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

กาลิเลโอ

(Galileo Galilei)

กาลิเลโอ พยายามพิสูจน์ว่า โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ เพื่อแย้งแนวคิดของ ปโตเลมี ที่ว่า โลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล และกาลิเลโอยังได้ใช้ความรู้ทางด้านคณิตศาสตร์มาหาความสัมพันธ์เกี่ยวกับการเคลื่อนที่แนวตรงและการเคลื่อนที่แบบโพรเจคไทล์

นิวตัน

(Isaac Newton)

นิวตัน ได้ใช้แนวคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ และการใช้คณิตศาสตร์ของกาลิเลโอ มาเป็นพื้นฐาน และเสนอเป็น กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน นอกจากนี้นิวตันยังได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับ แรงโน้มถ่วง เพื่อใช้อธิบายการโคจรของดาวเคราะห์ต่าง ๆ

2) ด้านความร้อน

บอยล์

(Robert Boyle)

ชาร์ล

(Jacques Alexandre César Charles)

เกย์ - ลูสแซก

(Joseph Louis Gay-Lussac)

จากการค้นพบของนักฟิสิกส์หลาย ๆ คน เช่น บอยล์ ชาร์ล และเกย์ – ลูสแซก ทำให้ได้กฎของแก๊สอุดมคติ ซึ่งใช้อธิบายความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ และจำนวนโมเลกุลของแก๊สอุดมคติในภาชนะปิดได้

ทอมป์สัน

(Sir Joseph John "J. J." Thomson)

หลังจากการทดลองของทอมป์สัน สรุปได้ว่า ความร้อนเป็นพลังงาน จากที่ในอดีตเชื่อว่า ความร้อนเป็นของไหล

3) ด้านไฟฟ้าและแม่เหล็ก

โวลตา

(Alessandro Volta)

โวลตา ได้ประดิษฐ์แบตเตอรี่ เพื่อใช้เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าออกมา

เออร์สเตด

(Hans Christian Ørsted)

เออร์สเตด ได้นำแบตเตอรี่ที่เริ่มคิดโดยโวลตา ไปใช้ในการทดลอง และพบวิธีใช้กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก

ฟาราเดย์

(Michael Faraday)

ฟาราเดย์ ได้นำความรู้ของเออร์สเตดมาเปลี่ยนมุมมองใหม่ ทำให้ได้ กฎการเหนี่ยวนำไฟฟ้าของฟาราเดย์

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

5 Videos