บทความนี้จะพิจารณาถึงสิ่งที่เรียกว่าพลังแห่งธรรมชาติ - ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าพื้นฐานและหลักการที่สร้างขึ้น นอกจากนี้ยังจะพูดถึงความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของแนวทางใหม่ในการศึกษาหัวข้อนี้ แม้แต่ที่โรงเรียน ในบทเรียนฟิสิกส์ นักเรียนต้องเผชิญกับคำอธิบายของแนวคิดเรื่อง "แรง" พวกเขาเรียนรู้ว่าแรงสามารถมีความหลากหลายได้มาก - แรงเสียดทาน แรงดึงดูด แรงยืดหยุ่น และอื่นๆ อีกมากมายเช่นนั้น ไม่ใช่ทั้งหมดที่สามารถเรียกได้ว่าเป็นพื้นฐาน เนื่องจากปรากฏการณ์ของแรงมักเป็นเรื่องรอง (เช่น แรงเสียดทานกับปฏิกิริยาของโมเลกุล) ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเป็นเรื่องรองได้เช่นกัน ฟิสิกส์ระดับโมเลกุลอ้างถึงแรง Van der Waals เป็นตัวอย่าง ฟิสิกส์ของอนุภาคยังมีตัวอย่างมากมาย
ในธรรมชาติ
ฉันต้องการทำความเข้าใจกับกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เมื่อมันทำให้การโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าทำงาน อะไรคือแรงพื้นฐานที่กำหนดแรงรองทั้งหมดที่มันสร้างขึ้น?ทุกคนรู้ว่าปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าแรงไฟฟ้านั้นเป็นพื้นฐาน นี่คือหลักฐานโดยกฎของคูลอมบ์ ซึ่งมีลักษณะทั่วไปตามสมการของแมกซ์เวลล์ หลังอธิบายแรงแม่เหล็กและไฟฟ้าทั้งหมดที่มีอยู่ในธรรมชาติ นั่นคือเหตุผลที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแรงพื้นฐานของธรรมชาติ ตัวอย่างต่อไปคือแรงโน้มถ่วง แม้แต่เด็กนักเรียนก็ยังรู้เกี่ยวกับกฎความโน้มถ่วงสากลของไอแซก นิวตัน ซึ่งเพิ่งได้รับการสรุปของเขาเองโดยสมการของไอน์สไตน์ และตามทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของเขา แรงปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติก็เป็นปัจจัยพื้นฐานเช่นกัน
กาลครั้งหนึ่งเคยคิดว่ามีเพียงสองกองกำลังพื้นฐานที่มีอยู่ แต่วิทยาศาสตร์ได้ก้าวไปข้างหน้าโดยค่อยๆ พิสูจน์ว่านี่ไม่ใช่กรณีทั้งหมด ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการค้นพบนิวเคลียสของอะตอม จำเป็นต้องแนะนำแนวคิดของแรงนิวเคลียร์ มิฉะนั้น จะเข้าใจหลักการของการรักษาอนุภาคภายในนิวเคลียสได้อย่างไร เหตุใดจึงไม่บินไปในทิศทางที่ต่างกัน การทำความเข้าใจว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าทำงานอย่างไรในธรรมชาติ ช่วยในการวัด ศึกษา และอธิบายแรงนิวเคลียร์ อย่างไรก็ตาม ภายหลังนักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่ากองกำลังนิวเคลียร์เป็นเรื่องรองและในหลาย ๆ ด้านคล้ายกับกองกำลังแวนเดอร์วาลส์ อันที่จริง มีเพียงแรงที่ควาร์กให้โดยปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเท่านั้นที่เป็นปัจจัยพื้นฐานจริงๆ แล้ว - ผลกระทบรอง - คือปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียส พื้นฐานอย่างแท้จริงคือปฏิกิริยาของควาร์กที่แลกเปลี่ยนกลูออน ดังนั้นจึงเป็นพลังพื้นฐานที่แท้จริงที่สามที่ค้นพบในธรรมชาติ
ความต่อเนื่องของเรื่องนี้
