Life Style

7 วิธีที่ไอน์สไตน์เปลี่ยนโลก

หน้าแรก นับถอยหลัง Albert Einstein (1879-1955) เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดตลอดกาล และชื่อของเขาเกือบจะตรงกันกับคำว่า “อัจฉริยะ” แม้ว่าชื่อเสียงของเขาจะเป็นหนี้บางอย่างจากลักษณะภายนอกที่แปลกประหลาดของเขาและการออกเสียงเป็นครั้งคราวเกี่ยวกับปรัชญา การเมืองโลก และหัวข้ออื่นๆ ที่ไม่ใช่ทางวิทยาศาสตร์ การเรียกร้องชื่อเสียงที่แท้จริงของเขามาจากการมีส่วนร่วมของเขาในฟิสิกส์สมัยใหม่ ซึ่งเปลี่ยนการรับรู้ทั้งหมดของเราเกี่ยวกับจักรวาลและช่วยสร้าง โลกที่เราอาศัยอยู่ทุกวันนี้ มาดูแนวคิดที่เปลี่ยนแปลงโลกบางส่วนที่เราเป็นหนี้ไอน์สไตน์ Space-time (เครดิตภาพ: NASA) หนึ่งในความสำเร็จแรกสุดของ Einstein เมื่ออายุ 26 ปี คือทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเขา ซึ่งเรียกว่าเพราะมันเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ในกรณีพิเศษที่แรงโน้มถ่วงถูกละเลย นี่อาจฟังดูไร้เดียงสา แต่ก็เป็นหนึ่งในการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ ซึ่งเปลี่ยนวิธีที่นักฟิสิกส์คิดเกี่ยวกับอวกาศและเวลาไปอย่างสิ้นเชิง ผลที่ได้คือไอน์สไตน์รวมสิ่งเหล่านี้เข้าเป็นคอนตินิวอัมกาลกาลเดียว เหตุผลหนึ่งที่เราคิดว่าพื้นที่และเวลาแยกจากกันโดยสิ้นเชิงก็เพราะเราวัดมันในหน่วยต่างๆ เช่น ไมล์ และวินาที ตามลำดับ แต่ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถสับเปลี่ยนกันได้จริง ๆ ได้อย่างไร โดยเชื่อมโยงกันผ่านความเร็วแสง — ประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาที (300,000 กิโลเมตรต่อวินาที) บางทีผลลัพธ์ที่โด่งดังที่สุดของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษก็คือไม่มีสิ่งใดเดินทางได้เร็วกว่าแสง แต่ก็หมายความว่าสิ่งต่าง ๆ เริ่มมีพฤติกรรมแปลก ๆ เมื่อเข้าใกล้ความเร็วแสง หากคุณเห็นยานอวกาศที่กำลังเดินทางด้วยความเร็วแสง 80% มันจะดูสั้นกว่าตอนที่มันจอดนิ่ง 40% และถ้าคุณสามารถมองเห็นภายในได้ ทุกอย่างดูเหมือนจะเคลื่อนไหวช้า โดยนาฬิกาใช้เวลา 100 วินาทีในการเดินผ่านหนึ่งนาที ตามข้อมูลจากเว็บไซต์ HyperPhysics ของ Georgia State University ซึ่งหมายความว่าลูกเรือของยานอวกาศจะอายุมากขึ้นช้าลงเมื่อเดินทางเร็วขึ้น E=mc^2 (ภาพ ไอคอน. สมการแสดงความสมมูลของมวล (m) และพลังงาน (E) ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ทางกายภาพ 2 ตัวที่ก่อนหน้านี้เชื่อว่าแยกจากกันโดยสิ้นเชิง ในฟิสิกส์ดั้งเดิม มวลจะวัดปริมาณของสสารที่มีอยู่ในวัตถุ ในขณะที่พลังงานเป็นคุณสมบัติที่วัตถุมีโดยอาศัยการเคลื่อนที่ของวัตถุและแรงที่กระทำต่อวัตถุ นอกจากนี้ พลังงานสามารถดำรงอยู่ได้ในกรณีที่ไม่มีสสาร เช่น ในคลื่นแสงหรือคลื่นวิทยุ อย่างไรก็ตาม สมการของไอน์สไตน์บอกว่ามวลและพลังงานเป็นสิ่งเดียวกันโดยพื้นฐานแล้ว ตราบใดที่คุณคูณมวลด้วย c^2 ซึ่งเป็นกำลังสองของความเร็วแสง ซึ่งเป็นจำนวนที่มาก เพื่อให้แน่ใจว่ามันจะลงเอยที่เดียวกัน หน่วยเป็นพลังงาน ซึ่งหมายความว่าวัตถุจะมีมวลเพิ่มขึ้นเมื่อเคลื่อนที่เร็วขึ้น เพียงเพราะมันได้รับพลังงาน นอกจากนี้ยังหมายความว่าแม้แต่วัตถุที่เฉื่อยและอยู่กับที่ก็มีพลังงานจำนวนมากถูกขังอยู่ภายใน นอกจากจะเป็นแนวคิดที่เหลือเชื่อแล้ว แนวคิดนี้ยังมีการใช้งานจริงในโลกของฟิสิกส์อนุภาคพลังงานสูง ตามรายงานของ European Council for Nuclear Research (CERN) หากอนุภาคที่มีพลังมากพอถูกทุบเข้าด้วยกัน พลังงานของการชนกันสามารถสร้างสสารใหม่ในรูปแบบของอนุภาคเพิ่มเติมได้ เลเซอร์ ระยะของการปล่อยก๊าซกระตุ้นในช่องเลเซอร์ (ภาพ แม้ว่าเลเซอร์จะไม่เกี่ยวข้องกับไอน์สไตน์ แต่ในที่สุดงานของเขาที่ทำให้พวกเขาเป็นไปได้ คำว่า เลเซอร์ ซึ่งสร้างขึ้นในปี 2502 ย่อมาจาก “การขยายแสงโดยการกระตุ้นการปล่อยรังสี” และการปล่อยรังสีกระตุ้นเป็นแนวคิดที่ไอน์สไตน์พัฒนาขึ้นเมื่อ 40 ปีก่อนตาม American Physical Society ในปี ค.ศ. 1917 ไอน์สไตน์เขียนบทความเกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีที่อธิบายว่าโฟตอนของแสงที่ส่องผ่านสารสามารถกระตุ้นการปล่อยโฟตอนต่อไปได้อย่างไร ไอน์สไตน์ตระหนักว่าโฟตอนใหม่เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันด้วยความถี่และเฟสเดียวกันกับโฟตอนดั้งเดิม ส่งผลให้เอฟเฟกต์น้ำตกมีการสร้างโฟตอนที่เหมือนกันมากขึ้นเรื่อยๆ ในฐานะนักทฤษฎี ไอน์สไตน์ไม่ได้นำแนวคิดนี้ไปใช้อีกต่อไป ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ช้าที่จะรับรู้ถึงศักยภาพในทางปฏิบัติมหาศาลของการปล่อยก๊าซที่กระตุ้น แต่โลกไปถึงที่นั่นในที่สุด และผู้คนยังคงค้นหาแอปพลิเคชั่นใหม่สำหรับเลเซอร์ในปัจจุบัน ตั้งแต่อาวุธต่อต้านเสียงพึมพำไปจนถึงคอมพิวเตอร์ที่เร็วมาก หลุมดำและรูหนอน (ภาพ แต่นั่นเป็นเพียงส่วนเล็กสุดของภูเขาน้ำแข็ง ตามที่ไอน์สไตน์ค้นพบเมื่อในที่สุดเขาก็เพิ่มแรงโน้มถ่วงเข้าไปในส่วนผสมได้สำเร็จ ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา เขาพบว่าวัตถุขนาดใหญ่อย่างดาวเคราะห์และดวงดาว แท้จริงแล้วบิดเบือนโครงสร้างของกาลอวกาศ และการบิดเบือนนี้เองที่สร้างผลกระทบที่เรามองว่าเป็นแรงโน้มถ่วง