แสง มีคุณสมบัติอย่างไร และสร้างปรากฏการณ์ที่สวยงามในธรรมชาติได้อย่างไร

แสง และสมบัติของแสง

แสง ในธรรมชาติมีแหล่งกำเนิดจากหลายแหล่ง ช่วยให้เรามองเห็นวัตถุต่างๆ ที่อยู่ตรงหน้าได้

แสง (Light) คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ชนิดหนึ่ง ซึ่งมีความยาวคลื่น (Wavelength) อยู่ในช่วงที่มนุษย์สามารถรับรู้ได้ผ่านดวงตาหรือที่เรียกว่า “แสงที่ตามองเห็น” (Visible Light) โดยนับเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในช่วงความยาวคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร

แสงมีคุณสมบัติที่ค่อนข้างสลับซับซ้อน เนื่องจากมีลักษณะเป็นเหมือนทั้งคลื่นและอนุภาค ซึ่งในทางฟิสิกส์ แสง หมายถึง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation) ในทุกช่วงความยาวคลื่น แม้จะอยู่ในช่วงที่สายตาของมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ แสงมีอนุภาคที่เรียกว่า “โฟตอน” (Photon) เป็นอนุภาคที่สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยอัตราเร็วคงที่ ซึ่งอยู่ที่ราว 300,000,000 เมตรต่อวินาที โดยไม่จำเป็นต้องมีสื่อหรืออาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ใด ๆ (Medium) อย่างเช่นแสงจากดวงอาทิตย์ที่เดินทางผ่านอวกาศหรือภาวะสุญญากาศเป็นระยะทาง 150 ล้านกิโลเมตร โดยใช้เวลาราว 499 วินาที หรือราว 8.3 นาทีในการเดินทางมายังโลก

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,

แหล่งกำเนิดของแสงบนโลก

แหล่งกำเนิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ดวงอื่น ๆ และปรากฏการณ์ฟ้าแลบฟ้าผ่า โดยแสงจากดวงอาทิตย์ถือเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ใหญ่ที่สุดของโลก

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,

สงจากสิ่งมีชีวิต (Bioluminescence) เช่น การเรืองแสงของสัตว์บางชนิด เช่น การมีแสงสว่างในตัวเองของหิ่งห้อย ปลาน้ำลึกบางชนิด และแพลงก์ตอนในทะเล และแสงจากหิ่งห้อย

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,
แสงจากหิ่งห้อยเป็นแสงที่เกิดจากกระบวนการชีวเคมีในตัวหิ่งห้อย

แสงจากสิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ เช่น หลอดไฟ ตะเกียง เทียนไข และแสงที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทต่าง ๆ เช่น ถ่าน ฟืน และน้ำมัน

สเปกตรัมและสีของแสง (Spectrum)

คลื่นหรือแสงที่ดวงตามมนุษย์สามารถมองเห็นและรับรู้ได้นั้น นับเป็นเพียงช่วงสั้น ๆ ของแถบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด ดังนั้น จึงมีคลื่นอีกมากมายที่มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และถึงแม้จะมีบางช่วงความยาวคลื่นที่มนุษย์อาจรับรู้ด้วยประสาทสัมผัสอื่น ๆ อย่างเช่น การที่ผิวหนังรับรู้ได้ถึงความร้อน เมื่อสัมผัสกับรังสีอินฟราเรด (Infrared Radiation) หรือรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet Radiation) เป็นต้น

แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาว (White Light) ซึ่งในทางวิทยาศาสตร์ สามารถใช้ปริซึม (Prism) แยกองค์ประกอบของแสงขาวออกจากกันได้ โดยสามารถแบ่งออกเป็นแถบสีต่าง ๆ ทั้งหมด 7 สี เรียงชิดติดกันหรือที่เรียกแถบสีเหล่านี้ว่า “สเปกตรัม” (Spectrum) โดยในธรรมชาติ สสารที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงปริซึม คือ หยดน้ำ เม็ดฝน ละออง และไอน้ำต่าง ๆ ซึ่งหลังฝนตกเมื่อแสงแดดส่องกระทบหยดน้ำฝนเหล่านี้ เราสามารถมองเห็นแสงแดดเป็นแถบสีทั้ง 7 สี ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้าหรือที่เราเรียกกันว่า “รุ้งกินน้ำ” นั่นเอง