อนุภาคมูลฐานสลายตัว อนุภาคหนัก - ให้กลายเป็นอนุภาคที่เบากว่า และการสลายของอนุภาคนั้นอธิบายถึงแรงใหม่ของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงนั้น - แรงของการโต้ตอบที่อ่อนแอ ทำไมอ่อนแอ? ใช่เพราะปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาตินั้นแข็งแกร่งกว่ามาก และอีกครั้ง ปรากฎว่าทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ซึ่งเข้าไปในภาพของโลกอย่างกลมกลืน และในขั้นต้นอธิบายการสลายตัวของอนุภาคมูลฐานได้ดีเยี่ยม ไม่ได้สะท้อนสมมติฐานเดียวกันหากพลังงานเพิ่มขึ้น นั่นคือเหตุผลที่ทฤษฏีเก่าถูกนำกลับมาใช้ใหม่ - ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ คราวนี้กลายเป็นเรื่องสากล แม้ว่ามันจะถูกสร้างขึ้นบนหลักการเดียวกันกับทฤษฎีอื่นๆ ที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของอนุภาค ในยุคปัจจุบัน มีปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่ศึกษาและพิสูจน์แล้วสี่ประการ และประการที่ห้ากำลังอยู่ในระหว่างดำเนินการ เราจะหารือกันในภายหลัง ทั้งสี่ - แรงโน้มถ่วง, แรง, อ่อนแอ, แม่เหล็กไฟฟ้า - สร้างขึ้นบนหลักการเดียว: แรงที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนบางอย่างที่ดำเนินการโดยผู้ให้บริการหรือมิฉะนั้น - ผู้ไกล่เกลี่ยปฏิสัมพันธ์
ตัวช่วยแบบไหน? นี่คือโฟตอน - อนุภาคที่ไม่มีมวล แต่ยังคงสร้างปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้สำเร็จเนื่องจากการแลกเปลี่ยนควอนตัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือควอนตัมของแสง ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะดำเนินการด้วยโฟตอนในสนามอนุภาคประจุที่สื่อสารด้วยแรงบางอย่าง นี่คือสิ่งที่กฎของคูลอมบ์ตีความอย่างแม่นยำ มีอนุภาคไร้มวลอีกชนิดหนึ่ง - กลูออนมีแปดชนิดช่วยให้ควาร์กสื่อสารได้ ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้านี้เป็นแรงดึงดูดระหว่างประจุและเรียกว่าแรง ใช่ และปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะไม่สมบูรณ์หากไม่มีตัวกลาง ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวล ยิ่งกว่านั้น พวกมันก็มีขนาดใหญ่ กล่าวคือ หนัก เหล่านี้เป็นโบซอนเวกเตอร์ระดับกลาง มวลและความหนักเบาอธิบายจุดอ่อนของการมีปฏิสัมพันธ์ แรงโน้มถ่วงทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนควอนตัมของสนามโน้มถ่วง ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้านี้เป็นแรงดึงดูดของอนุภาค มันยังไม่ได้รับการศึกษาเพียงพอ กราวิตอนยังไม่ได้ถูกตรวจจับด้วยการทดลอง และเราสัมผัสแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้ไม่เต็มที่ เราจึงอธิบายมันไม่ได้เลย
กำลังที่ห้า
เราได้พิจารณาปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสี่ประเภท: แรง, อ่อนแอ, แม่เหล็กไฟฟ้า, ความโน้มถ่วง ปฏิกิริยาคือการแลกเปลี่ยนอนุภาคบางอย่าง และไม่สามารถทำได้โดยปราศจากแนวคิดเรื่องสมมาตร เนื่องจากไม่มีปฏิสัมพันธ์ที่ไม่เกี่ยวข้องกัน เธอเป็นผู้กำหนดจำนวนอนุภาคและมวลของพวกมัน ด้วยสมมาตรที่แน่นอน มวลจะเป็นศูนย์เสมอ ดังนั้น โฟตอนและกลูออนจึงไม่มีมวล มันมีค่าเท่ากับศูนย์ และกราวิตอนไม่มี และถ้าสมมาตรเสีย มวลก็จะกลายเป็นศูนย์ ดังนั้นวัวกระทิงเวกเตอร์ระดับกลางจึงมีมวลเพราะสมมาตรแตก ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งสี่นี้อธิบายทุกสิ่งที่เราเห็นและรู้สึก แรงที่เหลือบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของพวกมันเป็นเรื่องรอง อย่างไรก็ตามในปี 2555 มีความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และมีการค้นพบอนุภาคอื่นซึ่งกลายเป็นที่รู้จักในทันที การปฏิวัติในโลกวิทยาศาสตร์จัดขึ้นโดยการค้นพบ Higgs boson ซึ่งปรากฏว่าทำหน้าที่เป็นพาหะของปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลปตอนและควาร์ก
