ทฤษฎีอะตอมและสปิน (ฟิสิกส์)

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง ทฤษฎีอะตอมและสปิน (ฟิสิกส์)

ทฤษฎีอะตอม vs. สปิน (ฟิสิกส์)

ในวิชาเคมีและฟิสิกส์ ทฤษฎีอะตอมคือทฤษฎีที่ว่าด้วยธรรมชาติของสสาร ซึ่งกล่าวว่า สสารทุกชนิดประกอบด้วยหน่วยเล็กๆ ที่เรียกว่า อะตอม ซึ่งตรงกันข้ามกับแนวคิดดั้งเดิมที่แบ่งสสารออกเป็นหน่วยเล็กหลายชนิดตามแต่อำเภอใจ แนวคิดนี้เริ่มต้นเป็นแนวคิดเชิงปรัชญาของชาวกรีกโบราณ (ดีโมครีตุส) และชาวอินเดีย ต่อมาได้เข้ามาสู่วิทยาศาสตร์กระแสหลักในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 19 เมื่อมีการค้นพบในสาขาวิชาเคมีซึ่งพิสูจน์ว่า พฤติกรรมของสสารนั้นดูเหมือนมันประกอบขึ้นด้วยอนุภาคขนาดเล็ก คำว่า "อะตอม" (จากคำกริยาในภาษากรีกโบราณว่า atomos, 'แบ่งแยกไม่ได้') ถูกนำมาใช้เรียกอนุภาคพื้นฐานที่ประกอบกันขึ้นเป็นธาตุเคมี เพราะนักเคมีในยุคนั้นเชื่อว่ามันคืออนุภาคมูลฐานของสสาร อย่างไรก็ดี เมื่อเข้าสู่คริสต์ศตวรรษที่ 20 การทดลองจำนวนมากเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าและสารกัมมันตรังสี ทำให้นักฟิสิกส์ค้นพบว่าสิ่งที่เราเรียกว่า "อะตอมซึ่งแบ่งแยกไม่ได้อีก" นั้นที่จริงแล้วยังประกอบไปด้วยอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมอีกจำนวนมาก (ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน) ซึ่งสามารถแยกแยะออกจากกันได้ อันที่จริงแล้วในสภาวะแวดล้อมสุดโต่งดังเช่นดาวนิวตรอนนั้น อุณหภูมิและความดันที่สูงอย่างยิ่งยวดกลับทำให้อะตอมไม่สามารถดำรงอยู่ได้เลยด้วยซ้ำ เมื่อพบว่าแท้จริงแล้วอะตอมยังแบ่งแยกได้ ในภายหลังนักฟิสิกส์จึงคิดค้นคำว่า "อนุภาคมูลฐาน" (elementary particle) เพื่อใช้อธิบายถึงอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมนี้เรียกว่า ฟิสิกส์อนุภาค (particle physics) ซึ่งนักฟิสิกส์ในสาขานี้หวังว่าจะสามารถค้นพบธรรมชาติพื้นฐานที่แท้จริงของอะตอมได้. ในการศึกษาด้านกลศาสตร์ควอนตัมและฟิสิกส์อนุภาค สปิน (spin) คือคุณลักษณะพื้นฐานของอนุภาคมูลฐาน, อนุภาคประกอบ (ฮาดรอน) และนิวเคลียสอะตอม อนุภาคมูลฐานประเภทเดียวกันทุกตัวจะมี เลขควอนตัมสปิน เลขเดียวกัน ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของสถานะควอนตัมของอนุภาค เมื่อรวมเข้ากับทฤษฎีสถิติของสปิน (spin-statistics theorem) สปินของอิเล็กตรอนจะส่งผลตามหลักการกีดกันของเพาลี อันเป็นตัวการเบื้องหลังของตารางธาตุ ทิศทางสปิน (บางครั้งก็เรียกย่อๆ ว่า "สปิน") ของอนุภาคหนึ่งเป็นองศาอิสระภายในที่สำคัญของอนุภาคนั้น โวล์ฟกัง เพาลี เป็นบุคคลแรกที่เสนอแนวคิดเรื่องของสปิน แต่เขายังไม่ได้ตั้งชื่อให้กับมัน ปี..

