เคยได้ยินไหม… คาร์บอนไดออกไซด์ทำให้หูปลาใหญ่ขึ้น

เชื่อหรือไม่ คาร์บอนไดออกไซด์ในทะเลส่งผลประหลาดต่อปลา ทำให้หูของพวกมันใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้น..

ภาพ: white sea bass (กระพงขาว) ตัวนี้มีอายุประมาณ 3-4 เดือน เมื่อย้ายลงน้ำที่มีความเข้มข้นคาร์บอนไดออกไซด์สูงพบว่ากระดูกหูของตัวอ่อน sea bass มีขนาดใหญ่ขึ้นแทนที่จะเล็กลงตามที่คาดไว้ นักวิทย์จึงให้ความเห็นว่าสภาพน้ำทะเลที่เป็นกรดอาจมีผลกับตัวอ่อนปลาแบบคาดไม่ถึง
เชื่อไม่เชื่อคงต้องลองดูหูของพวกมันแล้วล่ะครับ แต่ทว่าหูของมันกลับอยู่ในตัวนี่สิครับ อย่างไรก็ตามแม้ตำแหน่งจะอยู่ต่างกันกับของเราแต่หูปลาก็ทำหน้าที่เช่นเดียวกับเราครับ หูปลามีบทบาทสำคัญต่อการรับรู้การเคลื่อนไหวและทำให้พวกมันตั้งตัวตรงได้ ทั้งหมดนี้ล้วนสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำรงชีวิตของพวกมัน
นักสมุทรศาสตร์ David M. Checkley จากสถาบันสมุทรศาสตร์ Scripps มหาวิทยาลัยแคลฟอร์เนีย ซานดิเอโก รายงานว่า การค้นพบนี้น่าประหลาดอย่างยิ่ง ปลาที่ได้รับคาร์บอนไดออกไซด์เข้าร่างกายจะเกิดอาการผิดปกติขึ้น มีผลเสียต่อการดำรงชีวิต
โครงสร้างของหูปลานั้นรู้จักกันดีในชื่อว่า otolith (กระดูกหู) สร้างขึ้นจากแร่ธาตุชนิดต่างๆ Checkley และคณะทราบดีว่าการเพิ่มคาร์บอนไดออกไซด์ในทะเลเนื่องจากได้รับคาร์บอนไดออกไซด์มาจากอากาศนั้นส่งผลทำให้สภาพท้องทะเลเป็นกรดมากขึ้นซึ่งสามารถทำให้เปลือกปลาอ่อนตัวลงหรือละลายได้ ทีมของ Checkley จึงสงสัยว่าเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นนี้ทำให้ otolith ลดขนาดลงไปด้วยหรือไม่
ทีมวิจัยได้ทดลองบ่มไข่ white sea bassไว้ในน้ำทะเลแล้วลองวัดขนาด otolith เมื่อปลามีอายุได้ 7-8 วัน
การทดลองนี้ใช้น้ำที่มีความเข้มข้นคาร์บอนไดออกไซด์แตกต่างกัน กลุ่มหนึ่งให้น้ำที่มีความเข้มข้นคาร์บอนไดออกไซด์สูงกว่า 6 เท่าของน้ำทะเลปกติ แต่ผลที่ได้กลับตรงกันข้ามกับที่ทีมของ Checkley คิดไว้ครับคือปลาที่อยู่ในน้ำสภาพนี้กลับมี otolith ใหญ่กว่าปกติประมาณ 15-17% ทีมของ Checkley จึงทำการทดลองซ้ำอีกครั้งและผลที่ได้ก็เป็นดังเดิมครับ
ดังนั้นทีมวิจัยจึงลองทดลองต่อโดยลดความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ลงให้เหลือประมาณ 3.5 เท่าของความเข้มข้นปกติ ซึ่งเป็นความเข้มข้นที่อาจเกิดขึ้นจริงก่อนปี 2100 พบว่าปลาที่อาศัยอยู่ที่ความเข้มข้นนี้มีกระดูกหูใหญ่กว่าปลาที่อาศัยในน้ำปกติ 7-9%
Checkley กล่าวว่า การค้นพบนี้มีค่ามาก เพราะทำให้ทราบว่าคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศและในน้ำมีผลอย่างไรต่อสิ่งมีชีวิต เพราะนอกเหนือจากที่ทราบว่าคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวการทำให้เกิดโลกร้อนและทำให้น้ำทะเลเป็นกรดมากขึ้นแล้ว ยังพบว่ามีผลทางชีววิทยาและนิเวศวิทยาของสัตว์น้ำอีกด้วย
การค้นพบใหม่นี้ สร้างความประหลาดใจให้ผู้ค้นพบ เป็นตัวผลักดันให้ Checkley เกิดคำถามต่าง ๆ ตามมาและพร้อมที่จะสำรวจต่อไป…
ขณะนี้ทีมวิจัยกำลังสำรวจว่าเหตุใดคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในน้ำจึงทำให้กระดูกหูของปลาใหญ่ขึ้น และเหตุการณ์นี้เกิดแบบเดียวกันในปลาชนิดอื่นหรือไม่และผลจากการเพิ่มคาร์บอนไดออกไซด์ระยะยาวจะส่งผลดีหรือผลเสียต่อปลากันแน่
หากปลาสามารถปรับตัวให้เข้ากับ otolith ที่ใหญ่ขึ้นได้ก็ไม่น่าจะมีปัญหาอะไร อย่างไรก็ตาม…ปลาได้มีวิวัฒนาการให้เป็นแบบที่มันเป็น คาดว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นนี้น่าจะรบกวนหน้าที่ของ otolith ที่ช่วยให้ปลาอยู่ในสภาพตั้งตรงได้ ซึ่งส่งผลต่อการดำรงชีวิตของพวกมัน
นอกเหนือจากผลที่กล่าวมาแล้วนี้ยังมีข้อมูลว่าปลามีอาการเฉื่อยชาเกิดขึ้น ซึ่งต้องได้รับการยืนยันต่อไป