นั่นคือเหตุผลที่นักฟิสิกส์บอกว่ามีกำลังที่ห้าปรากฏขึ้น โดยมี Higgs boson เป็นสื่อกลาง ความสมมาตรก็ขาดหายไปเช่นกัน: ฮิกส์โบซอนมีมวล ดังนั้นจำนวนปฏิสัมพันธ์ (คำว่า "แรง" ถูกแทนที่ด้วยคำนี้ในฟิสิกส์อนุภาคสมัยใหม่) ถึงห้า บางทีเรากำลังรอการค้นพบใหม่เพราะเราไม่รู้แน่ชัดว่ามีการโต้ตอบอื่นนอกเหนือจากนี้หรือไม่ เป็นไปได้มากที่แบบจำลองที่เราได้สร้างไว้แล้วและที่เรากำลังพิจารณาอยู่ในปัจจุบัน ซึ่งดูเหมือนจะอธิบายปรากฏการณ์ทั้งหมดที่สังเกตพบในโลกได้อย่างสมบูรณ์แบบนั้นยังไม่สมบูรณ์ และบางทีหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง การโต้ตอบใหม่หรือกองกำลังใหม่ก็จะปรากฏขึ้น ความน่าจะเป็นดังกล่าวมีอยู่ หากเพียงเพราะเราค่อยๆ ได้เรียนรู้ว่ามีการโต้ตอบพื้นฐานที่รู้จักกันในปัจจุบัน - แรง อ่อนแอ แม่เหล็กไฟฟ้า แรงโน้มถ่วง ท้ายที่สุด หากมีอนุภาคสมมาตรยิ่งยวดในธรรมชาติ ซึ่งกำลังถูกกล่าวถึงในโลกวิทยาศาสตร์แล้ว นี่หมายถึงการมีอยู่ของสมมาตรใหม่ และสมมาตรมักทำให้เกิดการปรากฏตัวของอนุภาคใหม่ ซึ่งเป็นสื่อกลางระหว่างอนุภาคเหล่านั้น ดังนั้น เราจะได้ยินเกี่ยวกับแรงพื้นฐานที่ไม่รู้จักมาก่อน ดังที่เราเคยเรียนด้วยความประหลาดใจว่ามีตัวอย่างเช่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติของเรานั้นไม่สมบูรณ์มาก
ความเชื่อมโยง
สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือการโต้ตอบใหม่ ๆ จะต้องนำไปสู่ปรากฏการณ์ที่ไม่รู้จักอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ถ้าเราไม่ได้เรียนรู้เกี่ยวกับปฏิกิริยาที่อ่อนแอ เราจะไม่มีวันค้นพบการสลายตัว และถ้าไม่ใช่เพราะความรู้เรื่องการเสื่อมสลายของเรา ก็จะไม่สามารถศึกษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ และถ้าเราไม่รู้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ เราก็จะไม่เข้าใจว่าดวงอาทิตย์ส่องแสงเพื่อเราอย่างไร ท้ายที่สุด ถ้ามันไม่ส่องแสง สิ่งมีชีวิตบนโลกก็จะไม่ก่อตัวขึ้น ดังนั้นการมีปฏิสัมพันธ์จึงบอกว่ามีความสำคัญ หากไม่มีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ก็ย่อมไม่มีนิวเคลียสของอะตอมที่เสถียร เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า โลกจึงได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ และรังสีของแสงที่มาจากโลกทำให้โลกอุ่นขึ้น และการโต้ตอบทั้งหมดที่เรารู้จักนั้นจำเป็นอย่างยิ่ง นี่คือตัวอย่างฮิกส์ ฮิกส์โบซอนทำให้อนุภาคมีมวลผ่านการมีปฏิสัมพันธ์กับสนาม โดยที่เราจะไม่รอด และจะอยู่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์โดยไม่มีปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงได้อย่างไร? มันคงเป็นไปไม่ได้ ไม่ใช่แค่สำหรับเรา แต่เพื่ออะไรทั้งนั้น
ปฏิสัมพันธ์ทั้งหมด แม้แต่สิ่งที่เรายังไม่รู้ มีความจำเป็นสำหรับทุกสิ่งที่มนุษยชาติรู้ เข้าใจ และรักที่จะมีอยู่ อะไรที่เราไม่รู้? เห็นด้วยอย่างแรง. ตัวอย่างเช่น เรารู้ว่าโปรตอนมีความเสถียรในนิวเคลียส สิ่งนี้สำคัญมากสำหรับเรามั่นคง ไม่เช่นนั้นชีวิตก็จะไม่ดำรงอยู่ในลักษณะเดียวกัน อย่างไรก็ตาม การทดลองแสดงให้เห็นว่าชีวิตของโปรตอนนั้นมีปริมาณจำกัดด้วยเวลา แน่นอน 1034 ปี แต่นี่หมายความว่าไม่ช้าก็เร็วโปรตอนก็จะสลายตัวเช่นกัน และสิ่งนี้จะต้องใช้แรงใหม่ นั่นคือปฏิสัมพันธ์ใหม่ เกี่ยวกับการสลายตัวของโปรตอน มีทฤษฎีอยู่แล้วที่สันนิษฐานว่ามีความสมมาตรในระดับที่สูงกว่ามาก ซึ่งหมายความว่าอาจมีปฏิสัมพันธ์ใหม่ ซึ่งเรายังไม่รู้อะไรเลย