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,

นอกจากนี้ การที่มนุษย์เรามองเห็นสีต่าง ๆ บนวัตถุนั้น เป็นผลที่เกิดจากการผสมของแสงสีต่าง ๆ เช่น แสงขาวอาจเกิดจากการรวมกันของแสงเพียง 3 สี ได้แก่ แสงสีเขียว (Green: 1) แสงสีน้ำเงิน (Blue: 2) และแสงสีแดง (Red: 3) หรือที่เรียกว่า “สีปฐมภูมิ” (Primary Colors) และหากนำแสงที่เกิดจากการผสมกันของสีปฐมภูมิ 2 สีมารวมกัน จึงเกิดเป็น “สีทุติยภูมิ” (Secondary Colors) ได้แก่ แสงสีคราม (Cyan: 4) แสงสีเหลือง (Yellow: 5) และแสงสีม่วงแดง (Magenta: 6) โดยที่สีทุติยภูมิแต่ละสีจะมีความแตกต่างกันในระดับความเข้มสีและความสว่างของแสงอีกด้วย

สมบัติและพฤติกรรมของแสง

การสะท้อน (reflection) คือ พฤติกรรมของแสงที่ส่องไปกระทบผิวตัวกลางที่มีลักษณะแตกต่างกันและสะท้อนกลับออกมา นับเป็นการเคลื่อนที่ของแสงจากตัวกลางต่างชนิด ซึ่งเมื่อแสงตกกระทบกับพื้นผิวสัมผัสของตัวกลางใด ๆ ปริมาณและทิศทางของการสะท้อนของแสงจึงขึ้นอยู่กับธรรมชาติของพื้นผิวสัมผัสของตัวกลางนั้น ๆ

การหักเห (Refraction) คือ พฤติกรรมของแสงที่ส่องผ่านตัวกลางที่มีลักษณะโปร่งใส เช่น อากาศ แก้ว น้ำ และพลาสติกใส ส่งผลให้แสงหักเหออกจากแนวทางการเคลื่อนที่ดั้งเดิม รวมถึงความเร็วเคลื่อนที่ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงไป โดยเฉพาะเมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน อย่างเช่น การเคลื่อนที่ของแสงในน้ำ ซึ่งส่งผลต่อทั้งความเร็วและทิศทางในการเคลื่อนที่หรือการหักเหของแสง

การกระจาย (Dispersion) คือ พฤติกรรมของแสงเมื่อตกกระทบถูกพื้นผิวของตัวกลาง ก่อนเกิดการหักเห ซึ่งส่งผลให้แสงที่มีความยาวคลื่นหรือความถี่ต่าง ๆ กระจายออกเป็นแถบสี เช่น การกระจายของแสงสีขาวเมื่อส่องกระทบปริซึม แล้วเกิดเป็นแถบสีหรือสเปกตรัมนั่นเอง

การดูดกลืน (Absorbtion) คือ พฤติกรรมของแสงที่ส่องไปกระทบตัวกลางหรือวัตถุ ก่อนแสงบางส่วน จะถูกดูดกลืนหายเข้าไปในตัวกลาง ซึ่งแสงที่ดูดกลืนเหล่านั้น จะมีพลังงานบางส่วนสูญหายไปในรูปของพลังงานความร้อน ขณะที่แสงในช่วงความยาวคลื่นที่สามารถส่องผ่านวัตถุหรือตัวกลางดังกล่าว จะแสดงเฉพาะความยาวคลื่นของแสงที่ไม่ถูกดูดซับ กลายเป็นสีของวัตถุที่เรามองเห็นนั่นเอง

