ฟิสิกส์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

   

ภาพ แสงเหนือแสงใต้ (Aurora Borealis) เหนือทะเลสาบแบร์ ใน อลาสก้า สหรัฐอเมริกา แสดงการแผ่รังสีของอนุภาคที่มีประจุ และ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ขณะเดินทางผ่านสนามแม่เหล็กโลก

ฟิสิกส์ (อังกฤษ: Physics, กรีก: φυσικός [phusikos], "เป็นธรรมชาติ" และ φύσις [phusis], "ธรรมชาติ") เป็นวิทยาศาสตร์ ที่เกี่ยวข้องกับ สสาร ^[1] และ พลังงาน ^{[2] [3]} ศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ และ ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสสารกับพลังงาน รวมทั้งเป็นความรู้พื้นฐานที่นำไปใช้ในการพัฒนาเทคโนโลยีเกี่ยวกับการผลิต และ เครื่องใช้ต่าง ๆ เพื่ออำนวยความสะดวกแก่มนุษย์ ตัวอย่างเช่น การนำความรู้พื้นฐานทางด้าน แม่เหล็กไฟฟ้า ไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ (โทรทัศน์ วิทยุ คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ) อย่างแพร่หลาย หรือ การนำความรู้ทาง อุณหพลศาสตร์ไปใช้ในการพัฒนาเครื่องจักรกล และ ยานพาหนะ ยิ่งไปกว่านั้นความรู้ทางฟิสิกส์บางอย่างอาจนำไปสู่การสร้างเครื่องมือใหม่ที่ใช้ในวิทยาศาสตร์สาขาอื่น เช่น การนำความรู้เรื่อง กลศาสตร์ควอนตัม ไปใช้ในการพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ที่ใช้ใน ชีววิทยา เป็นต้น

นักฟิสิกส์ศึกษาธรรมชาติ ตั้งแต่สิ่งที่เล็กมาก เช่น อะตอม และ อนุภาคย่อย ไปจนถึงสิ่งที่มีขนาดใหญ่มหาศาล เช่น จักรวาลจึงกล่าวได้ว่า ฟิสิกส์ คือ ปรัชญาธรรมชาติเลยทีเดียว ^[4]

ในบางครั้ง ฟิสิกส์ ถูกกล่าวว่าเป็น แก่นแท้ของวิทยาศาสตร์ (fundamental science) เนื่องจากสาขาอื่น ๆ ของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เช่น ชีววิทยา หรือ เคมี ต่างก็มองได้ว่าเป็น ระบบของวัตถุต่าง ๆ หลายชนิดที่เชื่อมโยงกัน โดยที่เราสามารถสามารถอธิบายและทำนายพฤติกรรมของระบบดังกล่าวได้ด้วยกฎต่าง ๆ ทางฟิสิกส์ ยกตัวอย่างเช่น คุณสมบัติของสารเคมีต่าง ๆ สามารถพิจารณาได้จากคุณสมบัติของโมเลกุลที่ประกอบเป็นสารเคมีนั้น ๆ โดยคุณสมบัติของโมเลกุลดังกล่าว สามารถอธิบายและทำนายได้อย่างแม่นยำ โดยใช้ความรู้ฟิสิกส์สาขาต่าง ๆ เช่น กลศาสตร์ควอนตัม, อุณหพลศาสตร์ หรือ ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น

