เรื่องน่ารู้ของ “แสง” ในทางวิทยาศาสตร์: จากความเร็วสูงสุดสู่สีสันที่เรามองเห็น

“แสง” (Light) คือสิ่งที่อยู่รอบตัวเราตลอดเวลา เราตื่นมาเจอแสงแดด เปิดไฟในห้อง หรือแม้แต่แสงจากหน้าจอมือถือที่คุณกำลังอ่านบทความนี้อยู่ แต่ในทางวิทยาศาสตร์ แสงมีความลับที่น่าทึ่งซ่อนอยู่มากมาย มากกว่าแค่ความสว่างที่เรามองเห็น

บทความนี้จะสรุป เรื่องน่ารู้ของแสง ตั้งแต่คุณสมบัติพื้นฐาน ไปจนถึงความลับระดับจักรวาลที่แสงซ่อนเอาไว้ครับ

แสงคืออะไร? เป็นคลื่น หรือ เป็นอนุภาค?

คำถามนี้เคยทำให้นักวิทยาศาสตร์ระดับโลกเถียงกันมานานเป็นร้อยปี

  • ไอแซก นิวตัน เชื่อว่าแสงเป็น “อนุภาค” (เม็ดเล็กๆ)
  • คริสเตียน ฮอยเกนส์ เชื่อว่าแสงเป็น “คลื่น”

แต่คำตอบที่ถูกต้องที่สุดในปัจจุบันคือ “แสงเป็นทั้งสองอย่าง” (Wave-Particle Duality) แสงมีคุณสมบัติเป็น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ที่เคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง (ในสุญญากาศก็ไปได้) แต่ในขณะเดียวกัน แสงก็ประกอบด้วยก้อนพลังงานเล็กๆ ที่เรียกว่า “โฟตอน” (Photon)

สเปกตรัม: แสงที่เรา “มองเห็น” เป็นแค่ส่วนเล็กๆ

แสงจากดวงอาทิตย์ที่เราเห็นว่าเป็นสีขาว จริงๆ แล้วมันซ่อนสีต่างๆ ไว้มากมายรูปภาพelectromagnetic spectrum diagram

Getty Images

  • แสงที่ตามองเห็น (Visible Light): คือช่วงคลื่นแสงที่ตาของมนุษย์รับได้ (ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง)
  • แสงที่ตามองไม่เห็น: จริงๆ แล้วมีคลื่นแสงอีกเยอะมากที่ตาเรามองไม่เห็น เช่น
    • รังสีอัลตราไวโอเลต (UV): พลังงานสูง มองไม่เห็นแต่ทำให้ผิวไหม้
    • อินฟราเรด (Infrared): แสงความร้อน ใช้ในรีโมททีวีหรือกล้องตรวจจับความร้อน

ทำไมแสงสีขาวถึงกลายเป็นสีรุ้ง? (การหักเหของแสง)

เคยสงสัยไหมว่ารุ้งกินน้ำมาจากไหน? หรือทำไมแท่งแก้วปริซึมถึงเปลี่ยนแสงแดดให้เป็นสีรุ้งได้? คำตอบคือ “การหักเห” (Refraction)รูปภาพlight prism dispersion

Shutterstock

แสงสีขาวประกอบด้วยสี 7 สีรวมกัน เมื่อแสงวิ่งผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน (เช่น จากอากาศเข้าสู่แท่งแก้ว หรือหยดน้ำ) แสงแต่ละสีจะ “หักเห” หรือเบี่ยงเบนได้ไม่เท่ากัน

  • แสงสีม่วง: หักเหมากที่สุด
  • แสงสีแดง: หักเหน้อยที่สุด ผลลัพธ์คือ แสงจึงกระจายตัวออกมาเป็นแถบสีรุ้งสวยงามนั่นเอง

เพิ่มเติม : รุ้งกินน้ำ คืออะไร? สรุปหลักการเกิดปรากฏการณ์รุ้ง 7 สี (ฉบับวิทยาศาสตร์)

ความเร็วแสง: สิ่งที่เร็วที่สุดในจักรวาล

กฎเหล็กของจักรวาลที่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ค้นพบคือ “ไม่มีอะไรเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสง”

  • ความเร็วแสง: ประมาณ 300,000 กิโลเมตร/วินาที (ในสุญญากาศ)
  • ความเร็วขนาดนี้หมายความว่า: แสงสามารถวิ่งรอบโลกได้ 7.5 รอบ ภายในเวลาแค่ 1 วินาที!

เรื่องน่ารู้: แสงจากดวงอาทิตย์ต้องเดินทางไกลถึง 150 ล้านกิโลเมตรกว่าจะถึงโลก ซึ่งใช้เวลาประมาณ 8 นาที 20 วินาที นั่นหมายความว่า ถ้าดวงอาทิตย์ดับลงตอนนี้ เราจะยังไม่รู้ตัวจนกว่า 8 นาทีข้างหน้า

ทำไมท้องฟ้าถึงเป็น “สีฟ้า”? (การกระเจิงของแสง)

ทำไมตอนกลางวันท้องฟ้าสีฟ้า แต่ตอนเย็นพระอาทิตย์ตกดิน ท้องฟ้ากลายเป็นสีส้มแดง? ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า “การกระเจิงของแสง” (Scattering)

ในชั้นบรรยากาศโลกมีโมเลกุลอากาศและฝุ่นละอองอยู่:

  • ตอนกลางวัน: แสงอาทิตย์ส่องลงมาตรงๆ แสงสีน้ำเงิน/ม่วง (ซึ่งมีคลื่นสั้น) จะชนกับโมเลกุลอากาศแล้ว “กระเจิง” กระจายไปทั่วท้องฟ้า เราจึงเห็นฟ้าเป็นสีฟ้า
  • ตอนเย็น: ดวงอาทิตย์อยู่ต่ำ แสงต้องเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศหนาขึ้น แสงสีน้ำเงินกระเจิงหายไปหมดแล้ว เหลือแต่ แสงสีแดง/ส้ม (คลื่นยาว) ที่ทะลุผ่านมาถึงตาเราได้ ท้องฟ้าจึงเป็นสีส้มแดง

วัตถุสีดำ จริงๆ แล้วไม่มีสี?

เรามองเห็นสิ่งของต่างๆ ได้ เพราะแสงตกกระทบวัตถุแล้ว “สะท้อน” เข้าตาเรา

  • เสื้อสีแดง: ดูดกลืนแสงทุกสี ยกเว้น สีแดงที่สะท้อนออกมา
  • กระดาษสีขาว: สะท้อนแสงออกมา ทุกสี
  • วัตถุสีดำ: ดูดกลืนแสงทุกสี และแทบไม่สะท้อนแสงอะไรออกมาเลย (ในทางฟิสิกส์ สีดำจึงหมายถึงการไม่มีแสง) นี่คือเหตุผลว่าทำไมใส่เสื้อสีดำออกแดดถึงร้อนกว่าสีขาว เพราะมันดูดซับพลังงานแสงเอาไว้นั่นเอง