การทะลุผ่าน (Transmission) คือ พฤติกรรมของแสงที่เคลื่อนที่พุ่งชนตัวกลาง ก่อนทะลุผ่านออกไปอีกด้านหนึ่ง โดยที่ความถี่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ วัตถุที่มีคุณสมบัติให้แสงทะลุผ่านได้ เช่น กระจก ผลึกคริสตัล พลาสติกใส น้ำและของเหลวต่าง ๆ

การแทรกสอด (Interference) คือ พฤติกรรมการรวมกันของแสง 2 ลำ หรือ 2 ขบวนเคลื่อนที่เข้าหากัน เมื่อแสงทั้ง 2 ลำ มีแหล่งกำเนิดที่ก่อให้คลื่นแสงความถี่เดียวกันและความยาวคลื่นเท่ากัน เมื่อรวมตัวเข้าหากัน สามารถส่งผลให้แสงมีความสว่างมากยิ่งขึ้น ขณะที่ในทางตรงกันข้าม ความสว่างของแสงสามารถถูกลดทอนให้ต่ำลง หากแสงทั้ง 2 ลำ เคลื่อนที่หักล้างกันเอง

ปรากฏการณ์จากพฤติกรรมของแสง

นอกจากรุ้งกินน้ำ ยังมีปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดจากพฤติกรรมของแสงอีกมากมาย เช่น ปรากฏการณ์ภาพลวงตา หรือ “มิราจ” (Mirage) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การหักเหของแสงในชั้นบรรยากาศ เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิและความหนาแน่นของชั้นอากาศที่แสงเดินทางผ่าน อย่างในบริเวณพื้นทะเลทรายหรือพื้นผิวถนนที่ถูกแดดร้อนจัด ส่งผลให้อากาศเหนือพื้นทรายหรือพื้นถนนมีอุณหภูมิสูงกว่าชั้นอากาศโดยรอบ เมื่อแสงเดินทางผ่าน ความแตกต่างของอุณหภูมิส่งผลต่อความหนาแน่นของอากาศหรือตัวกลาง ทำให้แสงเกิดการหักเห สะท้อนให้เห็นภาพลวงตาดังกล่าว

แสง, แสงและสมบัติของแสง, แสงธรรมชาติ, คุณสมบัติของแสง, แสงแดด,

รวมถึงปรากฏการณ์พระอาทิตย์ทรงกลด (Halo) ซึ่งนับเป็นปรากฏการณ์ที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับรุ้งกินน้ำ ซึ่งเกิดจากการเรียงตัวกันของผลึกน้ำแข็งภายในก้อนเมฆที่อยู่รอบดวงอาทิตย์์์ เมื่อแสงส่องลงมาตกกระทบผลึกน้ำแข็งเหล่านี้ จึงเกิดการหักเหและการสะท้อนกลับ เกิดเป็นลำแสงพุ่งออกสู่อากาศภายนอก ปรากฏเป็นแถบสีสเปกตรัมของเส้นรอบวงล้อมรอบดวงอาทิตย์หรือพระอาทิตย์ทรงกลดนั่นเอง

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

Tulane University – https://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/proplight.htm
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7436-2017-08-11-04-21-21
ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LESA) – http://www.lesa.biz/astronomy/light/em-waves
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา – https://blog.rmutl.ac.th/montri/old/ee/04212209/L-01.pdf
ทรูปลูกปัญญา – https://www.trueplookpanya.com/learning/detail/31433


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : สิ่งมีชีวิตนอกโลก : มีใครอยู่ข้างนอกนั่นไหม

