Life Style

James Clerk Maxwell คือใคร? นักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่คุณอาจไม่เคยได้ยินชื่อ

หน้าแรก ข่าว ภาพเหมือนของนักวิทยาศาสตร์ James Clerk Maxwell ซึ่งสร้างขึ้นเมื่อราวปี 1875 (Image ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงใหม่ล่าสุดจากจินตนาการของเขาเอง และได้สอนเราถึงธรรมชาติที่แท้จริงของเวลาและพื้นที่ แต่ใครคือไอน์สไตน์ที่เป็นแฟนตัวยงของ? เจมส์ เคลิร์ก แม็กซ์เวลล์. ใคร? โอ้ เขาเป็นเพียงนักวิทยาศาสตร์ที่รับผิดชอบในการอธิบายพลังเบื้องหลังวิทยุในรถของคุณ แม่เหล็กในตู้เย็นของคุณ ความร้อนของวันในฤดูร้อนอันอบอุ่น และการชาร์จแบตเตอรี่ ที่เกี่ยวข้อง: สมการไอน์สไตน์ที่มีชื่อเสียงใช้ในการสร้างสสารจากแสงเป็นครั้งแรก ในตอนแรกคนส่วนใหญ่ไม่คุ้นเคยกับ Maxwell นักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อตและพหูสูตในศตวรรษที่ 19 แต่เขาอาจจะเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคนเดียวในรุ่นของเขาและปฏิวัติฟิสิกส์ในแบบที่ไม่มีใครคาดคิด อันที่จริง เพื่อนร่วมงานของ Maxwell ต้องใช้เวลาหลายปีกว่าจะได้รู้ว่าเขายอดเยี่ยมเพียงใดและถูกต้องเพียงใด ในขณะนั้น จุดสนใจทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือคุณสมบัติที่แปลกประหลาดและน่าฉงนของไฟฟ้าและแม่เหล็ก ในขณะที่มนุษยชาติรู้จักกองกำลังทั้งสองมานับพันปีแล้ว ยิ่งนักวิทยาศาสตร์ศึกษากองกำลังเหล่านี้มากเท่าไร คนโบราณรู้ดีว่าสัตว์บางชนิด เช่น ปลาไหลไฟฟ้า อาจทำให้คุณตกใจถ้าคุณสัมผัสพวกมัน และสารบางอย่าง เช่น อำพัน สามารถดึงดูดสิ่งต่างๆ หากคุณถูพวกมัน พวกเขารู้ว่าสายฟ้าสามารถจุดไฟได้ พวกเขาพบหินที่ดูเหมือนเวทย์มนตร์ เรียกว่า lodestones ซึ่งสามารถดึงดูดเศษโลหะได้ และพวกเขาเชี่ยวชาญการใช้เข็มทิศ แม้ว่าจะไม่เข้าใจว่ามันทำงานอย่างไร เมื่อแม็กซ์เวลล์ก้าวเข้ามา การทดลองที่หลากหลายได้ขยายความแปลกประหลาดของกองกำลังเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์อย่างเบนจามิน แฟรงคลิน ค้นพบว่าไฟฟ้าจากฟ้าผ่าสามารถกักเก็บได้ Luigi Galvani พบว่าการปะทะกับสิ่งมีชีวิตด้วยไฟฟ้าทำให้พวกมันเคลื่อนที่ ในขณะเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสพบว่ากระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนไปตามเส้นลวดสามารถดึงดูดหรือขับไล่ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางของการไหล ลวดอีกเส้นหนึ่งและทรงกลมที่ถูกประจุไฟฟ้านั้นสามารถดึงดูดหรือขับไล่ด้วยกำลังตามสัดส่วนของกำลังสองของการแยก ที่ดูสับสนที่สุด ดูเหมือนว่าจะมีความเชื่อมโยงที่แปลกประหลาดระหว่างไฟฟ้ากับแม่เหล็ก สายไฟสามารถเบี่ยงเบนการเคลื่อนที่ของเข็มทิศได้ การเริ่มต้นการไหลของไฟฟ้าในสายหนึ่งสามารถกระตุ้นการไหลของกระแสไฟฟ้าในสายอื่นได้ แม้ว่าจะไม่ได้ต่อสายไฟก็ตาม การโบกแม่เหล็กรอบ ๆ สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ ทั้งหมดนี้เป็นที่น่าสนใจอย่างยิ่ง แต่ไม่มีใครรู้ว่าเกิดอะไรขึ้น ผู้ยิ่งใหญ่แล้ว Maxwell ก็เข้ามา เขาเคยได้ยินเกี่ยวกับความสับสนเกี่ยวกับไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในขณะที่เขากำลังทำงานเกี่ยวกับปัญหาอื่น นั่นคือ การมองเห็นสีทำงานอย่างไร (อันที่จริง เขาเป็นผู้คิดค้นภาพถ่ายสี) ในเวลาเพียงไม่กี่ปี แม็กซ์เวลล์จินตนาการถึงฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ที่จำเป็นในการอธิบายการทดลองทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าและแม่เหล็ก การจะทำเช่นนั้นได้ เขาแค่ต้องคิดเหมือนนักวิทยาศาสตร์ในอนาคต ทุกวันนี้ ฟิสิกส์สมัยใหม่มีพื้นฐานมาจากแนวคิดของภาคสนาม ซึ่งเป็นเอนทิตีที่ครอบคลุมพื้นที่และเวลาทั้งหมด และบอกให้วัตถุอื่นๆ เคลื่อนที่ได้อย่างไร แม้ว่าแมกซ์เวลล์จะไม่ใช่คนแรกที่นึกถึงสนามนี้ แต่เขาเป็นคนแรกที่นำมันมาปรับใช้ และเปลี่ยนจากกลอุบายทางคณิตศาสตร์แสนสะดวกให้กลายเป็นตัวตนที่แท้จริง ตัวอย่างเช่น Maxwell จินตนาการถึงพลังของไฟฟ้าและแม่เหล็กที่จะถูกส่งและสื่อสารโดยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก Maxwell กล่าวว่าประจุไฟฟ้าจะสร้างสนามไฟฟ้าที่ล้อมรอบมัน ประจุอื่นๆ สามารถสัมผัสสนามนี้ได้ และขึ้นอยู่กับความแรงและทิศทางของสนาม มันจะรู้วิธีตอบสนองต่อแรงของประจุดั้งเดิม สนามแม่เหล็กก็เช่นเดียวกัน และแมกซ์เวลล์ก็ก้าวไปอีกขั้นหนึ่ง เขาตระหนักว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน: ไฟฟ้าและแม่เหล็กไม่ใช่แรงที่แยกจากกันและเป็นแรงที่แตกต่างกัน แต่เป็นเพียงสองนิพจน์ของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่รวมกันเป็นหนึ่งเดียวกัน คุณไม่สามารถคิดเกี่ยวกับไฟฟ้าโดยไม่ได้คิดถึงสนามแม่เหล็กและในทางกลับกัน ให้มีแสงสว่าง ข้อมูลเชิงลึกของแมกซ์เวลล์อยู่ในรูปของสมการที่เชื่อมโยงถึงกัน 20 สมการ ซึ่งไม่กี่ปีต่อมา ได้ลดสมการแม่เหล็กไฟฟ้าลงเหลือสี่สมการที่ยังคงสอนให้กับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรมาจนถึงทุกวันนี้ การปฏิวัติของเขาเกิดขึ้นหลังจากการรวมฟิสิกส์ครั้งแรกของไอแซก นิวตัน ซึ่งแรงโน้มถ่วงของโลกเข้าร่วมกับแรงโน้มถ่วงของสวรรค์ภายใต้กฎข้อเดียว และสมการของแมกซ์เวลล์กลายเป็นที่รู้จักในฐานะการรวมกันครั้งใหญ่ครั้งที่สองในวิชาฟิสิกส์ ความเข้าใจของ Maxwell นั้นยิ่งใหญ่มาก ใครจะเดาได้ว่าไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไม่ได้เกี่ยวข้องกันเท่านั้น แต่เหมือนกันด้วย? ฟิสิกส์สมัยใหม่เป็นเรื่องเกี่ยวกับการค้นหาหลักการรวมเป็นหนึ่งเดียวเพื่ออธิบายพื้นที่กว้างใหญ่ของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ และแมกซ์เวลล์ก็ยกระดับพรรคการรวมเป็นหนึ่งไปอีกระดับ แต่แม็กซ์เวลล์ไม่ได้หยุดเพียงแค่นั้น เขาตระหนักว่าการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าสามารถทำให้เกิดสนามแม่เหล็กได้ และในทางกลับกัน ดังนั้นเขาจึงเริ่มสงสัยในทันทีว่าการตั้งค่าดังกล่าวสามารถเสริมกำลังตัวเองได้หรือไม่ โดยที่สนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ซึ่งจะสามารถสร้างสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงและอื่นๆ ได้ แม็กซ์เวลล์ตระหนักว่านี่จะเป็นคลื่น ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เขาเริ่มคำนวณความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ โดยใช้จุดแข็งของพลังไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก แล้วพุ่งออกมา … ความเร็วของแสง แมกซ์เวลล์ได้ค้นพบว่าแสงจากอินฟราเรด ไปจนถึงคลื่นวิทยุ ไปจนถึงสีของรุ้ง ล้วนเป็นคลื่นของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า โดยการแนะนำแนวคิดของสนามสู่การวิเคราะห์ไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ด้วยสมการชุดเดียว สัญชาตญาณและการหยั่งรู้ที่ก้าวกระโดดอย่างยอดเยี่ยมหนึ่งครั้ง Maxwell ได้รวมสามอาณาจักรที่ยิ่งใหญ่ของฟิสิกส์: ไฟฟ้า แม่เหล็กและทัศนศาสตร์ ไม่น่าแปลกใจที่ไอน์สไตน์ชื่นชมเขา Paul M. Sutter เป็นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ SUNY Stony Brook และ Flatiron Institute ซึ่งเป็นเจ้าภาพของ “Ask a Spaceman” และ “Space Radio” และผู้แต่ง “How to Die in Space” เรียนรู้เพิ่มเติมโดยฟังตอน “ทำไมเราควรมองข้ามแม็กซ์เวลล์?” ในพอดคาสต์ “Ask A Spaceman” ที่มีอยู่ใน iTunes และ askaspaceman.com ถามคำถามของคุณเองบน Twitter โดยใช้ #AskASpaceman หรือติดตาม Paul @PaulMattSutter และ facebook.com/PaulMattSutter ติดตามเราบน Twitter @Spacedotcom และบน Facebook Paul M. Sutter เป็นศาสตราจารย์วิจัยด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ขั้นสูงที่ Stony Brook University และ Flatiron Institute ในนิวยอร์กซิตี้ นอกจากนี้ เขายังเป็นเจ้าภาพในการแสดงหลายรายการ เช่น “How the Universe Works” ในช่อง Science Channel, “Space Out” ใน Discovery และพอดคาสต์ “Ask a Spaceman” ยอดนิยมของเขา เขาเป็นผู้เขียนหนังสือสองเล่ม “Your Place in the Universe” และ “How to Die in Space” ตลอดจนเป็นผู้มีส่วนร่วมประจำใน Space.com, LiveScience และอีกมากมาย Paul ได้รับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign ในปี 2011 และใช้เวลาสามปีที่ Paris Institute of Astrophysics ตามด้วยทุนวิจัยในเมือง Trieste ประเทศอิตาลี

Back to top button