ในปัจจุบัน วิชา ฟิสิกส์ เป็นวิชาที่มีขอบเขตกว้างขวาง และ ได้รับการพัฒนามาแล้วอย่างมาก งานวิจัยทางฟิสิกส์มักจะถูกแบ่งเป็นสาขาย่อยๆ หลายสาขา เช่น ฟิสิกส์ของสสารควบแน่น ฟิสิกส์อนุภาค ฟิสิกส์อะตอม-โมเลกุล-และทัศนศาสตร์ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์พลศาสตร์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น-และเคออส และ ฟิสิกส์ของไหล (สาขาย่อย ฟิสิกส์พลาสมา สำหรับงานวิจัย ฟิวชั่น) นอกจากนี้ยังอาจแบ่งการทำงานของนักฟิสิกส์ออกได้อีกสองทาง คือ นักฟิสิกส์ที่ทำงานด้านทฤษฎี และ นักฟิสิกส์ที่ทำงานทางด้านการทดลอง โดยที่งานของนักฟิสิกส์ทฤษฎีเกี่ยวข้องกับการพัฒนาทฤษฎีใหม่ แก้ไขทฤษฎีเดิม หรือ อธิบายการทดลองใหม่ๆ ในขณะที่ งานการทดลองนั้นเกี่ยวข้องกับการทดสอบทฤษฎีที่นักฟิสิกส์ทฤษฎีสร้างขึ้น การตรวจทดสอบการทดลองที่เคยมีผู้ทดลองไว้ หรือแม้แต่ การพัฒนาการทดลองเพื่อหาสภาพทางกายภาพใหม่ๆ

ทั้งนี้ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ภาคปฏิบัติ ขึ้นอยู่กับขีดจำกัดของการสังเกต และประสิทธิภาพของเครื่องมือวัด ถ้าเทคโนโลยีของเครื่องมือวัดพัฒนามากขึ้น ข้อมูลที่ได้จะมีความละเอียดและถูกต้องมากขึ้น ทำให้ขอบเขตของวิชาฟิสิกส์ยิ่งขยายออกไป ข้อมูลที่ได้ใหม่ อาจไม่สอดคล้องกับสิ่งที่ทฤษฎีและกฎที่มีอยู่เดิมทำนายไว้ ทำให้ต้องสร้างทฤษฏีใหม่ขึ้นมาเพื่อทำให้ความสามารถในการทำนายมีมากขึ้น

[แก้] งานวิจัยทางฟิสิกส์

[แก้] ฟิสิกส์เชิงทดลอง กับ ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี

งานวิจัยทางฟิสิกส์แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนดังนี้

• ฟิสิกส์เชิงทดลอง (experimental physics) : การสังเกต, การทดลอง และเก็บรวบรวมข้อมูล มาวิเคราะห์เพื่อทดสอบกฏของฟิสิกส์ที่มีอยู่ ว่าถูกต้องหรือไม่