Einstein อธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปผ่านชุดสมการที่ซับซ้อนซึ่งมีการประยุกต์ที่หลากหลาย บางทีคำตอบที่มีชื่อเสียงที่สุดสำหรับสมการของไอน์สไตน์อาจมาจากคำตอบของ Karl Schwarzschild ในปี 1916 ซึ่งเป็นหลุมดำ แม้แต่สิ่งที่แปลกกว่านั้นก็คือวิธีแก้ปัญหาที่ไอน์สไตน์พัฒนาขึ้นเองในปี 1935 โดยร่วมมือกับนาธาน โรเซน โดยอธิบายความเป็นไปได้ของทางลัดจากจุดหนึ่งในกาลอวกาศไปยังอีกจุดหนึ่ง เดิมชื่อสะพานไอน์สไตน์-โรเซน ซึ่งปัจจุบันเป็นที่รู้จักในหมู่แฟนนิยายวิทยาศาสตร์โดยใช้ชื่อรูหนอนที่คุ้นเคยมากกว่า จักรวาลที่กำลังขยายตัว (Image แต่คำตอบที่ออกมาดูผิดสำหรับเขา มันบอกเป็นนัยว่าโครงสร้างของอวกาศนั้นอยู่ในสถานะของการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง โดยดึงกาแล็กซีเข้ามาด้วย ดังนั้นระยะห่างระหว่างพวกมันจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง สามัญสำนึกบอกไอน์สไตน์ว่าสิ่งนี้ไม่เป็นความจริง ดังนั้นเขาจึงเพิ่มบางสิ่งที่เรียกว่าค่าคงที่จักรวาลวิทยาในสมการของเขาเพื่อสร้างจักรวาลสถิตที่ประพฤติตัวดี แต่ในปี 1929 การสังเกตการณ์ดาราจักรอื่นๆ ของ Edwin Hubble แสดงให้เห็นว่าเอกภพกำลังขยายตัวอย่างแท้จริง เห็นได้ชัดว่าเป็นไปตามที่สมการดั้งเดิมของ Einstein ทำนายไว้ ดูเหมือนว่าจุดสิ้นสุดของค่าคงที่จักรวาลวิทยา ซึ่งไอน์สไตน์อธิบายในภายหลังว่าเป็นความผิดพลาดครั้งใหญ่ที่สุดของเขา นั่นไม่ใช่จุดสิ้นสุดของเรื่องอย่างไรก็ตาม จากการวัดการขยายตัวของเอกภพที่ละเอียดยิ่งขึ้น ตอนนี้เราทราบแล้วว่ากำลังเร่ง แทนที่จะช้าลงอย่างที่ควรจะเป็นในกรณีที่ไม่มีค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยา ดังนั้นดูเหมือนว่า “ความผิดพลาด” ของไอน์สไตน์จะไม่ใช่ข้อผิดพลาดเลย ระเบิดอะตอม เว็บไซต์ออนไลน์ การเชื่อมโยงระหว่างทั้งสองมีความบางที่ดีที่สุด ส่วนประกอบสำคัญคือฟิสิกส์ของการแตกตัวของนิวเคลียร์ ซึ่งไอน์สไตน์ไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรง ถึงกระนั้น เขาก็มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาระเบิดปรมาณูลูกแรกในทางปฏิบัติ ในปี 1939 เพื่อนร่วมงานจำนวนหนึ่งเตือนเขาถึงความเป็นไปได้ของการแยกตัวของนิวเคลียร์และความน่าสะพรึงกลัวที่จะเกิดขึ้นหากนาซีเยอรมนีได้รับอาวุธดังกล่าว ในที่สุด ตามที่มูลนิธิมรดกปรมาณู เขาได้รับการเกลี้ยกล่อมให้ส่งต่อข้อกังวลเหล่านี้ในจดหมายถึงประธานาธิบดีแห่งสหรัฐอเมริกา แฟรงคลิน ดี. รูสเวลต์ ผลลัพธ์สุดท้ายของจดหมายของไอน์สไตน์คือการก่อตั้งโครงการแมนฮัตตัน