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

เกร็ดจากหนัง Black Panther อะไรเทียบเท่าได้กับไวเบรเนียม?

เกร็ดจากหนัง Black Panther อะไรเทียบเท่าได้กับไวเบรเนียม? เมื่อสัปดาห์ที่ผ่านมากระแสภาพยนตร์ Black Panther ฮีโร่เรื่องใหม่จากค่ายมาร์เวลมาแรงสุดๆ ภาพยนตร์เล่าเรื่องราวของประเทศวากานดาที่ปกครองโดยกษัตริย์นาม “ทีชัลลา” ซึ่งขึ้นครองราชย์หลังการสวรรคตของพระราชบิดา และใช้แร่ไวเบรเนียมสร้างเป็นชุดฮีโร่ไว้ใช้ในการต่อสู้ “วากานดา” เป็นประเทศสมมุติในโลกของการ์ตูนมาร์เวล ตั้งอยู่ในภูมิภาคแอฟริกาตะวันออก โดยผู้ชมสามารถเรียนรู้วัฒนธรรม ภาษา ตลอดจนองค์ประกอบอื่นๆ ของความเป็นแอฟริกาได้จากภาพยนตร์เรื่องนี้ที่นำเอาความโดดเด่นจากหลายภูมิภาคมาผสมรวมกัน แม้จะอยู่ในแอฟริกา แต่ประเทศวากานดานั้นร่ำรวยมหาศาลจากแร่ไวเบรเนียมที่มาพร้อมกับการตกของอุกกาบาตเมื่อราว 10,000 ปีก่อน ซึ่งนอกจากคุณสมบัติด้านความแข็งแรงแล้ว โลหะจากอวกาศนี้ยังสามารถดูดซับแรงสั่นสะเทือนได้อีกด้วย ชาววากานดาจึงนิยมนำไวเบรเนียมมาสร้างเป็นอาวุธและชุดเกราะ เช่นเดียวกับโล่ของกัปตันอเมริกา ฮีโร่อีกหนึ่งคนในจักรวาลมาร์เวล ที่ใช้อาวุธนี้ในการโจมตีและป้องกันกระสุน สำหรับในภาพยนตร์ Black Panther ไวเบรเนียมถูกใช้สำหรับทำชุด ซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะคือสามารถกันกระสุนได้ James Kakalios บล็อกเกอร์ผู้เขียนเกี่ยวกับฟิสิกส์ของซุปเปอร์ฮีโร่ ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับแร่ธาตุชนิดหนึ่งบนโลก ที่อาจมีคุณสมบบัติพอเทียบเคียงกับไวเบรเนียมในโลกการ์ตูนได้ โดยตัวเขานั้นเป็นศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยมินนิโซตา ผู้ชื่นชอบการหาข้อเท็จจริงบนหลักการวิทยาศาสตร์ในโลกแฟนตาซี และแน่นอนว่า เจ้าแร่ดังกล่าวนี้ปัจจุบันก็เป็นที่รู้จักในวงกว้างแล้วเช่นกัน แกรฟีนคือรูปแบบหนึ่งของผลึกคาร์บอน ที่อะตอมมีรูปทรงแบบหกเหลี่ยม และเป็นสารที่มีความบางที่สุดเท่าที่มนุษย์จะสามารถผลิตได้ กล่าวคือมันมีความหนาเพียงแค่หนึ่งอะตอมเท่านั้น ทั้งยังมีคุณสมบัติยึดหยุ่นและแข็งแรงกว่าโลหะ วัสดุดังกล่าวนี้ถูกผลิตจากกราไฟท์ที่แยกพันธะทางเคมีออกมาแล้ว ส่วนใหญ่มาในรูปแบบผงและขณะนี้บรรดานักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามทำมันให้ออกมาเป็นแผ่นคล้ายแผ่นพลาสติก ซึ่งหากสำเร็จล่ะก็ Les Johnson และ Joseph […]

การสืบพันธุ์ของพืชดอก : ชนิดของดอกไม้

การสืบพันธุ์ของพืชดอก – ดอกไม้มีความหลากหลายทั้งเรื่องสี กลิ่น รูปร่าง และ ชนิดของดอกไม้ ชนิดของดอกไม้ สามารถจำแนกได้หลายประเภท โดยใช้เกณฑ์ต่างกัน การสืบพันธุ์ของพืชดอก (ข้อมูลเพิ่มเติม: โครงสร้างของดอกไม้) 1. จำแนกโดยอาศัยเพศเป็นเกณฑ์ แบ่งได้ 2 ชนิด 1.1 ดอกสมบูรณ์เพศ (perfect flower) เป็นดอกไม้ที่มีเกสรตัวผู้และเกสรตัวเมียอยู่ในดอกเดียวกัน เช่น ชบา พู่ระหง ถั่ว พริก พุทธรักษา ข้าว มะเขือ 1.2 ดอกไม่สมบูรณ์เพศ (imperfect flower) คือ ดอกที่มีเพียงเพศเดียวเท่านั้น กล่าวคือ เกสรตัวผู้และเกสรตัวเมียอยู่คนละดอก เช่น ตำลึง เตย ลำเจียก ข้าวโพด ฟักทอง แตงกวา บวบ หน้าวัว 2. จำแนกโดยอาศัยส่วนประกอบของดอกเป็นเกณฑ์ แบ่งได้เป็น 2 ชนิด 2.1 ดอกครบส่วน […]

