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>