เรื่องแนะนำ

กลายร่างเป็นหิน

เรื่อง ไมเคิล เกรชโค ภาพถ่าย โรเบิร์ต คลาร์ก วันที่ 21 มีนาคม ปี 2011 ชอว์น ฟังก์ พนักงานควบคุมเครื่องจักรขนาดใหญ่ กำลังขุดดิน โดยไม่ได้เฉลียวใจเลยว่า อีกไม่ช้าเขาจะได้พบกับมังกร วันจันทร์นั้นเริ่มต้นเหมือนวันอื่นๆที่เหมืองมิลเลนเนียม เหมืองเปิดขนาดยักษ์ ห่างจากเมืองฟอร์ตแมกเมอร์เรย์ รัฐแอลเบอร์ตา ประเทศแคนาดา ไปทางเหนือราว 27 กิโลเมตร ดำเนินงานโดยบริษัทพลังงานชื่อซันคอร์ ในช่วง 12 ปีของ การทำงาน ฟังก์เคยพบไม้กลายเป็นฟอสซิล และบางครั้งก็ตอไม้กลายเป็นหิน แต่ไม่เคยพบซากสัตว์เลย ส่วนซากไดโนเสาร์นั้นยิ่งไม่ต้องพูดถึง แต่ราวบ่ายโมงครึ่ง มือขุดของรถขุดดินตักอะไรได้บางอย่างที่แข็งกว่าหินในบริเวณนั้นมาก ก้อนสีแปลกๆหลุดออกจากดินที่ขุด กลิ้งหลุนๆลงไปยังคันดินเบื้องล่าง ภายในไม่กี่นาที ฟังก์กับหัวหน้าของเขาชื่อ ไมก์ แกรตตัน เริ่มสงสัยว่าก้อนหิน  สีน้ำตาลเข้มเหล่านั้นเป็นเศษไม้ที่กลายเป็นฟอสซิลหรือเป็นซี่โครงกันแน่ “ทันใดนั้นไมก์พูดประมาณว่า ‘เราต้องเอานี่ไปตรวจดูซะหน่อยแล้ว’ ” ฟังก์เล่าไว้ในการสัมภาษณ์ครั้งหนึ่งเมื่อปี 2011 “เป็นอะไรที่เราไม่เคยเห็นมาก่อนอย่างแน่นอนครับ” เกือบหกปีต่อมา ผมไปเยือนห้องปฏิบัติการเตรียมฟอสซิลที่พิพิธภัณฑ์รอยัลไทร์เรลล์ ซึ่งตั้งอยู่ในบริเวณภูมิประเทศแบดแลนด์ที่ลมพัดจัดของรัฐแอลเบอร์ตา ผมสนใจกองหินหนัก 1.1 […]

ต้นไม้สื่อสารกันได้

ต้นไม้สื่อสารกันได้ ต้นไม้พูดได้! แต่ไม่ใช่เปล่งคำพูดออกมาให้เราฟังเช่นในภาพยนตร์ การสื่อสารของต้นไม้เกิดขึ้นที่ใต้ผืนดิน ณ เครือข่ายรากของพวกมันต่างหาก ซูซาน ซิมาร์ด นักนิเวศวิทยาป่าไม้ ติดตามสารเคมีจำเพาะบางอย่าง และพบว่าต้นไม้ในป่าสนดักลาสของแคนาดากำลังพูดคุยกันใต้ดิน ด้วยการสร้างความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันที่เรียกว่า “ไมคอร์ไรซา” (mycorrhiza) ร่วมกับราเพื่อส่งสัญญาณต่างๆ และแบ่งปันทรัพยากรระหว่างกัน เริ่มต้นด้วย “ต้นแม่” ต้นไม้ที่มีขนาดใหญ่ที่สุด สูงที่สุด และได้รับแสงแดดในการผลิตอาหารมากกว่าที่มันต้องการ กลุ่มราหรือไมซีเลียมที่ห่อหุ้มปลายรากของต้นแม่จะส่งธาตุอาหารจากดินให้แลกกับน้ำตาลที่ต้นไม้ผลิตได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ราขาดแคลน จากนั้นราจะส่งน้ำตาลให้กับต้นไม้เล็กกว่าที่อ่อนแอ และอยู่ในร่มเงาของต้นไม้ใหญ่ ด้วยวิธีการนี้ช่วยให้ต้นไม้ใหญ่สามารถแบ่งปันสารอาหารไปยังต้นไม้อื่นๆ ได้ โดยผ่านเครือข่ายของราที่อาศัยอยู่บริเวณราก นอกจากนั้นหากต้นไม้เผชิญกับความเครียดหรือภัยคุกคามก็ยังสามารถส่งสัญญาณเคมีเตือนต้นไม้ต้นอื่นได้ด้วยเช่นกัน ด้านนักวิจัยพบว่าป่าที่มีการเชื่อมโยงเครือข่ายกันในลักษณะนี้จะช่วยให้ต้นไม้อยู่รอดได้ดีกว่า และหากต้นแม่ถูกโค่นลง ต้นไม้เล็กๆ ก็จะตายตามอีกด้วย   อ่านเพิ่มเติม ค้นพบต้นไม้เก่าแก่ที่สุดในยุโรป และยังคงเติบโตอยู่

