SunflowerCosmos.org > Cosmology > Astronomy

พลังงานที่เรารู้จัก และยังมีความเข้าใจน้อย ทางวิทยาศาสตร์ ได้สำรวจพบ
ยังไม่ถึง 100 ปีที่ผ่านมา แต่ด้วยความที่มีระดับพลัง สูงสุดกว่าพลังงาน
ชนิดใดๆ จึงเป็นเรื่องน่าสนใจว่าอนาคต จะนำประโยชน์มาใช้ได้อย่างไรบ้าง

การเข้าใจ พื้นฐานพลังงานที่เรารู้จักบนโลก

ก่อนอื่น เราต้องมาทำความเข้าใจว่า รูปแบบของพลังงานที่เรารู้จักนั้น อาจน้อย
กว่าความจริงที่มีอยู่ และโดยเฉพาะในหลักการทางวิทยาศาสตร์ ที่เราคุ้นเคย
เราทราบว่า สสารและพลังงาน เป็นสิ่งที่คู่กันและสามารถเปลี่ยนสถานะได้ เช่น

น้ำเป็นของเหลว เมื่อได้รับความร้อนก็เปลี่ยนสถานะเป็นก็าซ แต่เมื่ออุณหภูมิ
ลดต่ำจนเย็นจัดก็สามารถเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง เช่น น้ำแข็ง เป็นต้น
จากการที่เปลี่ยนแปลงสถานะได้ เรามองเห็นจากลักษณะรูปทรงที่ปรากฎ
ของเหลว(เห็นเป็นน้ำ) ของแข็ง (เห็นเป็นก้อนน้ำแข็ง) และก็าซ (เห็นเป็นไอ)

ทุกกรณีดังตัวอย่าง คือ สสาร และการเป็นสสารก็สามารถแสดงพลังงานให้
ประจักษ์ได้ ทุกสถานะที่เคลื่อนไหว หากมีปริมาณมากเพียงพอก่อให้เกิด
พลังงานรูปแบบต่างๆ ที่อันตรายและ เป็นประโยชน์ได้อย่างมากมาย

แผนภูมิลักษณะรูปแบบ การเปลี่ยนแปลงสถานะของสสารทำให้เกิด พลังงานธรรมชาติบนโลก

อะตอม หน่วยย่อยของอนุภาค เป็นสสาร
ที่มี พลังงาน ที่เรามักคิดไม่ถึง

ในชั้นเรียนคำว่า อะตอม ดูเหมือนจะไม่ใช่สิ่งแปลกใหม่ ทุกคนรู้จักกันดีว่ามี
อยู่ทุกหนแห่งแม้แต่ในตัวเรา ในน้ำที่เราดื่ม อากาศที่เราหายใจ อาหารที่เราได้
รับประทาน และในทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเอง จนกลายเป็นเรื่องธรรมดา

อะตอม มี Electron ขนาด 0.000549 amu และมีชนิดที่แตกต่างกันของอนุภาค
มากกว่า 2,000 ชนิด มีพื้นฐานสำคัญ 4 ส่วนคือ

1. Gravitational (แรงโน้มถ่วง)
2. Electromagnetic (แรงสนามแม่เหล็ก)
3. Nuclear strong (แรงนิวเคลียร์ชนิดเข้ม)
4. Nuclear weak (แรงนิวเคลียร์ชนิดอ่อน)

ด้วยแรงทั้ง 4 แรงนี้จะยึดเกาะกัน นับจากจุดเล็กๆครอบคลุมกันไปทั้งจักรวาล
ทำให้เกิดพลังงาน หากขาดแรงหนึ่งแรงใดไปผลที่จะเกิดคือ โลก ดาวเคราะห์
ดวงอาทิตย์ จักรวาล ก็จะแตกระเบิด ออกจากกัน