ที่มา: http://www.msnbc.msn.com/id/31548469/ns/technology_and_science-science/
อ้างอิง: http://www.tchain.com/otoneurology/disorders/bppv/
Off Hroyy

เปิดเผยที่มาของไข้หวัดใหญ่ 2009

การวิเคราะห์ล่าสุดของไวรัสไข้หวัดใหญ่สายพันธุ์ใหม่ H1N1 ที่เกิดครั้งแรกในหมูเสนอว่าการแพร่เชื้อสู่มนุษย์เกิดขึ้นหลายเดือนก่อนที่มนุษย์จะรู้ว่ามีการระบาด
รายงานถูกตีพิมพ์ในวารสารออนไลน์ Nature ในวันที่ 10 มิถุนายน ชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นสำหรับการเฝ้าระวังอย่างเป็นระบบสำหรับไข้หวัดใหญ่ที่พบในหมู และได้ให้หลักฐานว่าองค์ประกอบใหม่ทางพันธุกรรมในหมูอาจเป็นผลให้เกิดไวรัสที่สามารถระบาดได้ในมนุษย์
‘ด้วยการใช้วิธีการคำนวณที่พัฒนาขึ้นภายในสิบปีที่ผ่านมาที่ Oxford เราสามารถจำลองที่มาและช่วงเวลาการระบาดของโรคระบาดใหม่นี้ได้’ กล่าวโดย Dr Oliver Pybus แห่งคณะสัตววิทยามหาวิทยาลัย Oxford University ซึ่งเป็นผู้ทำวิจัยนี้ ‘ผลของเราแสดงให้เห็นว่าสายพันธุ์นี้ได้แพร่กระจายอยู่ในหมู เป็นไปได้ว่าเกิดขึ้นในหลายทวีปในหลายปีก่อนที่จะแพร่เชื้อสู่มนุษย์’
Dr. Pybus และ Andrew Rambaut แห่งมหาวิทยาลัย University of Edinburgh และผู้ร่วมวิจัย ได้ใช้การวิเคราะห์การวิวัฒนาการในการประมาณระยะเวลาในการเริ่มต้นและการพัฒนาในช่วงแรกของการระบาด พวกเขาเชื่อว่ามันกำเนิดมาจากไวรัสหลายชนิดที่อยู่ในหมูแล้วการเริ่มแพร่เชื้อสู่มนุษย์ ซึ่งช่วงแรกเกิดขึ้นหลายเดือนก่อนมนุษย์จะรู้ว่ามีการระบาด
ทีมวิจัยได้สรุปว่า ‘แม้ว่าจะมีการเฝ้าระวังการระบาดของไข้หวัดใหญ่ในมนุษ์ แต่การขาดการเฝ้าระวังในหมูอย่างเป็นระบบทำให้ไม่สามารถค้นพบการมีอยู่ของเชื้อและการวิวัฒนาการของโรคระบาดสายพันธุ์นี้มาหลายปี’
ทีมวิจัยประกอบด้วยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Oxford, University of Edinburgh, University of Hong Kong และ University of Arizona
ที่มา http://www.sciencedaily.com/releases/2009
Science Direct ใน Hroyy.com