นักวิจัยไทยถึงขั้วโลกเหนือแล้ว พบน้ำทะเลขั้วโลกอุ่นขึ้น 5 องศาฯ

ทีมนักวิจัยไทยดำน้ำสำรวจขั้วโลกเหนือ พบวิกฤติโลกร้อน ทำพฤติกรรมการกินของสัตว์เปลี่ยนไป สาหร่าย แมงกะพรุนเพิ่มจำนวนขึ้น และพบขยะพลาสติก

ศึกชิงนางอันดุเดือดของหมึกกระดอง

ศึกชิงนางอันดุเดือดของหมึกกระดอง พวกมันอาจดูปวกเปียกนุ่มนิ่ม แต่คลิปวิดีโอใหม่เผยให้เห็นว่า หมึกกระดองเป็นนักสู้ผู้ดุร้าย นักวิทยาศาสตร์ถ่ายคลิปวิดีโอการต่อสู้อันดุเดือดเพื่อแย่งชิงคู่ผสมพันธุ์ของหมึกกระดองได้ในทะเลอีเจียน นอกชายฝั่งประเทศตุรกี หมึกกระดองซึ่งเป็นญาติของหมึกสายและหมึกกล้วย เป็นที่รู้จักจากการเปลี่ยนสีผิวได้อย่างรวดเร็ว อันเป็นกลยุทธ์ที่มันใช้ทั้งในการพรางตัวและการสื่อสาร หมึกกระดองเพศผู้ทำให้หมึกเพศเมียพิศวงงงงวยด้วยสีสันต่างๆซึ่งเปลี่ยนแปลงได้ในเวลาเพียงครึ่งวินาที นักวิทยาศาสตร์เฝ้าสังเกตสัตว์ชนิดนี้จับคู่ผสมพันธุ์กันในห้องปฏิบัติการ แต่ไม่เคยเห็นในธรรมชาติมาก่อน เมื่อปี 2011 จัสทีน แอลเลน จากมหาวิทยาลัยบราวน์ และเพื่อนร่วมงาน กำลังถ่ายภาพยนตร์หมึกกระดองเพศเมียตัวเดียวอยู่ตอนที่หมึกเพศผู้ตัวหนึ่งโผล่ออกมาจากไหนก็ไม่รู้ หลังจากพวกมันผสมพันธุ์กัน หมึกเพศผู้คอยอยู่ใกล้ๆ หมึกเพศเมียเพื่อปกป้อง เมื่อหมึกเพศผู้ที่คล้ายคลึงกันอีกตัวหนึ่งเข้ามาใกล้ หมึกเพศผู้ทั้งสองก็แสดงความก้าวร้าวเข้าใส่กันเป็นชุด พวกมันโบกหนวดไปมาและเปล่งแสงวาบเหมือนแถบม้าลายบนลำตัว จากนั้นมันก็เริ่มลงไม้ลงมือ ด้วยการปลุกปล้ำกัน กัดกัน และหมุนอีกฝ่ายเป็นเกลียวท่ามกลางน้ำหมึกที่ปล่อยออกมา ในที่สุดหมึกเพศผู้ตัวแรกก็ขับไล่ผู้รุกรานไปได้ “เรารู้ทันทีว่านี่หาดูได้ยาก และเราโชคดีค่ะ” แอลเลนบอก เรื่อง แมรี เบตส์   อ่านเพิ่มเติม โลมาปากขวดดับอนาถ หมึกติดคอ