ฟิสิกส์ของอนุภาค

ฟิสิกส์ของอนุภาค (particle physics) เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาธรรมชาติของอนุภาคทั้งหลายที่รวมตัวกันขึ้นเป็นสสาร (อนุภาคที่มีมวล) และ การฉายรังสี (อนุภาคที่ไม่มีมวล) แม้ว่าคำว่า "อนุภาค" สามารถหมายถึงวัตถุที่มีขนาดเล็กมากหลากหลายชนิด (เช่นโปรตอน อนุภาคก๊าซ หรือแม้กระทั่งฝุ่นในครัวเรือน), "ฟิสิกส์ของอนุภาค" มักจะสำรวจตรวจหาอนุภาคที่มีขนาดเล็กที่สุด สามารถตรวจพบได้ ไม่สามารถลดขนาดลงได้อีก และมีสนามฟิสิกส์ที่มีแรงขนาดพื้นฐานที่ลดขนาดลงไม่ได้ที่จำเป็นต้องใช้ในการที่จะอธิบายตัวมันเองได้ ตามความเข้าใจของเราในปัจจุบัน อนุภาคมูลฐานเหล่านี้เป็นการกระตุ้นของสนามควอนตัมที่ควบคุมการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันอีกด้วย ทฤษฎีที่โดดเด่นในปัจจุบันที่ใช้อธิบายอนุภาคมูลฐานและสนามเหล่านี้ พร้อมกับการเปลี่ยนแปลง (ไดนามิกส์) ของพวกมัน จะถูกเรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน ดังนั้นฟิสิกส์ของอนุภาคที่ทันสมัยโดย​​ทั่วไปจะสำรวจแบบจำลองมาตรฐานและส่วนขยายที่เป็นไปได้ต่าง ๆ ของพวกมัน เช่น ส่วนขยายไปที่อนุภาคใหม่ล่าสุด "เท่าที่รู้จักกัน" ที่เรียกว่า Higgs boson หรือแม้กระทั่งไปที่สนามของแรงที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่รู้จักกัน คือแรงโน้มถ่วง.

ทฤษฎีอะตอมและฟิสิกส์ของอนุภาค · ฟิสิกส์ของอนุภาคและสปิน (ฟิสิกส์) · ดูเพิ่มเติม »