อาจพอสรุปได้ว่า พลังงานทุกชนิดมีพื้นฐานแบบเดียวกันหมด โดยมีอนุภาค
หรือ อะตอม เชื่อมต่อกันไปทั่วทั้งจักรวาล เป็นหลักการที่เราพอสามารถอธิบาย
ทางวิทยาศาสตร์ได้

ชนิดของอนุภาค มีความแตกต่างกัน กว่า 2,000 ชนิด และเราอาจพบเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

อนุภาคแต่ละชนิด ก็จะแสดงอยู่ในแต่ละกลุ่มของแรง แต่ละชนิด

อนุภาพของพลังงานโยงใยเชื่อมต่อกัน ระหว่างดาวแต่ละดาว ดาราจักรสู่อีกดาราจักร
คล้ายสายเคเบิล (เส้นใยเล็กๆที่มองไม่เห็น) อย่างไม่รู้จบ และมีระยะทางไกลอย่างไม่มีข้อจำกัด

อนุภาคไม่มีขอบเขตการเชื่อมโยง บางชนิดมองไม่เห็น
บางชนิดหาไม่พบ บางชนิดเราก็ยังไม่เข้าใจในขณะนี้

ด้วยความไม่มีขอบเขตของจักรวาล ในข้อเท็จจริงนั้น มนุษย์ต่างหากเป็นผู้ได้
กำหนดขอบเขตขึ้น เช่น เราอยู่ในระบบสุริยะ ดาราจักรของเราคือ ทางช้างเผือก
จักรวาลเองไม่มีรั้วกั้น เพราะฉะนั้นยอมมีการเชื่อมโยงกันอย่างกว้างขวางและไกล
มากกว่าที่เราจะคิดออก

นอกจากความไกลแล้ว อาจยังเชื่อมโยงด้วยอนุภาคที่มองไม่เห็นไปสู่มิติอื่นและ
มิติเหล่านี้ อาจมีข้อจำกัดสำหรับตัวเราที่จะอธิบายทางวิทยาศาสตร์ได้ในขณะนี้
เพราะเรามองไม่เห็นรวมถึง เราอาจไม่เห็นพลังงานบางชนิดของแต่ละมิติ

การที่กล่าวไว้ว่า สสารคือพลัง และสสารต้องมีที่อยู่ เช่น สถานะต่างๆ แต่รูปแบบ
ของ Cosmic rays ก็ไม่ได้มีข้อยกเว้น ด้วยการเป็นพลังงานในรูปแบบของรังสี
ที่เรามองไม่เห็นที่อยู่ของอนุภาค หากจะใช้คำว่า มีความว่างเปล่า แต่ไม่ว่างเปล่า
ก็ได้ซึ่งต่างไปจากที่เราเข้าใจ

นอกจากนั้นพลังงานทั่วไปไม่ได้มี เพียง 3 สถานะ ยังมีความสามารถอยู่ในสถานะ
อื่นๆอีกมาก เช่น สถานะ Plasma (พลาสมา) มีคุณสมบัติก๊าซร้อนเดือดพล่าน
สถานะนี้ในระบบสุริยะ พบได้ 2 แห่ง คือ ชั้นบรรยากาศของโลกและดาวพฤหัส
เท่านั้น หรือ สถานะ Plasma Electron เป็นการบิดตัวของสนามแม่เหล็กก็าซ
(Magnetized gas) พบได้ในดาราจักรประเภท Quasar เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่เป็นเรื่องแปลก เราสามารถคิดเครื่องมือได้ในอนาคตเพื่อ
การเห็นสิ่งที่ซ้อนเร้นอยู่ ดังเช่น จากอดีตเราไม่เคยเห็นว่าภายในร่างกายเรา
มีอะไรอยู้บ้าง ยกเว้นผ่าออกมาดู สิ่งของหลายอย่างที่บรรจุ ในกระเป๋าเดินทาง
ไม่มีใครรู้ แต่การที่มีเครื่อง X-ray ทำให้เราเห็นภาพภายในได้ อย่างถูกต้อง
เพียงแต่เราคุ้นเคยกับเครื่องมือดังกล่าว จึงไม่ตื่นเต้นและสงสัยในการเห็น
ทำนองเดียวกัน การเห็นและตรวจสอบหาพลังงานที่มองไม่เห็นจึงไม่ใช่เรื่องยาก
หากเราใช้เวลาในการค้นคิด เครื่องมือช่วยการสืบค้นได้