ในปัจจุบันโฉมหน้าของการทดลองทางฟิสิกส์แตกต่างจากการทดลองของนักฟิสิกส์ใน อดีตเมื่อร้อยกว่าปีที่แล้วมาก ในสมัยก่อนนับตั้งแต่กาลิเลโอเป็นต้นมา การทดลองเพื่อแสวงความรู้ใหม่ๆที่สามารถพลิกโฉมความรู้เดิมที่มีอยู่อาจทำได้ โดยการทดลองที่ไม่ซับซ้อนมากอาจดำเนินการทดลองได้โดยคนเพียงคนเดียว แม้กระทั่งช่วงระหว่างปี ค.ศ. 1840 - 1900 ซึ่งเป็นช่วงบุกเบิกเรื่องแรงแม่เหล็กไฟฟ้าอุปกรณ์ของไมเคิล ฟาราเดย์ก็สามารถสร้างได้อย่างง่ายๆด้วยตนเอง แม้กระทั่งอุปกรณ์ที่นำไปสู่การค้นพบอิเล็กตรอนซึ่งก็คือหลอดรังสีแคโทดก็ไม่ได้ซับซ้อนเมื่อเทียบกับหลอดภาพของจอคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ในยุคปัจจุบันการสร้างเครื่องมือเพื่อบุกเบิกพรมแดนใหม่ในฟิสิกส์ โดยเฉพาะในส่วนของวิชาฟิสิกส์อนุภาคและจักรวาลวิทยาเป็นเรื่องที่ สลับซับซ้อนมาก บางโครงการอย่าง Gravity Probe B[1] ซึ่งเป็นดาวเทียมทำหน้าที่ตรวจสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ก็ต้องใช้เวลาในการดำเนินโครงการถึง 40 กว่าปี (ตั้งแต่เสนอโครงการโดย Leonard Schiff เมื่อปี ค.ศ. 1961 ซึ่งเพิ่งจะได้ปล่อยดาวเทียมสู่วงโคจรเมื่อปี ค.ศ. 2004 ซึ่งตัว Schiff เองก็ถึงแก่กรรมไปก่อนหน้านั้นแล้ว) โครงการบางโครงการก็ต้องอาศัยการร่วมมือกันในระดับนานาชาติที่ต้องสนับสนุนทั้งกำลังคน และงบประมาณ เช่น โครงการเครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider (LHC) [2] ที่ CERN[3](เป็นศูนย์วิจัยที่ปรากฏในตอนต้นของนิยาย Angels and Demons ของ Dan Brown) ก็ต้องใช้อุโมค์ใต้ดินเป็นวงแหวนที่มีเส้นรอบวงถึง 27 กิโลเมตร ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่แพง เกินกว่าที่จะเป็นโครงการที่สร้างโดยประเทศเดียว ในการที่จะเสนอขออนุมัติโครงการเพื่อสร้างการทดลองใหญ่โตที่แสนแพงเช่นนี้ต้องอาศัยความรู้ทางด้านฟิสิกส์เชิงทฤษฎีช่วยเป็นอย่างมาก หลายครั้งก่อนที่จะเสนอโครงการจะต้องมีการสร้างแบบจำลองที่ละเอียดและซับซ้อนเพื่อที่จะทำนายล่วงหน้าว่าเครื่องมือที่สร้างขึ้นจะวัดอะไรได้บ้างและ ผลการทดลองจะออกมาในลักษณะใด ตัวอย่างเช่น เครื่องเร่งอนุภาค LHC ก็ต้องมีการคำนวณมาก่อนว่ามวลของอนุภาคHiggs ทำนายจาก แบบจำลองSuper Symmetryจะอยู่ในระดับพลังงานใด จะตรวจวัดได้ไหมเป็นต้น ซึ่งแน่นอนว่า มวลของอนุภาค Higgs จากแบบจำลองต่างๆ ก็เป็นเพียงหนึ่งในอีกหลายๆ ปรากฏการณ์ที่ฟิสิกส์ทฤษฎีทำทายไว้ล่วงหน้าให้ได้ก่อนสร้าง เครื่องเร่งอนุภาคอย่าง LHC นั่นคือ นักฟิสิกส์ในปัจจุบันต้องมั่นใจถึงระดับหนึ่งว่าผลการทดลองจากโครงการต่างๆจะต้องคุ้มค่ากับเงินที่ลงทุนไป

จากขนาดของข้อมูลที่ได้ในแต่ละการทดลองใหญ่ๆในปัจจุบัน ทำให้นักฟิสิกส์ไม่สามารถทำอย่างสมัยก่อน เช่น Heinrich R. Hertz (ผู้ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ซึ่งสามารถทำการทดลอง นำผลการทดลองไปวิเคราะห์และสร้างทฤษฎีที่อธิบายได้ด้วยตนเองเพียงคนเดียว ในปัจจุบันการวิเคราะห์ข้อมูลที่มาจากการทดลองขนาดใหญ่ๆ เช่น เครื่องเร่งอนุภาค หรือ ดาวเทียมสำรวจอวกาศต่างๆ ต้องอาศัยความร่วมมือกัน ของสถาบันวิจัยหลายๆแห่งทั่วโลก ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องแปลกในปัจจุบันที่นักฟิสิกส์บางคนอาจอุทิศเวลาทั้งหมดให้กับการวิเคราะห์ข้อมูลด้วยคอมพิวเตอร์เพียงอย่างเดียว ซึ่งนับเป็นขั้นตอนที่สำคัญมากก่อนที่นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี (ซึ่งโดยมากจะไม่ทราบรายละเอียดของวิธีการทดลอง) จะนำข้อมูลที่ย่อยแล้ว ไปตรวจสอบแบบจำลองที่ได้จากทฤษฎีเดิมที่มีอยู่ว่าสอดคล้องหรือแตกต่างอย่างไร ซึ่งจะนำไปสู่การปรับปรุงหรือค้นพบทฤษฎีฟิสิกส์ใหม่ในที่สุด อย่างไรก็ดีกระแสหลักฟิสิกส์เชิงทดลองในปัจจุบันได้เปลี่ยนแนวทางจากการแสวงหาสุดเขตุแดนของทฤษฎีพื้นฐาน มาเป็นการนำเอาทฤษฎีพื้นฐานมาประยุกต์เป็นเทคโนโลยีที่สัมผัสได้ในชีวิตประจำวันมากกว่า ดังจะเห็นได้จากหัวข้อวิจัย Carbon nanotubes เป็นหัวข้อที่ได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวาง และมีคนให้ความสนใจมากที่สุด เมื่อประเมินจาก h index [4] ในการทดลองที่มีขนาดย่อมลงมา เช่นในสาขาสสารควบแน่น หรือ นาโนเทคโนโลยี นักทดลองส่วนใหญ่สามารถวิเคราะห์ข้อมูลได้เองว่าเป็นไปตามทฤษฎีหรือไม่ และในบางครั้งก็อาจเสนอแบบจำลองใหม่ได้เองด้วย หน้าที่ของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี จะเป็นผู้เชื่อมโยงข้อเท็จจริงที่ได้จากในแต่ละการทดลองที่หลากหลายเข้าด้วยกัน และหาแบบจำลองหลักที่สามารถอธิบายการทดลองได้ครอบคลุมกว้างขวางที่สุด ซึ่งรวมถึงการทดลองใหม่ๆที่จะตามมาในอนาตค

• ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี (theoretical physics) : การสร้างแบบจำลองทางความคิดโดยหลักการทางคณิตศาสตร์ นำไปสู่การสร้างทฤษฎีทางฟิสิกส์ โดยมีการทดลองทดสอบความถูกต้องของทฤษฎีในภายหลัง

นักฟิสิกส์ในยุคปัจจุบัน หาได้ยากมากที่จะมีความชำนาญและเชี่ยวชาญในฟิสิกส์ทั้งสองประเภท (โดยนักฟิสิกส์รุ่นหลังที่มีความสามารถสูงทั้งสองด้าน ที่พอจะยกตัวอย่างได้คือ เอนริโก แฟร์มี) ซึ่งตรงกันข้ามกับนักทฤษฎีเคมีหรือนักทฤษฎีชีววิทยาที่มักจะเก่งด้านทดลองด้วย

[แก้] สาขาหลักในฟิสิกส์

งานวิจัยฟิสิกส์ปัจจุบันแบ่งย่อยออกเป็นสาขาต่างๆ ซึ่งศึกษาธรรมชาติในแง่มุมที่ต่างกัน ฟิสิกส์ของสารควบแน่น เป็นวิชาซึ่งศึกษาคุณสมบัติของสสารในชีวิตประจำวันเช่นของแข็งและของเหลวจากระดับอันตรกิริยาระหว่างอะตอมขึ้นมา และประเมินกันว่าเป็นสาขาที่กว้างขวางที่สุดของฟิสิกส์ปัจจุบัน สาขาฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ศึกษาพฤติกรรมของอะตอมและโมเลกุล และรูปแบบที่แสงถูกดูดกลืนและปล่อยออกจากอะตอมและโมเลกุล ฟิสิกส์อนุภาค หรือที่รู้จักกันในชื่อฟิสิกส์พลังงานสูง ซึ่งเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของอนุภาคระดับเล็กกว่าอะตอม เช่นอนุภาคพื้นฐานที่เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสสารทั้งหมด ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ประยุกต์ใช้กฎทางฟิสิกส์เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ต่างๆ ตั้งแต่ดวงอาทิตย์และวัตถุในระบบสุริยะไปจนถึงตัวเอกภพทั้งหมด

[แก้] สาขาที่เกี่ยวข้อง

มีสาขาวิจัยมากมายที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์และศาสตร์อื่นรวมกัน ตัวอย่างเช่น ชีวฟิสิกส์ เป็นสาขาที่หลากหลายและเกี่ยวข้องกับการศึกษาบทบาทของหลักการทางฟิสิกส์ในกระบวนการทางชีววิทยา

