นาโนเทคโนโลยีและประวัติศาสตร์ฟิสิกส์

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง นาโนเทคโนโลยีและประวัติศาสตร์ฟิสิกส์

นาโนเทคโนโลยี vs. ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์

ฟืองขนาดนาโน นาโนเทคโนโลยี (อังกฤษ: Nanotechnology) คือ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการจัดการ การสร้างหรือการวิเคราะห์ วัสดุ อุปกรณ์ เครื่องจักรหรือผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กมาก ๆ ในระดับนาโนเมตร(ประมาณ 1-100 นาโนเมตร) รวมถึงการออกแบบหรือการประดิษฐ์เครื่องมือเพื่อใช้สร้างหรือวิเคราะห์วัสดุในระดับที่เล็กมากๆ เช่น การจัดอะตอมและโมเลกุลในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างถูกต้องแม่นยำ ส่งผลให้โครงสร้างของวัสดุหรืออุปกรณ์มีคุณสมบัติพิเศษขึ้นไม่ว่าทางด้านฟิสิกส์ เคมี หรือชีวภาพ และสามารถนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ได้ นาโนศาสตร์ (Nanoscience) คือ วิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา วัสดุ อินทรีย์ อนินทรีย์ และรวมไปถึงสารชีวโมเลกุล ที่มีโครงสร้างสามมิติ ยาว กว้าง สูง ด้านใดด้านหนึ่งอยู่ระหว่าง 1-100 นาโนเมตร โดยวัสดุชนิดใดก็ตาม ถ้ามีมิติทั้งสามเล็กกว่า 100 นาโนเมตร วัสดุชนิดนั้นก็จะถูกเรียกว่า สาม-ดี วัสดุนาโน (3-D nanomaterial) ถ้ามีแค่ สอง หรือ หนึ่งมิติ ที่เล็กกว่า 100 นาโนเมตร ก็จะถูกเรียกว่าวัสดุ สอง-ดี (2-D) และ หนึ่ง-ดี (1-D) ตามลำดับ คุณสมบัติของวัสดุนาโนจะแตกต่างจากวัสดุขนาดใหญ่ (bulk materials) ไม่ว่าจะเป็นคุณสมบัติ ทางฟิสิกส์ เคมี และชีวภาพ ล้วนแล้วแต่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว ดังนั้นถ้าพูดถึง นาโนศาสตร์ ก็จะเป็นการสร้างหรือศึกษาวัสดุที่มีโครงสร้างในระดับนาโนเมตร โดยผลลัพธ์ที่ได้ก็คือ จะได้วัสดุชนิดใหม่หรือรู้คุณสมบัติที่แตกต่าง และน่าสนใจ โดยคุณสมบัติเหล่านั้นจะถูกอธิบายด้วยทฤษีทางควอนตัม (quantum theory). ''Table of Mechanicks'', 1728 ''Cyclopaedia''. ประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์ คือ การศึกษาการเติบโตของฟิสิกส์ไม่ได้นำมาเพียงแค่การเปลี่ยนแปลงแนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับโลกแห่งวัตถุ คณิตศาสตร์ และ ปรัชญา เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี และการเปลี่ยนรูปแบบของสังคม ฟิสิกส์ถูกพิจารณาในแง่ของทั้งตัวเนื้อความรู้และการปฏิบัติที่สร้างและส่งผ่านความรู้ดังกล่าว การปฏิวัติวิทยาศาสตร์ ซึ่งเริ่มต้นประมาณปี ค.ศ. 1600 เป็นขอบเขตง่าย ๆ ระหว่างแนวคิดโบราณกับฟิสิกส์คลาสสิก ในปี ค.ศ. 1900 จึงเป็นจุดเริ่มต้นของฟิสิกส์ยุคใหม่ ทุกวันนี้วิทยาศาสตร์ยังไม่มีอะไรแสดงถึงจุดสมบูรณ์ เพราะการค้นพบที่มากขึ้นนำมาซึ่งคำถามที่เกิดขึ้นจากอายุของเอกภพ ไปถึงธรรมชาติของสุญญากาศ และธรรมชาติในที่สุดของสมบัติของอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอม ทฤษฎีบางส่วนเป็นสิ่งที่ดีที่สุดที่ฟิสิกส์ได้เสนอในปัจจุบันนี้ อย่างไรก็ตามรายนามของปัญหาที่ยังแก้ไม่ได้ของฟิสิกส์ ก็ยังคงมีมากอยู.

