ แทน เป็นการกลับกัน โดยที่ระหว่างสองจุดก็ยังคงมีหนึ่งร้อยขั้นเหมือนเดิม
(อีกแล้วนะครับ เปลี่ยนโน้น เปลี่ยนนี่ ให้มันมั่วไปอย่างนั้นเอง)
แล้วในปี ๑๘๔๘ หน่วยวัดอุณหภูมิเคลวิน
(ตามชื่อของท่านลอร์ดเคลวิน หรือ
วิลเลียม ทอมสัน William Thompson)
ก็ได้ถือกำเนิดขึ้น โดยมี ๐ อยู่ที่จุดสุดยอดแห่งความเย็น และมีขนาดหนึ่งองศาเท่ากับหนึ่งองศาเซนติเกรด
ซึ่งในปี ๑๙๓๓ นักวิทยาศาสตร์ได้เปลี่ยนนิยามใหม่ให้เป็น ๐ ที่่จุดสุดยอดแห่งความเย็น
และ ๒๗๓.๑๕ ที่จุดที่น้ำ น้ำแข็ง และไอน้ำเย็นอยู่ร่วมกันอย่างสมดุล
(ฝรั่งเรียกจุดนี้ว่า triple point)
ในปี ๑๘๕๙ วิศวกรชาวสก็อต ก็ไม่ยอมแพ้ โดยสร้างหน่วยใหม่เรียกตามชื่อตนเองว่า
องศาแรนคายน์ (Macquorn
Rankine) โดยกำหนดให้มี ๐ องศาที่เดียวกับ ๐ เคลวิน แต่มีขนาดหนึ่งองศาแรนคายน์
เท่ากับหนึ่งองศาฟาเรนไฮต์
แล้วในปี ๑๙๔๘ สองร้อยปีถัดมาหลังจากนายคาโรลัส สร้างหน่วยเซนติเกรด
นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ตกลงกัน เพื่อให้หน่วยนี้มีความเป็นมาตรฐานมากขึ้น
โดยให้เปลี่ยนชื่อเป็น เซลเซียส และกำหนดให้มีค่าเป็น ๐.๐๑ องศาตรงจุด
triple point และมีขนาดของหนึ่งองศาเซลเซียส เท่ากับหนึ่งองศาเคลวินที่กำหนดขึ้นใหม่ในปี
๑๙๓๓
เห็นหรือยังครับ ว่าสับสนจริง ๆ
แต่ตอนนี้ หน่วยที่ได้รับความนิยมในหมู่นักวิทยาศาสตร์ จริง
ๆ ก็เห็นจะเป็นเคลวินละครับ
กลับไปที่เก่าหน่อย ตรงที่สงสัยว่าแล้วไอ้ร้อนที่สุดเนี่ยะ
มันอุณหภูมิเท่าไร ตอนนี้เราก็ทราบกันแล้วนะครับว่าเย็นสุด ๆ
นะ มันที่ ๐ เคลวิน ซึ่งเป็นจุดที่อะตอมและโมเลกุลในวัตถุ ไม่เคลื่อนไหวเลย
ซึ่งก็หมายความว่าวัตถุ มีพลังงานความร้อนเป็นศูนย์ (ครับ ปรกติ
อะตอมและโมเลกุลในวัตถุ จะเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลา เนื่องมาจากพลังงานที่มีอยู่ในตัว)
 เอ
ถ้าอย่างนั้น ไอ้ร้อนที่สุดเนี่ยะ มันจะหมายถึงอุณหภูมิ ตรงที่อะตอม
และโมเลกุลในวัตถุ เคลื่อนไหว ด้วยความเร็วสุดยอดหรือเปล่านะ
ครับ และเนื่องเรามีท่านอัลเบิร์ต ไอสไตน์
(Albert Eistein) เป็นคนบอกว่าความเร็วสุดยอด คือความเร็วแสงในสูญญากาศ
ดังนั้นถ้าหากวัตถุใด ๆ มีอุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อ อะตอม และโมเลกุลในวัตถุ
เคลื่อนไหวด้วยความเร็วมากขึ้น อุณหภูมิสุดยอด ก็น่าจะเป็นจุดที่
อะตอมและโมเลกุลในวัตถุ เคลื่อนไหวด้วยความเร็วแสง (ในสูญญากาศ)
แต่ช้าก่อนครับท่านผู้อ่าน วัตถุใดเล่า จะทนความร้อนได้มากมาย
ของแข็งทุกอย่างย่อมละลาย เมื่อมีอุณหภูมิถึงค่าหนึ่ง เหมือนอย่างที่น้ำแข็งละลายที่
๒๗๓.๑๕ เคลวิลนั้นแหละครับ แม้แต่อะตอมและโมเลกุล ซึ่งประกอบไปด้วย
อนุภาคพื้นฐานอย่างอิเลคตรอน อย่างโปรตรอน เมื่อร้อนมาก ๆ อนุภาคพื้นฐานเหล่านั้น
ก็จะเคลื่อนไหวเร็วมาก จนสามารถที่แยกตัว หลุดกันออกมาเป็นอิสระ
ยิ่งร้อน ยิ่งแยกครับ ในที่สุดมันก็จะกลายเป็นกลุ่ม อนุภาคพื้นฐานบินไปบินมา
ด้วยความเร็วสูง ที่ฝรั่งเรียกว่า plasma
ซึ่งเป็นสิ่งที่อยู่ภายในของดาวฤกษ์ และมีอุณหภูมิสูงถึง สิบล้านองศา
(เซลเซียส หรือเคลวินก็ไม่ต่างกันแล้วครับ) ซึ่งที่จุดนี้ เหล่าอนุภาคก็ยังเคลื่อนไหวไม่เร็วเท่าไรเลย
เมื่อเทียบกับแสง
แล้วถ้ายังจะร้อนขึ้นอีกละครับ ให้ อนุภาคพื้นฐานเหล่านี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว
ใกล้ความเร็วสุดยอดมากขึ้น มันจะเป็นอย่างไร
ตามที่ท่านไอสไตน์บอกไว้อีกว่า เมื่ออนุภาคมีความเร็วมากขึ้น
มวลก็จะมากขึ้นด้วยตามทฤษฎีสัมพันธภาพ และเมื่อมีความเร็วเท่าแสงในสูญญากาศ
มวลก็จะเป็นอนันต์ ซึ่งคงเป็นสุดยอดแห่งมวลเหมือนกัน
ดังนั้นอุณหภูมิสุดยอดก็น่าจะอยู่แถว ๆ
นี้แหละ จากการคำนวณ ไอ้ตรงแถว ๆ นี้เนี่ยะ
ควรมีอุณหภูมิประมาณ ๑๔๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐
เคลวิน
ถ้าเป็นอย่างนี้จริง ไอ้ฤดูร้อนที่ร้อนสุด ๆ ของผมก็ยังไม่ได้ขี้เล็บของสุด
ๆ จริง ๆ เลย
เฮ้อ แล้วจะบ่นว่าร้อนไปทำไมเนี่ยะ
อ่านเพิ่มเติม
http://www.unidata.ucar.edu/staff/blynds/tmp.html
|