โสตศาสตร์ - ดาราศาสตร์ - ชีวฟิสิกส์ - ฟิสิกส์เชิงคำนวณ - อิเล็กทรอนิกส์ - วิศวกรรม - ธรณีฟิสิกส์ - วิทยาศาสตร์วัสดุ - คณิตศาสตร์ฟิสิกส์ - ฟิสิกส์การแพทย์ - เคมีฟิสิกส์ - ฟิสิกส์ของคอมพิวเตอร์ - เคมีควอนตัม - เทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัม - พลศาสตร์ของพาหนะ

[แก้] หัวข้อในฟิสิกส์

• การวัด
• กลศาสตร์
  • มวล แรง และ การเคลื่อนที่
  • งาน และ พลังงาน
  • โมเมนตัม
  • สมบัติของสสาร ก๊าซ ของเหลว ของแข็ง
• คลื่น
  • สมบัติของคลื่น
  • เสียง
  • แสง
• แม่เหล็กไฟฟ้า
  • ไฟฟ้าสถิตย์
  • ไฟฟ้ากระแส
  • แม่เหล็ก-ไฟฟ้า
  • คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
• นิวเคลียร์ฟิสิกส์
  • อะตอม อิเล็กตรอน
  • นิวเคลียร์ กัมมันตภาพรังสี

[แก้] ดูเพิ่ม

• ประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์
• นักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียง
• รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์

[แก้] อ้างอิง และ หมายเหตุ

1. ^ R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands (1963) , The Feynman Lectures on Physics, ISBN 0-201-02116-1 Hard-cover. vol. I p. I-2 ฟายน์มันเริ่มด้วยสมมุติฐานเกี่ยวกับอะตอม ในฐานะที่เป็นข้อความที่รวบรัดที่สุดในบรรดาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด: "ถ้า - ในโอกาสที่เกิดหายนะ - ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดถูกทำลายไป และ ประโยคเดียวที่จะเหลือรอดไปยังเด็กรุ่นต่อไป... ประโยคอะไรที่สามารถจะรวมเอาข้อมูลที่มากที่สุดด้วยจำนวนคำที่น้อยที่สุด ผมเชื่อว่ามันคือ ... ประโยคที่ว่า ทุกสิ่งถูกสร้างขึ้นจากอะตอม -- อนุภาคเล็กๆ ที่เคลื่อนที่ไปรอบๆ โดยไม่หยุดหย่อน ดึงดูดกันและกันเมื่อพวกมันมีระยะห่างกันเล็กน้อย แต่ผลักกันเมื่อถูกบีบอัดให้รวมอยู่ด้วยกัน "
2. ^ The American Heritage® Dictionary of the English Language, Fourth Edition, Copyright © 2006, Houghton Mifflin Company
3. ^ พจนานุกรม ฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. ๒๕๔๒
4. ^ อาจต้องการ แหล่งข้อมูลอ้างอิง

[แก้] แหล่งข้อมูลอื่น

• สมาคมฟิสิกส์ไทย
• สมาคมดาราศาสตร์ไทย
• ไทยดิกชันนารี ฟิสิกส์ กลุ่มข่าวฟิสิกส์ทั่วไป ใน Usenet
• sci.physics กลุ่มข่าวฟิสิกส์ทั่วไป ใน Usenet
• Usenet Physics FAQ. แบบถาม-ตอบ รวบรวมโดย sci.physics และ กลุ่มข่าวเกี่ยวกับฟิสิกส์อื่นๆ
• World of Physics. ดิกชันนารีของคำศัพท์ทางฟิสิกส์
• HyperPhysics. แหล่งค้นคว้าข้อมูลทางฟิสิกส์ที่จัดทำในรูปของบัตรความรู้
• The Nobel Prize in Physics 1901-2000. เว็บไซต์ของ the Nobel Prize in Physics.
• Physics.org. เว็ปท่าที่ดำเนินการโดยInstitute of Physics.
• เว็ปไซต์ของ the American Institute of Physics
• เว็บไซต์ของสมาคมนักเรียนฟิสิกส์อเมริกัน
• Physics Today - Your daily physics news and research source
• เว็บไซต์ของ ปีฟิสิกส์โลก พ.ศ. 2548 (World Year of Physics 2005)
• เว็บไซต์ของสมาคมฟิสิกส์อเมริกา (American Physical Society)
• The Skeptic's Guide to Physics