การรวมตัวครั้งใหญ่
ในความสามัคคีของธรรมชาติ หลักการเดียวของการสร้างปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทั้งหมด หลายคนมีคำถามเกี่ยวกับจำนวนของพวกเขาและคำอธิบายเหตุผลสำหรับตัวเลขนี้ มีการสร้างเวอร์ชันต่างๆ มากมายที่นี่ และมีความแตกต่างอย่างมากในแง่ของข้อสรุป พวกเขาอธิบายการมีอยู่ของปฏิสัมพันธ์พื้นฐานจำนวนหนึ่งดังกล่าวในรูปแบบต่างๆ แต่กลับกลายเป็นว่าใช้หลักการเดียวในการสร้างหลักฐาน นักวิจัยมักจะพยายามรวมการโต้ตอบที่หลากหลายที่สุดเข้าไว้ด้วยกัน ดังนั้นทฤษฎีดังกล่าวจึงเรียกว่าทฤษฎีการรวมเป็นหนึ่งเดียว ราวกับว่ากิ่งก้านของต้นไม้โลก: มีหลายกิ่ง แต่ลำต้นเป็นหนึ่งเดียว
ทั้งหมดเพราะมีแนวคิดที่รวมทฤษฎีเหล่านี้ไว้ด้วยกัน รากของปฏิสัมพันธ์ที่รู้จักกันทั้งหมดนั้นเหมือนกันโดยให้อาหารลำต้นเดียวซึ่งเป็นผลมาจากการสูญเสียสมมาตรเริ่มแตกแขนงและสร้างปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่แตกต่างกันซึ่งเราสามารถทดลองได้สังเกต. สมมติฐานนี้ยังไม่สามารถทดสอบได้ เนื่องจากต้องใช้ฟิสิกส์พลังงานสูงอย่างเหลือเชื่อ ซึ่งไม่สามารถเข้าถึงการทดลองในปัจจุบันได้ นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่เราจะไม่มีวันควบคุมพลังงานเหล่านี้ได้ แต่มันค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางนี้
อพาร์ทเม้นท์
เรามีจักรวาล เครื่องเร่งความเร็วตามธรรมชาตินี้ และกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในจักรวาลนี้ทำให้สามารถทดสอบแม้แต่สมมติฐานที่ท้าทายที่สุดเกี่ยวกับรากร่วมของการโต้ตอบที่รู้จักทั้งหมดได้ งานที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งในการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ในธรรมชาติอาจยากกว่านั้นอีก จำเป็นต้องเข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับพลังที่เหลือของธรรมชาติอย่างไร ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานนี้มีความโดดเด่น ถึงแม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าทฤษฎีนี้จะคล้ายกับทฤษฎีอื่นๆ ทั้งหมดโดยหลักการก่อสร้างก็ตาม
ไอน์สไตน์มีส่วนร่วมในทฤษฎีแรงโน้มถ่วง โดยพยายามเชื่อมต่อกับแม่เหล็กไฟฟ้า แม้จะดูเหมือนจริงในการแก้ปัญหานี้ ทฤษฏีก็ใช้ไม่ได้ผลในตอนนั้น ตอนนี้มนุษยชาติรู้มากขึ้น ในกรณีใด ๆ เรารู้เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ และหากตอนนี้จะสร้างทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวเสร็จแล้ว การขาดความรู้ก็จะส่งผลอีกอย่างแน่นอน จนถึงขณะนี้ ยังไม่สามารถวางแรงโน้มถ่วงให้เท่าเทียมกับปฏิสัมพันธ์อื่นๆ เนื่องจากทุกคนปฏิบัติตามกฎหมายที่กำหนดโดยฟิสิกส์ควอนตัม แต่แรงโน้มถ่วงไม่เป็นเช่นนั้น ตามทฤษฎีควอนตัม อนุภาคทั้งหมดเป็นควอนตัมของบางสาขาโดยเฉพาะ แต่แรงโน้มถ่วงควอนตัมยังไม่มีอยู่ อย่างน้อยก็ยังไม่มี อย่างไรก็ตาม จำนวนการโต้ตอบที่เปิดอยู่แล้วดังซ้ำว่าไม่สามารถ แต่เป็นแบบแผนแบบรวมเป็นหนึ่งเดียว
สนามไฟฟ้า
