บทที่ 1 ฟิสิกส์
ธรรมชาติและพัฒนาการทางฟิสิกส์
1. ธรรมชาติของฟิสิกส์
ฟิสิกส์ (Physics) เป็นแขนงหนึ่งของวิชาวิทยาศาสตร์ (Science) โดยวิชาวิทยาศาสตร์เป็นวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับธรรมชาติ โดยใช้เหตุและผลประกอบการศึกษา โดยไม่ใช้ความเชื่อเกี่ยวกับเทพเจ้าหรือภูติผีปีศาจ
ฟิสิกส์ มีที่มาจากภาษากรีก แปลว่า ธรรมชาติ ดังนั้นฟิสิกส์จึงเป็นวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับธรรมชาติด้วยเหตุและผล โดยจะศึกษาทางด้านกายภาพของสิ่งต่าง ๆ ในธรรมชาติ เช่น ศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ศึกษาเกี่ยวกับพลังงานต่าง ๆ รวมถึงการศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่าง ๆ เป็นต้น โดยฟิสิกส์จะศึกษาตั้งแต่สิ่งที่เล็กมาก ๆ ระดับอะตอม ไปจนถึงสิ่งที่ใหญ่มาก ๆ อย่างจักรวาล และฟิสิกส์ยังเป็นความรู้พื้นฐานที่จะนำไปใช้พัฒนาเทคโนโลยีต่าง ๆ ให้ก้าวหน้าขึ้น
กระบวนการความรู้ทางฟิสิกส์ไม่ได้เกิดจากการค้นคว้าหาความรู้ทางฟิสิกส์ของคนเพียงคนเดียว แต่เกิดจากการสรุปข้อมูลที่สะสมไว้ของคนจำนวนมากตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน
การค้นคว้าหาความรู้ทางฟิสิกส์ มี 2 แนวทางหลัก ๆ ดังนี้
1) การสังเกต การทดลอง การเก็บรวบรวมข้อมูล วิเคราะห์ข้อมูล และสรุปผลเป็นแนวคิด หลักการ หรือกฎต่าง ๆ
2) การสร้างแบบจำลองทางความคิดเพื่อสรุปเป็นทฤษฎี และใช้ทำนายสิ่งที่อาจเกิดขึ้น
การพัฒนาการของหลักการและแนวคิดทางฟิสิกส์ เกิดได้หลายปัจจัย เช่น การพัฒนาเครื่องมือให้มีความละเอียดมากขึ้น การเปลี่ยนมุมมองใหม่ หรือการค้นพบทฤษฎีใหม่ ๆ เป็นต้น
ในอดีต การนำเสนอแนวคิดใหม่ ๆ เพื่อล้มล้างแนวคิดเก่ามักจะโดนต่อต้าน จึงต้องพิสูจน์ให้ได้ว่าแนวคิดใหม่นั้นถูก และแนวคิดเก่านั้นผิด ซึ่งมีตัวอย่างพัฒนาการของหลักการและแนวคิดทางฟิสิกส์อยู่ 3 สาขา
การค้นคว้าหาความรู้ทางฟิสิกส์ มี 2 แนวทางหลัก ๆ ดังนี้
1) ด้านกลศาสตร์
2) ด้านความร้อน
จากการค้นพบของนักฟิสิกส์หลาย ๆ คน เช่น บอยล์ ชาร์ล และเกย์ – ลูสแซก ทำให้ได้กฎของแก๊สอุดมคติ ซึ่งใช้อธิบายความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ และจำนวนโมเลกุลของแก๊สอุดมคติในภาชนะปิดได้
3) ด้านไฟฟ้าและแม่เหล็ก
จากแนวคิดต่าง ๆ เหล่านี้ ทำให้รู้ว่า ไฟฟ้าและแม่เหล็ก มีความเกี่ยวข้องกัน จากที่ในอดีตถือว่า ไฟฟ้า และแม่เหล็กไม่เกี่ยวข้องกัน
จากการพัฒนาการของหลักการและแนวคิดทางฟิสิกส์ ได้มีการค้นพบแรงต่าง ๆ มากมาย และได้สรุปเป็นแรงพื้นฐานในธรรมชาติ 4 แรง ซึ่งจะได้ศึกษาในบทต่อไป ดังนี้
1) แรงโน้มถ่วง (gravitational force)
2) แรงแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic force)
3) แรงเข้ม (strong force)
4) แรงอ่อน (weak force)
พัฒนาการทางฟิสิกส์ มีผลต่อพัฒนาการทางวิชาอื่น ๆ และยังมีผลต่อการพัฒนาเทคโนโลยี โดยมีตัวอย่างดังนี้
การค้นคว้าหาความรู้ทางฟิสิกส์ มี 2 แนวทางหลัก ๆ ดังนี้
1) ด้านเคมี
ความรู้เรื่องโครงสร้างอะตอม และพันธะเคมี มีพื้นฐานมาจากฟิสิกส์อะตอม และฟิสิกส์นิวเคลียร์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ความรู้ทางฟิสิกส์มาสร้างเครื่องมือเพื่อศึกษาเกี่ยวกับธาตุต่าง ๆ สารละลาย และความเป็นกรด – เบส เป็นต้น
2) ด้านชีววิทยา
สามารถใช้ความรู้ทางด้านฟิสิกส์ในการศึกษาประจุในระดับเซลล์ การสังเคราะห์ด้วยแสง หรือใช้เครื่องมือที่ใช้หลักการทางฟิสิกส์มาศึกษาเซลล์ต่าง ๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์ เป็นต้น
3) เทคโนโลยีด้านพลังงาน
พัฒนาการทางฟิสิกส์ สามารถนำไปพัฒนาเทคโนโลยีด้านพลังงานได้มากมาย ตั้งแต่เครื่องจักร ไอน้ำ เซลล์สุริยะและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่าง ๆ จนไปถึงเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เป็นต้น
4) เทคโนโลยีด้านการสื่อสารโทรคมนาคม
เทคโนโลยีด้านการสื่อสารโทรคมนาคมแทบทั้งหมด ใช้ความรู้ทางด้านฟิสิกส์ เริ่มตั้งแต่ โทรเลข วิทยุ โทรทัศน์ โทรศัพท์ คอมพิวเตอร์ หุ่นยนต์ รวมไปถึงดาวเทียม เป็นต้น
จากที่กล่าวมาแล้ว ความรู้ทางด้านฟิสิกส์ ยังสามารถนำไปพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านอื่นได้อีกมากมาย
PANYA SOCIETY ได้รับเลือกจากกองบรรณาธิการ mybest ให้เป็น 1 ใน 10 สถาบัน “เรียนฟิสิกส์” ที่ไหนดี? ปี 2022 สามารถคลิกเพื่ออ่านข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่นี่
ฟิสิกส์ ม.4 เทอม 1
สุปิติ บูรณวัฒนาโชค
● ปัจจุบันทำงานในบริษัท Start-up ด้านเทคโนโลยีหลายแห่ง
● อดีตตัวแทนนักเรียนไทยไปแข่งขันฟิสิกส์โอลิมปิกระหว่างประเทศ
● ได้รับทุนธนาคารแห่งประเทศไทย ไปศึกษาต่อระดับปริญญาตรีและโท คณะ Electrical and Computer Engineering (วิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์) ที่ Carnegie Mellon University ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยจบทั้งสองปริญญาในเวลา 4 ปี
● เคยทำงานที่บริษัท Oracle สหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นบริษัทซอฟต์แวร์ระดับ Top 5 ของโลก
● ผู้ร่วมก่อตั้งเว็บไซต์เด็กดีดอทคอม