เผยโฉมฟอสซิลไดโนเสาร์สภาพสมบูรณ์ที่สุดเท่าที่เคยค้นพบ

เผยโฉม ฟอสซิลไดโนเสาร์ สภาพสมบูรณ์ที่สุดเท่าที่เคยค้นพบ คนงานเหมืองในรัฐแอลเบอร์ตา ประเทศแคนาดาพบ ฟอสซิลไดโนเสาร์ ซึ่งมีสภาพดีที่สุดตัวหนึ่งเท่าที่เคยพบมา มันคือโนโดซอร์ (Nodosaur) ไดโนเสาร์หุ้มเกราะชนิดหนึ่งที่กินพืชเป็นอาหาร มีชีวิตอยู่เมื่อราว 110 ล้านปีก่อน เจ้าสัตว์ตัวนี้มีเดือยแหลมยาว 50 เซนติเมตรคู่หนึ่งโผล่ขึ้นมาจากบ่า ตอนมีชีวิต มันมีความยาว 5.5 เมตร และหนักเกือบ 1.3 ตัน ติดตามอ่านเรื่องราวการค้นพบสัตว์ยักษ์ตัวนี้ได้ในนิตยสาร เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย เดือนมิถุนายน 2560

นากโบราณขนาดเท่าหมาป่า มีแรงกัดมหาศาล

เรื่อง เจสัน จี.โกลด์แมน เมื่อ 6 ล้านปีก่อน นากน้ำหนักประมาณร้อยปอนด์เที่ยวเดินด้อมๆ มองๆ อยู่ตามพื้นที่ชุ่มน้ำที่ซึ่งปัจจุบันคือทางตะวันตกเฉียงใต้ของจีน แตกต่างจากนากในปัจจุบันที่ใช้ก้อนหินทุบเปลือกหอยเม่นตามอ่าวแปซิฟิกทางตอนเหนือของอเมริกาหรือในเอเชีย สิ่งมีชีวิตโบราณเหล่านี้ทำลายเปลือกหอยด้วยกรามอันแข็งแรงของพวกมัน ขอเชิญพบกับ  Siamogale melilutra บรรพบรุษของนากที่ถูกค้นพบในมณฑลยูนนานของจีน และเรื่องราวของมันเพิ่งจะถูกเปิดเผยเมื่อต้นปี 2017 ที่ผ่านมา ในผลการศึกษาใหม่ ทีมนักวิจัยตรวจสอบฟอสซิลขากรรไกรของมัน และตั้งข้อสันนิษฐานว่าพวกมันอาจเป็นนักล่ากลุ่มสุดท้ายจากปลายยุคไมโอซีน ที่มีขากรรไกรแข็งแรงสำหรับการบดเคี้ยว ซึ่งช่วยให้มันล่าอาหารได้หลากหลายมากขึ้น “เราคิดว่ามันอาจล่าพวกสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่มีเปลือก แต่ระดับความสามารถในการหาอาหารของพวกมันขณะนี้ เรามองเห็นแค่ความเป็นไปได้จากนากที่ยังมีชีวิตอยู่ในปัจจุบันเท่านั้น” Z. Jack Tseng หัวหน้าการวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนิวยอร์ก เมืองบัฟฟาโลกล่าว การค้นพบครั้งนี้ไม่เพียงแต่ฉายให้เห็นวิถีชีวิตของนากโบราณ แต่ยังช่วยไขปริศนาของพฤติกรรมนากในปัจจุบันด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการที่มันรู้จักใช้สิ่งของตามธรรมชาติมาเป็นเครื่องมือ ปัจจุบันนากถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือกลุ่มที่กินพวกสัตว์มีเปลือกอย่างปู, หอย, เม่นทะเล และพวกที่ล่าปลาเป็นอาหาร ในการจะเข้าใจการหากินของ Siamogale เจ้านากโบราณที่เคยมีชีวิตอยู่บนโลกนี้ Tseng และทีมงานของเขารวบรวมขากรรไกรและกระโหลกของนากจำนวน 10 ใน 13 สายพันธุ์ที่ยังมีชีวิตอยู่ เพื่อสร้างแบบจำลอง 3 มิติของนากโบราณขึ้นมาใหม่จากฟอสซิลของขากรรไกร เมื่อกล้ามเนื้อขากรรไกรขยับ พลังงานจะถูกส่งผ่านมายังกระดูกและฟัน […]