ย้อนกลับไปในปี 1860 James Maxwell นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่แห่งศตวรรษที่ 19 ได้สร้างทฤษฎีที่อธิบายการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา สนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้น ณ จุดหนึ่งในอวกาศ และหากพบตัวนำปิดในสนามนี้ กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏในสนามไฟฟ้า ด้วยทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของเขา แมกซ์เวลล์พิสูจน์ให้เห็นว่ากระบวนการย้อนกลับก็เป็นไปได้เช่นกัน หากคุณเปลี่ยนสนามไฟฟ้าในเวลาที่กำหนดในอวกาศ สนามแม่เหล็กจะปรากฏขึ้นอย่างแน่นอน ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงใดๆ ของเวลาของสนามแม่เหล็กสามารถทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงได้ และการเปลี่ยนแปลงในสนามไฟฟ้าสามารถทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงได้ ตัวแปรเหล่านี้ ฟิลด์ที่สร้างซึ่งกันและกัน จัดระเบียบฟิลด์เดียว - แม่เหล็กไฟฟ้า
ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดที่เกิดจากสูตรทฤษฎีของ Maxwell คือการทำนายว่ามีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า นั่นคือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในเวลาและพื้นที่ แหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าคือประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ต่างจากคลื่นเสียง (ยืดหยุ่น) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายในสารใดๆ ได้ แม้ในสุญญากาศ ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง (c=299,792 กิโลเมตรต่อวินาที) ความยาวคลื่นอาจแตกต่างกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งแต่หมื่นเมตรถึง 0.005 เมตรคือคลื่นวิทยุที่ให้บริการเราในการส่งข้อมูล กล่าวคือ ส่งสัญญาณในระยะทางที่กำหนดโดยไม่ต้องใช้สายใดๆ คลื่นวิทยุเกิดจากกระแสที่ความถี่สูงที่ไหลในเสาอากาศ
คลื่นคืออะไร
หากความยาวคลื่นของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 0.005 เมตร ถึง 1 ไมโครเมตร นั่นคือช่วงระหว่างคลื่นวิทยุและแสงที่มองเห็นได้คือรังสีอินฟราเรด มันถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่มีความร้อนทั้งหมด: แบตเตอรี่, เตา, หลอดไส้ อุปกรณ์พิเศษแปลงรังสีอินฟราเรดเป็นแสงที่มองเห็นได้เพื่อให้ได้ภาพของวัตถุที่เปล่งแสงออกมาแม้ในที่มืดสนิท แสงที่มองเห็นได้ปล่อยความยาวคลื่นตั้งแต่ 770 ถึง 380 นาโนเมตร ส่งผลให้ได้สีจากสีแดงเป็นสีม่วง สเปกตรัมส่วนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อชีวิตมนุษย์ เนื่องจากเราได้รับข้อมูลส่วนใหญ่เกี่ยวกับโลกผ่านการมองเห็น
หากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามีความยาวคลื่นสั้นกว่าไวโอเล็ต แสดงว่าเป็นรังสีอัลตราไวโอเลตที่ฆ่าเชื้อแบคทีเรียก่อโรค รังสีเอกซ์ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตา พวกมันแทบไม่ดูดซับชั้นของสสารที่ทึบแสงต่อแสงที่มองเห็นได้ รังสีเอกซ์วินิจฉัยโรคของอวัยวะภายในของมนุษย์และสัตว์ หากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของอนุภาคมูลฐานและถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสที่ถูกกระตุ้น จะได้รับรังสีแกมมา นี่คือช่วงที่กว้างที่สุดในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเพราะไม่จำกัดพลังงานสูง รังสีแกมมาสามารถอ่อนและแข็งได้: การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในนิวเคลียสของอะตอม -อ่อนและในปฏิกิริยานิวเคลียร์ - แข็ง ควอนตั้มเหล่านี้ทำลายโมเลกุลได้ง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลทางชีววิทยา โชคดีที่รังสีแกมมาไม่สามารถผ่านชั้นบรรยากาศได้ รังสีแกมมาสามารถสังเกตได้จากอวกาศ ที่พลังงานสูงมาก อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะแพร่กระจายด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วของแสง: แกมมาควอนตาจะบดขยี้นิวเคลียสของอะตอม แตกตัวเป็นอนุภาคที่บินไปในทิศทางต่างๆ เมื่อเบรก จะปล่อยแสงที่มองเห็นได้ผ่านกล้องโทรทรรศน์พิเศษ
