16. การผสานกันของพลังงาน – มวล
รูปสมการของไอน์สไตน์
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
หากสนใจหนังสือ อื่น ๆ นอกเหนือจากนี้
คลิก
จากสมการพลังงานของไอน์สไตน์ แม้ว่าระบบที่มีมวลน้อยมาก มันก็มีศักยภาพในการปลดปล่อยพลังงาน (E = mc2) เป็นจำนวนมหาศาล ซึ่งเป็นปรากฏการณ์จำนวนพลังงาน ในรูปของ นิวเคลียร์ฟิชชั่น (Nuclear fission: การแตกแยกออกจากกัน)
รูปจำลองการเกิดนิวเคลียร์ฟิชชั่น
วิดีโออธิบายนิวเคลียร์ฟิชชั่น
อะตอมหนึ่งแยกออกเป็นสองอะตอม ในเวลาเดียวกัน ก็จะปลดปล่อยออกมา ผลรวมของมวลของอะตอมใหม่ และมวลของนิวตรอนมีค่าน้อยกว่ามวลของอะตอมเริ่มต้น
อาจมีคำถามที่ว่า แล้วมวลที่หายไป มันไปอยู่ที่ไหน? คำตอบก็คือมันถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของความร้อน พลังงานจลน์ (Kinetic energy) พลังงานนี้เป็นสิ่งที่ไอน์สไตน์คาดการเอาไว้ โดยใช้สมการ E = mc2
ยกตัวอย่างที่เราเคยได้ยินเรื่องนิวเคลียร์ฟิชชั่นที่เห็นได้ชัดคือ ระเบิดนิวเคลียร์ หรืออะตอมมิคบอมบ์ ที่ฮิโรชิมา และนางาซากิ ในประเทศญี่ปุ่น ช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ทำให้ญี่ปุ่นประกาศยอมแพ้ในสงครามโลก
รูประเบิดนิวเคลียร์ที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น
รูประเบิดนิวเคลียร์
วิดีโอเรื่องระเบิดนิวเคลียร์
อีกเหตุการณ์หนึ่งที่มีการสอดคล้องกันกับสมการของไอน์สไตน์ก็คือ นิวเคลียร์ฟิวชั่น (Nuclear fusion: การยุบรวมเข้ากัน)
รูปการจำลองนิวเคลียร์ฟิวชั่น
วิดีโออธิบายนิวเคลียร์ฟิวชั่น
การฟิวชั่นเกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่มีน้ำหนักเบาอยู่ภายใต้อุณหภูมิที่สูงมาก อุณหภูมิที่สูงช่วยให้อะตอมหลอมรวมกันเพื่อสร้างอะตอมที่หนักกว่าขึ้นมา
การหลอมละลายไฮโดรเจนไปเป็นฮีเลียม คือตัวอย่างที่เห็นทั่วไป สิ่งสำคัญ คือความจริงที่ว่ามวลของอะตอมใหม่ น้อยกว่าผลรวมของมวลที่มีน้ำหนักเบา เช่นเดียวกับการฟิชชั่น มวลที่หายไปจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของพลังงานความร้อน ที่เป็นพลังงานจลน์
ตัวอย่างที่เราเห็นได้ชัดของนิวเคลียร์ฟิวชั่น ก็คือ ในดวงอาทิตย์ ซึ่งภายในดวงอาทิตย์เกิดการฟิวชั่นของไฮโดรเจน แล้วให้แสง และพลังงานความร้อนมาสู่โลกของเรา
รูปดวงอาทิตย์ซึ่งภายในเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น
วิดีโอการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นในดวงอาทิตย์
บ่อยครั้งที่มีการตีความแบบเข้าใจผิด ในเรื่องของการผสมผสานกันของมวล และพลังงาน นั่นคือ มวลของระบบจะเพิ่มขึ้นเมื่อระบบเข้าใกล้ความเร็วแสง ความคิดอย่างนี้ไม่ถูกต้อง
สมมติว่าเรือจรวด (Rocket ship) ลอดผ่านช่องว่างอวกาศ จะเกิดสิ่งต่อไปนี้ขึ้น:
รูปตัวอย่างจรวด
1. พลังงานต้องเพิ่มลงไปในระบบเพื่อเพิ่มความเร็วของเรือจรวด
2. พลังงานที่เพิ่มเข้าไปมากขึ้น เพื่อเอาชนะความต้านทาน เพื่อเร่งเรือจรวด
3. การเพิ่มพลังงานให้น้อยลงทำให้ความเร็วของระบบเพิ่มขึ้น
4. ในที่สุดปริมาณพลังงานที่เพิ่มขึ้นที่จำเป็นเพื่อเข้าถึงความเร็วของแสงจะกลายเป็นอนันต์
ในขั้นตอนที่ 2 ความต้านทานต่อความเร่งของระบบ คือการวัดพลังงาน และโมเมนตัมของระบบ สังเกตว่าในข้อ4 ข้างต้นไม่มีการอ้างถึงมวล ไม่จำเป็นต้องมี
ในหัวข้อต่อไป จะมาดูว่าทำไมความพร้อมกันระหว่างสองเหตุการณ์จึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในโลกของสัมพัทธภาพพิเศษ
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“เรื่องส่วนตัว
แม้จะใหญ่แค่ไหน ก็ยังเป็น เรื่องเล็ก
เรื่องของชาติ
แม้จะเล็กแค่ไหน ก็ยังเป็น เรื่องใหญ่”
เหมา เจ๋อตุง
<หน้าที่แล้ว สารบัญ หน้าต่อไป>