(หมายเหตุ : Plasma ที่กล่าวในที่นี้ไม่เกี่ยวข้องกับที่อยู่ในเลือดของมนุษย์)

คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ ของ Cosmic rays
หรือ รังสีจักรวาล หรือบางคนอาจเรียกว่า พลังจักรวาล

อะไรคือ Cosmic rays
เป็นขบวนการเปลี่ยนแปลง ของอนุภาค (Protons และ Nuclei ของอะตอม)
โดยกลุ่มอนุภาคเหล่านี้มาจากห้วงอวกาศ โดยต้องมีค่าพลังงานมากกว่า
2,000,000,000 eV (electron volts - เป็นหน่วยการวัดอนุภาค หากวัดโมเลกุล
ในห้องที่เรานั่งอยู่ทั่วไป จะมีค่า 1/40 eV)

อนุภาค Cosmic rays มีอยู่ทั่วไปบริเวณเหนือชั้นบรรยากาศของโลก เราเรียกว่า
Primary Cosmic rays (รังสีจักรวาลปฐมภูมิ) แต่หากอนุภาคนั้นตกลงพื้นโลก
เรา้เรียกว่า Secondary Cosmic rays (รังสีจักรวาลทุติยภูมิ)

เบื้องต้น Cosmic rays เกิดจาก Ultra-penetrating Gamma raditation
(ลักษณะการแผ่รังสี ระดับคลื่น Gamma ซึ่งมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้แต่
สามารถใช้เครื่องทางวิทยาศาสตร์ตรวจจับได้) หลังจากนั้นมีขบวนการของ
อนุภาค Nentrinos เข้ามาเกี่ยวข้อง

เราสามารถมองเห็น Cosmic rays ได้เหนือชั้นบรรยากาศของโลก เหมือนสายฝน
เม็ดเล็กๆกำลังพุ่งไหลรินเข้าสู่โลก มีขนาดพื้นที่กว้างใหญ่ครอบคลุมไปทั่ว
ในขณะเดียวกัน Cosmic rays เข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกก็จะรวมตัวกับ Oxygen
หรือ Nitrogen เกิดการเสื่อมสลายของ Electrons ค่าพลังงานจึงลดลง

Cosmic rays มีความเร็วใกล้เคียงความเร็วแสง มีพลังสูงมาก
(Very high energy) มีคุณสมบัติสามารถกระตุ้น อนุภาคต่างๆของธรรมชาติ
ที่อยู่ในโลก ในสัตว์ สิ่งของต่างๆ และอนุภาคที่อยู่ในมนุษย์ได้ โดยมีพลังสูงสุด
ระดับมากกว่า 1,000 ล้านเท่า ของอนุภาคทั่วไปที่พบบนโลก

การสำรวจพบ Cosmic rays
ในทางวิทยาศาสตร์ เราสำรวจพบ Cosmic rays ครั้งแรกในปี ค.ศ.1912 ต่อมา
ปี ค.ศ.1927 สามารถเห็น Cosmic rays ในแบบ Cloud chamber (ขบวนการ
เปลี่ยนแปลงรูป เป็นลูกโซ่ มีปฎิกิริยาหมุนวนเคลื่อนตัวอย่างเป็นระบบ คล้ายกับ
การออกแบบทางเราขาคณิต)