จากอดีตสู่อนาคต
แมกซ์เวลล์ทำนายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าดังที่ได้กล่าวไปแล้ว เขาศึกษาอย่างรอบคอบและพยายามจะเชื่อในทางคณิตศาสตร์กับภาพที่ไร้เดียงสาของฟาราเดย์ ซึ่งแสดงถึงปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กและทางไฟฟ้า แม็กซ์เวลล์เป็นผู้ค้นพบการไม่มีสมมาตร และเป็นผู้ที่สามารถพิสูจน์ได้ด้วยสมการจำนวนหนึ่งว่าสนามไฟฟ้ากระแสสลับทำให้เกิดสนามแม่เหล็กและในทางกลับกัน สิ่งนี้ทำให้เขามีความคิดที่ว่าสนามดังกล่าวแยกออกจากตัวนำและเคลื่อนที่ผ่านสุญญากาศด้วยความเร็วมหึมา และเขาก็คิดออก ความเร็วเกือบสามแสนกิโลเมตรต่อวินาที
นี่คือวิธีที่ทฤษฎีและการทดลองโต้ตอบกัน ตัวอย่างคือการค้นพบ ซึ่งเราได้เรียนรู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยความช่วยเหลือของฟิสิกส์ แนวคิดที่ต่างกันโดยสิ้นเชิงจึงถูกรวมเข้าด้วยกัน - แม่เหล็กและไฟฟ้า เนื่องจากนี่เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่มีลำดับเดียวกัน มีเพียงด้านที่แตกต่างกันเท่านั้นที่มีปฏิสัมพันธ์กัน ทฤษฎีต่างๆ ถูกสร้างขึ้นทีละส่วน และทั้งหมดมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด: ทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กโตรวีกตัวอย่างเช่นเมื่ออธิบายแรงนิวเคลียร์และแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอจากตำแหน่งเดียวกันจากนั้นทั้งหมดนี้รวมกันโดยควอนตัมโครโมไดนามิกซึ่งครอบคลุมการโต้ตอบที่รุนแรงและอิเล็กโทรอ่อน (นี่คือความแม่นยำ ยังคงต่ำลงแต่งานยังคงดำเนินต่อไป) พื้นที่ของฟิสิกส์เช่นแรงโน้มถ่วงควอนตัมและทฤษฎีสตริงกำลังได้รับการวิจัยอย่างเข้มข้น
สรุป
ปรากฎว่าพื้นที่รอบๆ ตัวเราเต็มไปด้วยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้คือดวงดาวและดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และเทห์ฟากฟ้าอื่นๆ นี่คือโลกเอง และโทรศัพท์ทุกเครื่องที่อยู่ในมือของบุคคล และเสาอากาศสถานีวิทยุ - ทั้งหมดนี้ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่มีชื่อแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความถี่ของการสั่นสะเทือนที่วัตถุเปล่งออกมา การแผ่รังสีอินฟราเรด คลื่นวิทยุ แสงที่มองเห็น รังสีจากสนามพลังชีวภาพ รังสีเอกซ์ และสิ่งที่คล้ายกันจะแตกต่างกันออกไป
เมื่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจาย มันจะกลายเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มันเป็นเพียงแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุด ทำให้ประจุไฟฟ้าของโมเลกุลและอะตอมผันผวน และหากประจุสั่น การเคลื่อนที่ก็จะเร็วขึ้น และปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา หากสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะตื่นเต้น ซึ่งในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กของกระแสน้ำวนจะกระตุ้น กระบวนการต้องผ่านช่องว่าง ครอบคลุมจุดแล้วจุดเล่า