อนุภาคมูลฐาน

แบบจำลองมาตรฐานของอนุภาคมูลฐาน ในฟิสิกส์ของอนุภาค อนุภาคมูลฐาน (elementary particle หรือ fundamental particle) หมายถึงอนุภาคหนึ่งที่โครงสร้างย่อยไม่เป็นที่รู้จัก ดังนั้นเราจึงไม่รู้ว่ามันประกอบขึ้นด้วยอนุภาคอื่นหรือไม่ มันเป็นหน่วยย่อยที่สุดในทางทฤษฎีฟิสิกส์ทั่วไป เราไม่ถือว่ามันประกอบขึ้นมาจากสิ่งใดอีก อนุภาคมูลฐานที่เรารู้จักกันดีที่สุดคือ อิเล็กตรอน ซึ่งไม่สามารถแยกย่อยเป็นอนุภาคใดๆได้อีก อนุภาคมูลฐานที่รู้จักแล้ว ได้แก่ เฟอร์มิออนพื้นฐาน (ควาร์ก, เลปตอน, ปฏิควาร์ก และปฏิเลปตอน) ซึ่งอนุภาคเหล่านี้โดยทั่วไปเป็น "อนุภาคสสาร" และ "อนุภาคปฏิสสาร" อีกชนิดหนึ่งได้แก่ โบซอนพื้นฐาน (เกจโบซอน และอนุภาคฮิกส์) ซึ่งอนุภาคเหล่านี้โดยทั่วไปเป็น "อนุภาคแรง" ที่เป็นตัวเชื่อมปฏิสัมพันธ์พื้นฐานในหมู่เฟอร์มิออนด้วยกัน อนุภาคที่ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานตั้งแต่สองอนุภาคขึ้นไปจะเป็น "อนุภาคผสม" (composite particle) สสารในชีวิตประจำวันจะประกอบด้วยอะตอม ที่ครั้งหนึ่งเคยถูกสันนิษฐานว่ามันเป็นอนุภาคมูลฐานของสสาร คำว่า "อะตอม" แปลว่า "แบ่งไม่ได้" ในภาษากรีก แม้ว่าการมีอยู่ของอะตอมยังคงเป็นที่ถกเถียงกันจนถึงประมาณปี 1910 อย่างที่นักฟิสิกส์ชั้นนำบางคนถือว่าโมเลกุลเป็นภาพลวงตาทางคณิตศาสตร์ และถือว่าสสารอย่างสุดขั้วที่สุดจะประกอบด้วยพลังงาน ในไม่ช้า มีการค้นพบว่าอะตอมประกอบด้วยองค์ประกอบย่อย เมื่อเริ่มทศวรรษที่ 1930 อิเล็กตรอนและโปรตอนได้ถูกค้นพบ พร้อมกับโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ในช่วงเวลานั้น การค้นพบล่าสุดของกลศาสตร์ควอนตัมได้มีก​​ารเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงของแนวคิดของอนุภาค อย่างเช่นอนุภาคเดี่ยวดูเหมือนจะสามารถขยายสนามได้อย่างที่คลื่นสามารถทำได้ (ทวิภาคของอนุภาคกับคลื่น (particle-wave duality)) ข้อความที่ขัดแย้งยังคงหลีกเลี่ยงคำอธิบายที่น่าพอใจ โดยผ่านทางทฤษฎีควอนตัม โปรตอนและนิวตรอนถูกพบว่าประกอบด้วยควาร์กหลายตัว ได้แก่อัพควาร์กและดาวน์ควาร์ก ซึ่งในปัจจุบันถือว่าพวกนี้เป็นอนุภาคมูลฐาน และภายในโมเลกุลหนึ่ง สามองศาอิสระของอิเล็กตรอน (ประจุ, สปินและวงโคจร) สามารถแยกผ่านทาง wavefunction ออกเป็นสาม'อนุภาคคล้าย' (quasiparticle) (Holon, spinon และ Orbiton) แต่อิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งไม่ได้กำลังโคจรรอบนิวเคลียส จะขาดการเคลื่อนไหวในการโคจร และจะปรากฏในรูปที่แบ่งแยกไม่ได้ จึงยังคงถือว่าเป็นอนุภาคมูลฐาน ราวปี 1980 สถานะของอนุภาคมูลฐานที่เป็นมูลฐานอย่างแท้จริง-"องค์ประกอบสุดชั้ว" ของสสาร- ได้ถูกละทิ้งเป็นส่วนใหญ่สำหรับแนวโน้มที่จะเป็นการปฏิบัติมากขึ้น ได้ถูกประมวลอยู่ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จจากทดลองทางวิทยาศาสตร์มากที่สุด การขยายความและทฤษฎีทั้งหลายที่อธิบายเกินกว่าแบบจำลองมาตรฐาน รวมทั้งทฤษฎี supersymmetry ที่นิยมกันอย่างสุดขั้ว ได้เพิ่มจำนวนอนุภาคมูลฐานเป็นสองเท่าโดยการตั้งสมมติฐานที่แต่ละอนุภาคที่รู้จักกันแล้วควบรวมเข้ากับพันธมิตร"เงา" ทำให้มีจำนวนอนุภาคมากกว่าเดิม แม้ว่าสุดยอดพันธมิตรดังกล่าวทั้งหมดยังคงไม่ได้ถูกค้นพบแต่อย่างใด ในขณะเดียวกัน โบซอนมูลฐานที่เป็นตัวเชื่อมแรงโน้มถ่วงที่เรียกว่า แกรวิตอน (Graviton) ก็ยังคงเป็นสมมุติฐานอยู.

ทฤษฎีอะตอมและอนุภาคมูลฐาน · สปิน (ฟิสิกส์)และอนุภาคมูลฐาน · ดูเพิ่มเติม »