บทความ
“ถ้าเราหยิบก้อนหินขึ้นมาและปล่อยมันไปด้วย ทำไมมันตกลงสู่พื้นดิน?” คำตอบปกติของคำถามนี้ก็คือ : “เพราะว่าโลกดึงดูดมัน” ฟิสิกส์ยุคใหม่กำหนดคำตอบค่อนข้างต่างออกไปด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้ เนื่องจากการศึกษาที่ละเอียดถี่ถ้วนมากขึ้นเกี่ยวกับปรากฎการณ์เชิงแม่เหล็กไฟฟ้า เราเริ่มจะมองว่ากิริยาจากที่ไกล ๆ เป็นกระบวนการที่เป็นไปไม่ได้ โดยไม่มีการแทรกแซงของตัวกลางที่เป็นสื่อกลางบางอย่าง ตัวอย่างเช่นถ้าแม่เหล็กดึงดูดเหล็กชิ้นหนึ่ง เราไม่อาจพอใจได้ที่จะมองว่าสิ่งนี้หมายความว่าแม่เหล็กกระทำโดยตรงต่อเหล็กผ่านอวกาศที่ว่างเปล่าที่อยู่ระหว่างกลาง แต่เราถูกบีบบังคับให้นึกภาพตามแบบอย่างของฟาราเดย์ - ว่าแม่เหล็กสร้างอะไรบางอย่างที่มีอยู่จริงในเชิงฟิสิกส์ในอวกาศรอบ ๆ มันขึ้นมาเสมอที่ว่าอะไรบางอย่างคือ สิ่งที่เราเรียกว่า “สนามแม่เหล็ก” เมื่อคราวของมันมาถึงสนามแม่เหล็กนี้จะใช้อิทธิพลกับชิ้นเหล็ก เพื่อว่าอันหลังพยายามที่จะเคลื่อนที่ไปยังแม่เหล็ก ในที่นี้เราจะไม่พูดถึงสำหรับความคิดเล็ก ๆ น้อย ๆ นี้ ซึ่งจริง ๆ แล้วเป็นเหตุผลสนับสนุนที่ค่อนข้างไม่เจาะจง เราจะพูดเพียงว่าด้วยความช่วยเหลือของมัน ปรากฎการณ์เชิงแม่เหล็กไฟฟ้าอาจถูกแสดงในเชิงทฤษฏีได้อย่างน่าพอใจมากกว่าโดยไม่มีมัน และสิ่งนี้ประยุกต์ไปใช้กับการส่งผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยเฉพาะ ผลกระทบของความโน้มถ่วงก็ถูกมองด้วยวิธีการที่คล้ายคลึงกันด้วย
กิริยาของโลกที่มีต่อก้อนหินเกิดขึ้นอย่างอ้อม ๆ โลกสร้างสนามโน้มถ่วงขึ้นในสิ่งแวดล้อมของมันซึ่งกระทำต่อก้อนหินและทำให้ เกิดการเคลื่อนที่ตกลงมาของมันขึ้น ตามที่เรารู้จากประสบการณ์ความรุนแรงของกิริยาบนตัววัตถุลดน้อยลงตามกฎที่ ชัดเจนแน่นอนมาก ขณะที่เราไปข้างหน้าไกลขึ้นเรื่อย ๆ ห่างออกไปจากโลก จากทรรศนะของเรานี่ก็หมายความว่า : กฎที่ควบคุมคุณสมบัติต่าง ๆ ของสนามโน้มถ่วงในอวกาศจะต้องเป็นกฎที่ชัดเจนแน่นอนอย่างสมบูรณ์แบบ เพื่อที่จะแสดงการน้อยลงของกิริยาเชิงโน้มถ่วงไปกับระยะทางจากตัววัตถุที่ กำลังมีผลอย่างถูกต้อง มันประมาณนี้ : ตัววัตถุ (เช่นโลก) ทำให้เกิดสนามขึ้นในบริเวณใกล้เคียงที่อยู่ระหว่างกลางของมันโดยตรง ; ด้วย เหตุนั้นความรุนแรงและทิศทางของสนามที่จุดที่อยู่ห่างไกลจากตัววัตถุมากกว่า ถูกกำหนดโดยกฎซึ่งควบคุมคุณสมบัติในอวกาศของตัวสนามโน้มถ่วงเอง