หลังจากนั้นมาจนกระทั่ง ค.ศ. 1938 มีการสำรวจพบ Cosmic rays ในรูปแบบ
Extensive air showers (การไหลรินเหมือนสายฝนที่ยืดขยายกว้างใหญ่
จากอวกาศ)

ค.ศ. 1949 เกิดทฤษฎี Fermi's theory of cosmic rays ซึ่งเป็นที่ยอมรับเรื่อง
Cosmic rays ของนักวิทยาศาสตร์ และนักจักรวาลวิทยา

บริเวณ Galactic Center ของทางช้างเผือกมองจากโลก (ประเทศชิลี)
แสงสีส้มที่เห็นคือ Laser ที่ชี้ขึ้นไปจากโลก

Cosmic rays มีแหล่งที่มาจากไหน
การสำรวจพบทางวิทยาศาสตร์มีระยะเวลาเพียง 90 กว่าปีที่ผ่านมานับว่า
สั้นมาก ระยะต้นใช้วิธีสำรวจโดยบอลลูน ภายหลังสามารถใช้ดาวเทียมตรวจสอบ
ขณะนี้เรามีข้อมูลไม่มากนัก

เรารู้ว่า Lower-energy Cosmic ray (รังสีจักรวาลชนิดเบาบาง) เกิดจาก
ดวงอาทิตย์ของเราเองโดยถูกพัดพามากับ พายุสุริยะ แต่เราเชื่อว่า Cosmic rays
เกือบทั้งหมดนั้นมาจากนอกดาราจักรทางช้างเผือก ด้วยข้อมูลการสำรวจของ
ดาวเทียมตรวจพบ Compon Gamma ray (คลื่นรังสีที่ไม่มีแหล่งกำเนิดใน
ดาราจักรทางช้างเผือก)

และเราก็ยอมรับว่า ในดาราจักรช้่างเผือกมี Cosmic rays เช่นกันด้วยการเกิด
จากก๊าซของกลุ่มดาวต่างๆ ที่ไหลท่วมออกมาจาก Galactic Center ซึ่งมีระยะ
ห่างจากโลกนับหมื่นปีแสง โดยเรายังไม่เข้าใจว่าทำไมจึงเป็น รังสีจักรวาล
ชนิดที่เบาบางมาก

ในวันนี้ Highest-energy cosmic rays (รังสีจักรวาลชนิดเข้มข้นสูง) เรายัง
ไม่สามารถระบุแหล่งที่มาได้ เชื่อว่าน่ามาจากส่วนนอกของดาราจักรทางช้างเผือก
หรือที่อื่นจากระยะไกลมาก มีข้อสันนิฐานว่า อาจจะมีแหล่งกำเนิด บริเวณ
Radio galaxy hot spots และ Active galactic nuclei (AGN) jets

Radio galaxy hot spots

Active galactic

Cosmic rays มีพลังงานมากเพียงใด
สิ่งที่เราเข้าใจเรื่องการเกิดของ Cosmic rays มีความเป็นไปได้ทั้งทางตรงและ
ทางอ้อมเกิดจาก Supernova (ดาวที่หมดสภาพแล้วเกิดการระเบิดอย่างรุนแรง)
ด้วยการระเบิดดังกล่าวทำให้เกิด การกระเพื่อมตัวของสนามแม่เหล็กอย่างรวดเร็ว

มีปฏิกิริยาทำให้อนุภาคเกิดการเปลี่ยนแปลง โดย Nuclei gain (แกนในพลังงาน)
ของอนุภาค Cosmic rays เกิดการชนกันจากปฏิกิริยาดังกล่าว มีผลกระทบไปสู่
การสะท้าน ของสนามแม่เหล็ก (Magnetic shock) และชะงักโดยทันที่ทันใด
เป็นลักษณะการกระดอน ระหว่างอนุภาพไปมาคล้ายกับ ที่เราตีลูกปิงปอง
ขณะที่กระดอนไปมานั้นทำให้ Nuclei gain เกิดพลังงานเพิ่มพูนขึ้นเป็นจำนวนมาก
เรียกว่า Magnetic shock acceleration (การเร่งอันตรกิริยาของสนามแม่เหล็ก)