ซึ่งสร้างระเบิดปรมาณูที่ใช้กับญี่ปุ่นเมื่อสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง แม้ว่านักฟิสิกส์ที่มีชื่อเสียงหลายคนทำงานในโครงการแมนฮัตตัน แต่ไอน์สไตน์ก็ไม่ใช่หนึ่งในนั้น เขาถูกปฏิเสธการกวาดล้างด้านความปลอดภัยที่จำเป็นเนื่องจากความคิดเห็นทางการเมืองที่เอนเอียงไปทางซ้ายตามรายงานของ American Museum of Natural History (AMNH) สำหรับไอน์สไตน์ นี่ไม่ใช่การสูญเสียครั้งใหญ่ ความกังวลเพียงอย่างเดียวของเขาคือการปฏิเสธการผูกขาดเทคโนโลยีต่อพวกนาซี ในปี 1947 Einstein บอกกับนิตยสาร Newsweek ว่า “หากฉันรู้ว่าชาวเยอรมันจะไม่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาระเบิดปรมาณู ฉันจะไม่มีวันยกนิ้วให้เลย” ตามรายงานของนิตยสาร Time คลื่นความโน้มถ่วง (Image สิ่งนี้เกิดขึ้นอย่างน่าทึ่งในเดือนกุมภาพันธ์ 2559 โดยมีการประกาศการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง ซึ่งเป็นผลสืบเนื่องอีกประการหนึ่งของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป คลื่นความโน้มถ่วงเป็นระลอกคลื่นเล็กๆ ที่แพร่กระจายผ่านโครงสร้างของกาลอวกาศ และมักกล่าวอย่างตรงไปตรงมาว่าไอน์สไตน์ “ทำนาย” การมีอยู่ของมัน แต่ความเป็นจริงนั้นชัดเจนน้อยกว่านั้น ไอน์สไตน์ไม่เคยคิดเลยว่าจะทำนายหรือตัดคลื่นความโน้มถ่วงออกจากทฤษฎีของเขา และต้องใช้เวลาหลายสิบปีในการค้นหานักดาราศาสตร์เพื่อตัดสินใจเรื่องนี้ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ในที่สุดพวกเขาก็ประสบความสำเร็จ โดยใช้สิ่งอำนวยความสะดวกขนาดยักษ์ เช่น Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatories (LIGO) ในแฮนฟอร์ด วอชิงตัน และลิฟวิงสตัน รัฐลุยเซียนา เช่นเดียวกับการเป็นอีกชัยชนะสำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ (แม้ว่าเขาจะไม่ค่อยมั่นใจในตัวเอง) การค้นพบคลื่นโน้มถ่วงได้ให้เครื่องมือใหม่แก่นักดาราศาสตร์ในการสังเกตจักรวาล ซึ่งรวมถึงเหตุการณ์หายาก เช่น การรวมหลุมดำ เผยแพร่ครั้งแรกบน Live Science แอนดรูว์ เมย์ สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ สหราชอาณาจักร เป็นเวลา 30 ปี เขาทำงานด้านวิชาการ ภาครัฐ และเอกชน ก่อนจะมาเป็นนักเขียนวิทยาศาสตร์ที่เขาเคยเขียนให้กับ Fortrean Times, How It Works, All About Space, Popular Science , ท่ามกลางคนอื่น ๆ. เขายังได้เขียนหนังสือที่ได้รับการคัดสรรรวมถึง Cosmic Impact and Astrobiology: The Search for Life Elsewhere in the Universe ซึ่งจัดพิมพ์โดย Icon Books

Back to top button