แตกต่างกับสนามไฟฟ้าและแม่เหล็กสนามโน้มถ่วงแสดงคุณสมบัติที่ประหลาดที่สุด ซึ่งมีความสำคัญพื้นฐานสำหรับสิ่งที่เกิดตามมา ตัววัตถุซึ่งกำลังเคลื่อนที่อยู่ในอิทธิพลของสนามโน้มถ่วงอย่างเดียวมีความเร่งซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับทั้งวัตถุและสภาพเชิงฟิสิกส์ของตัววัตถุแม้แต่นิดเดียว
ยกตัวอย่างเช่น ตะกั่วชิ้นหนึ่งและไม้ชิ้นหนึ่งตกลงมาในแบบเดียวกันอย่างไม่ผิดเพี้ยนในสนามโน้มถ่วง (ในสุญญากาศ) เมื่อมันเริ่มต้นจากหยุดนิ่ง หรือด้วยความเร็วเริ่มต้นอย่างเดียวกัน เราอาจแสดงกฎนี้ซึ่งใช้ได้อย่างถูกต้องที่สุด ในรูปแบบที่ต่างกัน เมื่อพิจารณาในแง่มุมของการพิจารณาต่อไปนี้ได้
ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันเราได้
(แรง) = (มวลเฉื่อย) x (ความเร่ง)
เมื่อ “มวลเฉื่อย” เป็นค่าคงตัวที่เป็นลักษณะเฉพาะตัวของตัววัตถุที่มีความเร่ง ตอนนี้ถ้าความโน้มถ่วงเป็นสาเหตุของความเร่ง ดังนั้นเราได้
(แรง) = (มวลโน้มถ่วง) x (ความเข้มของสนามโน้มถ่วง)
เมื่อ “มวลโน้มถ่วง” เป็นค่าคงตัวที่เป็นลักษณะเฉพาะตัวสำหรับตัววัตถุเช่นเดียวกัน จากสองความสัมพันธ์นี้สรุปได้ว่า :
ตามที่เราพบจากประสบการณ์ ถ้าตอนนี้ความเร่งเป็นอิสระไม่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติและสภาพของตัววัตถุและ เหมือนกันเสมอสำหรับสนามโน้มถ่วงที่กำหนดให้ ดังนั้นอัตราส่วนของมวลโน้ม ถ่วงต่อมวลเฉื่อยจะต้องเหมือนกันสำหรับตัววัตถุทั้งมวลเช่นเดียวกัน โดยการเลือกหน่วยที่เหมาะสม เราจึงอาจทำให้อัตราส่วนนี้เท่ากับหนึ่งได้ ดังนั้นเราได้กฎต่อไปนี้ : มวลโน้มถ่วงของตัววัตถุเท่ากับมวลเฉื่อย
เป็นความจริงที่ว่าก่อนหน้านั้นกฎที่สำคัญนี้ถูกบันทึกไว้ในกลศาสตร์ แต่มันไม่ได้รับการตีความ เราอาจได้การตีความที่น่าพอใจได้เพียงถ้าเรายอมรับข้อเท็จจริงต่อไปนี้ : คุณภาพเดียวกันของตัววัตถุ แสดงตัวออกมาให้เห็นตามสถานการณ์เหมือนเป็น “ความเฉื่อย” หรือเหมือนเป็น “น้ำหนัก” (ตามตัวอักษร “ความหนัก”) ในตอนต่อไปนี้ เราจะแสดงให้เห็นว่าจริง ๆแล้วเป็นอย่างนี้แค่ไหน และเรื่องนี้เกี่ยวข้องกับสัจพจน์ของสัมพัทธภาพชนิดทั่วไปอย่างไร
0 ความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น