จากข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ เราพบอนุภาค Cosmic rays วัดค่าได้อย่างน้อย
1,000,000,000 eV.(ต่อ 1 อนุภาค) โดยเชื่อว่า อนุภาค Cosmic rays มีพลังงานสูงมากกว่า 25,000,000,000 eV. หากเราเทียบกับความสามารถของ
มนุษย์ ที่สร้างเครื่องมือการกำเนิดพลังงาน ที่เรียกว่า Accelerators ได้มากที่สุด
ในทศวรรษนี้ อยู่ในระดับ 1,300,000 eV.

โดยการการไหลรินของอนุภาคเพียงไม่กี่อนุภาคต่อ 1 ตารางเมตร ก็มีค่าพลัง
มากมายจนนับไม่ถ้วน และการเกิดต่อเนื่องเป็นปีๆยิ่งมีค่าพลังไม่รู้จบ
เท่าที่จากการวิเคราะห์ Microwave background ค่ารังสีจากการระเบิดตัวของ
การกำเนิดจักรวาล (Big Bang) พบว่า Cosmic rays มีความสามารถที่ท่องอยู่ใน
จักรวาลในระยะเวลาตลอดทาง 150 ล้านปีแสง จึงสิ้นอายุขัย

จากการตรวจพบอย่างเป็นทางการของนักวิทยาศาสตร์ บริเวณ Utah desert
ในปี ค.ศ. 1991 พบค่าเฉลี่ย Cosmic ray shower จำนวน 200 พันล้านอนุภาค
ในข้อเท็จจริงหากนำค่าพลังงานมารวมกันในแต่ละวินาที แต่ละวัน คงหาค่าได้
อย่างไม่รู้จบ

ตำแหน่งที่ค้นพบกลุ่มวัตถุในจักรวาลประเภท High Energy มากกว่า 100 กลุ่มในขณะนี้

การแสดงตัวของ Cosmic rays
ในทางเนคนิค เราพบว่า Cosmic rays แสดงตัวในชั้นบรรยากาศที่เรียกว่า
Phenomenon of Atmospheric fluorescence (ปรากฎการณ์เรืองแสงวาวขาว
ในชั้นบรรยากาศ)

เหตุเพราะเกิดจากการเปลี่ยนแปลง โมเลกุลของอนุภาค เมื่อพุ่งเข้าใกล้โลก
ในชั้นบรรยากาศ ทำให้มีการถ่ายเทของโมเลกุลบางจำนวน เกิดผลกระทบ
เรียกว่า Shaking up (การสะท้านหรือการสั่นไหว) โมเลกุลจึงตอบสนองปฎิกิริยา
ดังกล่าว ด้วยการปล่อยแสงวาวออกมา หลังจากนั้นก็กลับสู่สภาพปกติ
จึงทำให้เราเห็นเป็นเกร็ดเล็กๆ วูบวาว สีเงิน สีทอง (หรือสีต่างกันไป ตามผลของ
โมเลกุลแต่ละชนิดของก๊าซในบริเวณนั้น ที่รวมตัวกับกับ อนุภาพ Cosmic rays)

บางคนสามารถมองเห็น Cosmic rays ได้เหมือนเส้นขะยุกขะยิก ลอยอยู่ข้างหน้าสีขาว สีเงิน สีทอง เป็นเกร็ดแวววาว มีการเคลื่อนตัวไปมาคล้ายลูกน้ำ โดยถ้าเป็นบริเวณที่สูงจะยิ่งมองเห็นชัด เช่น
บนภูเขาสูง บนเครื่องบิน (มองออกนอกหน้าต่าง) เพราะมีความชื้นในอากาศน้อยกว่า