อะตอม

อะตอม (άτομον; Atom) คือหน่วยพื้นฐานของสสาร ประกอบด้วยส่วนของนิวเคลียสที่หนาแน่นมากอยู่ตรงศูนย์กลาง ล้อมรอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกกับนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า (ยกเว้นในกรณีของ ไฮโดรเจน-1 ซึ่งเป็นนิวไคลด์ชนิดเดียวที่เสถียรโดยไม่มีนิวตรอนเลย) อิเล็กตรอนของอะตอมถูกดึงดูดอยู่กับนิวเคลียสด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ในทำนองเดียวกัน กลุ่มของอะตอมสามารถดึงดูดกันและกันก่อตัวเป็นโมเลกุลได้ อะตอมที่มีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า มิฉะนั้นแล้วมันอาจมีประจุเป็นบวก (เพราะขาดอิเล็กตรอน) หรือลบ (เพราะมีอิเล็กตรอนเกิน) ซึ่งเรียกว่า ไอออน เราจัดประเภทของอะตอมด้วยจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียส จำนวนโปรตอนเป็นตัวบ่งบอกชนิดของธาตุเคมี และจำนวนนิวตรอนบ่งบอกชนิดไอโซโทปของธาตุนั้น "อะตอม" มาจากภาษากรีกว่า ἄτομος/átomos, α-τεμνω ซึ่งหมายความว่า ไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไป หลักการของอะตอมในฐานะส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสสารที่ไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไปถูกเสนอขึ้นครั้งแรกโดยนักปรัชญาชาวอินเดียและนักปรัชญาชาวกรีก ซึ่งจะตรงกันข้ามกับปรัชญาอีกสายหนึ่งที่เชื่อว่าสสารสามารถแบ่งแยกได้ไปเรื่อยๆ โดยไม่มีสิ้นสุด (คล้ายกับปัญหา discrete หรือ continuum) ในคริสต์ศตวรรษที่ 17-18 นักเคมีเริ่มวางแนวคิดทางกายภาพจากหลักการนี้โดยแสดงให้เห็นว่าวัตถุหนึ่งๆ ควรจะประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐานที่ไม่สามารถแบ่งแยกได้อีกต่อไป ระหว่างช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 และต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์ค้นพบส่วนประกอบย่อยของอะตอมและโครงสร้างภายในของอะตอม ซึ่งเป็นการแสดงว่า "อะตอม" ที่ค้นพบตั้งแต่แรกยังสามารถแบ่งแยกได้อีก และไม่ใช่ "อะตอม" ในความหมายที่ตั้งมาแต่แรก กลศาสตร์ควอนตัมเป็นทฤษฎีที่สามารถนำมาใช้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของอะตอมได้เป็นผลสำเร็จ ตามความเข้าใจในปัจจุบัน อะตอมเป็นวัตถุขนาดเล็กที่มีมวลน้อยมาก เราสามารถสังเกตการณ์อะตอมเดี่ยวๆ ได้โดยอาศัยเครื่องมือพิเศษ เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์ มวลประมาณ 99.9% ของอะตอมกระจุกรวมกันอยู่ในนิวเคลียสไอโซโทปส่วนมากมีนิวคลีออนมากกว่าอิเล็กตรอน ในกรณีของ ไฮโดรเจน-1 ซึ่งมีอิเล็กตรอนและนิวคลีออนเดี่ยวอย่างละ 1 ตัว มีโปรตอนอยู่ \begin\frac \approx 0.9995\end, หรือ 99.95% ของมวลอะตอมทั้งหมด โดยมีโปรตอนและนิวตรอนเป็นมวลที่เหลือประมาณเท่า ๆ กัน ธาตุแต่ละตัวจะมีอย่างน้อยหนึ่งไอโซโทปที่มีนิวเคลียสซึ่งไม่เสถียรและเกิดการเสื่อมสลายโดยการแผ่รังสี ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการแปรนิวเคลียสที่ทำให้จำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเปลี่ยนแปลงไป อิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมจะมีระดับพลังงานที่เสถียรอยู่จำนวนหนึ่งในลักษณะของวงโคจรอะตอม และสามารถเปลี่ยนแปลงระดับไปมาระหว่างกันได้โดยการดูดซับหรือปลดปล่อยโฟตอนที่สอดคล้องกับระดับพลังงานที่ต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ และมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม แนวคิดที่ว่าสสารประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ ไม่ต่อเนื่องกันและไม่สามารถแบ่งออกเป็นชิ้นส่วนที่เล็กไปได้อีก เกิดขึ้นมานับเป็นพันปีแล้ว แนวคิดเหล่านี้มีรากฐานอยู่บนการให้เหตุผลทางปรัชญา นักปรัชญาได้เรียกการศึกษาด้านนี้ว่า ปรัชญาธรรมชาติ (Natural Philosophy) จนถึงยุคหลังจากเซอร์ ไอแซค นิวตัน จึงได้มีการบัญญัติศัพท์คำว่า 'วิทยาศาสตร์' (Science) เกิดขึ้น (นิวตันเรียกตัวเองว่าเป็น นักปรัชญาธรรมชาติ (natural philosopher)) ทดลองและการสังเกตการณ์ ธรรมชาติของอะตอม ของนักปรัชญาธรรมชาติ (นักวิทยาศาสตร์) ทำให้เกิดการค้นพบใหม่ ๆ มากมาย การอ้างอิงถึงแนวคิดอะตอมยุคแรก ๆ สืบย้อนไปได้ถึงยุคอินเดียโบราณในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสตกาล โดยปรากฏครั้งแรกในศาสนาเชน สำนักศึกษานยายะและไวเศษิกะได้พัฒนาทฤษฎีให้ละเอียดลึกซึ้งขึ้นว่าอะตอมประกอบกันกลายเป็นวัตถุที่ซับซ้อนกว่าได้อย่างไร ทางด้านตะวันตก การอ้างอิงถึงอะตอมเริ่มขึ้นหนึ่งศตวรรษหลังจากนั้นโดยลิวคิพพุส (Leucippus) ซึ่งต่อมาศิษย์ของเขาคือ ดีโมครีตุส ได้นำแนวคิดของเขามาจัดระเบียบให้ดียิ่งขึ้น ราว 450 ปีก่อนคริสตกาล ดีโมครีตุสกำหนดคำว่า átomos (ἄτομος) ขึ้น ซึ่งมีความหมายว่า "ตัดแยกไม่ได้" หรือ "ชิ้นส่วนของสสารที่เล็กที่สุดไม่อาจแบ่งแยกได้อีก" เมื่อแรกที่ จอห์น ดาลตัน ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับอะตอม นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นเข้าใจว่า 'อะตอม' ที่ค้นพบนั้นไม่สามารถแบ่งแยกได้อีกแล้ว ถึงแม้ต่อมาจะได้มีการค้นพบว่า 'อะตอม' ยังประกอบไปด้วย โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน แต่นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันก็ยังคงใช้คำเดิมที่ดีโมครีตุสบัญญัติเอาไว้ ลัทธินิยมคอร์พัสคิวลาร์ (Corpuscularianism) ที่เสนอโดยนักเล่นแร่แปรธาตุในคริสต์ศตวรรษที่ 13 ซูโด-กีเบอร์ (Pseudo-Geber) หรือบางครั้งก็เรียกกันว่า พอลแห่งทารันโท แนวคิดนี้กล่าวว่าวัตถุทางกายภาพทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคขนาดละเอียดเรียกว่า คอร์พัสเคิล (corpuscle) เป็นชั้นภายในและภายนอก แนวคิดนี้คล้ายคลึงกับทฤษฎีอะตอม ยกเว้นว่าอะตอมนั้นไม่ควรจะแบ่งต่อไปได้อีกแล้ว ขณะที่คอร์พัสเคิลนั้นยังสามารถแบ่งได้อีกในหลักการ ตัวอย่างตามวิธีนี้คือ เราสามารถแทรกปรอทเข้าไปในโลหะอื่นและเปลี่ยนแปลงโครงสร้างภายในของมันได้ แนวคิดนิยมคอร์พัสคิวลาร์อยู่ยั่งยืนยงเป็นทฤษฎีหลักตลอดเวลาหลายร้อยปีต่อมา ในปี..

นาโนเทคโนโลยีและอะตอม · ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์และอะตอม · ดูเพิ่มเติม »

เทคโนโลยี

นาโนเทคโนโลยีเป็นที่สนใจในศตวรรษปัจจุบัน เทคโนโลยี หรือ เทคนิควิทยา มีความหมายค่อนข้างกว้าง โดยทั่วไปหมายถึงธรรมชาติวิทยาและต่อเนื่องมาถึงวิทยาศาสตร์ มาเป็นวิธีการปฏิบัติและประยุกต์ใช้เพื่อช่วยในการทำงานหรือแก้ปัญหาต่าง ๆ อันก่อให้เกิดวัสดุ อุปกรณ์ เครื่องมือ เครื่องจักร แม้กระทั่งองค์ความรู้นามธรรมเช่น ระบบหรือกระบวนการต่าง ๆ เพื่อให้การดำรงชีวิตของมนุษย์ง่ายและสะดวกยิ่งขึ้น สาขาวิชาศิลปศาสตร์ มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิร.

นาโนเทคโนโลยีและเทคโนโลยี · ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์และเทคโนโลยี · ดูเพิ่มเติม »