นกฮัมมิงเบิร์ด บินได้ไวกว่าเครื่องบินไอพ่น

นักวิจัยชาวอเมริกาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์คเลย์ได้ทำการศึกษาถึงอัตราความเร็วในการบินของนกฮัมมิงเบิร์ด และก็พบว่านกฮัมมิงเบิร์ดตัวผู้จะมีความเร็วในการบินที่เร็วกว่าเครื่องบินไอพ่นหรือเครื่องบินเจ็ท
โดยทั่วไป นกชนิดนี้มีลำตัวเล็ก น่ารัก คือมีความยาวไม่เกิน 6 เซนติเมตร มันมีปากที่ยาวเรียวและแหลม ลักษณะของปีกมีรูปร่างขนาดเล็ก และปีกเล็กๆ ของมันสามารถกระพือได้เร็วถึง 80 ครั้ง/วินาที ทำให้มันสามารถลอยนิ่งอยู่ในอากาศและบินถอยหลังกลับได้
นกฮัมมิงเบิร์ดเพศผู้จะบินโฉบไปมาอย่างรวดเร็วเพื่อที่จะเป็นการสร้างความประทับใจให้กับนกฮัมมิงเบิร์ดเพศเมีย และลักษณะของการบินก็จะสวยงามและไวกว่าเครื่องบินไอพ่น นักวิจัยใช้กล้องประสิทธิภาพสูงที่สามารถจับภาพได้ด้วยความเร็ว 500 เฟรมต่อวินาทีมาจับภาพการบินของนกฮัมมิงเบิร์ด โดยนักวิจัยได้ใช้นกต่อเป็นตัวล่อนกฮัมมิงเบิร์ดตัวผู้ จากนั้นก็พบว่านกฮัมมิงเบิร์ดตัวผู้จะมีพฤติกรรมในการบินทางด้านรูปแบบการโฉบและความเร็วที่น่าทึ่งเพื่อสร้างความประทับใจให้กับนกฮัมมิงเบิร์ดตัวเมีย ดังที่แสดงในภาพ

จากการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้พบว่าความสัมพันธ์ของความยาวลำตัวของนกฮัมมิงเบิร์ดกับความเน็วที่นกบินนั้นอยู่ในอัตราที่ไวกว่าเครื่องบินไอพ่นหรือการเคลื่อนที่ของกระสวยอวกาศเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ

นอกจากนั้นนกฮัมมิงเบิร์ดจะมีอัตราการเร่งในการบินเพื่อไปยังความเร็วสูงสุดที่จะบินได้ภายในระยะเวลาเพียงสั้นๆเท่านั้น ซึ่งเร็วกว่าอุปกรณ์ทางด้านการบินที่มนุษย์พัฒนาขึ้นมาทั้งหลาย โดยการศึกษาวิจัยชิ้นนี้เป็นหนึ่งในโครงการการศึกษาถึงพฤติกรรมการแสดงออกของสัตว์ชนิดต่างๆในการหาคู่

ที่มา
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8091944.stm

นกฮัมมิงเบิร์ด บินได้ไวกว่าเครื่องบินไอพ่น ใน Hroyy Social Network

มีนิสัยเข้าสังคมหรือไม่ ดูได้จากสมอง

นักวิทยาศาสตร์เผย พบบริเวณของสมองที่บ่งบอกถึงลักษณะการเข้าสังคมของคน
คนที่มีนิสัยอบอุ่น อ่อนไหว จะมีเนื้อเยื่อสมองบริเวณรอยหยักส่วนที่อยู่เหนือตาและบริเวณแกนกลางสมองมากกว่าปกติ
และบริเวณนี้นั่นเองครับที่จะทำงานเมื่อเรากำลังมีความสุขกับการกินช็อคโกแลตหรือมีเพศสัมพันธ์
ผลการศึกษาทำให้พบว่าผู้ที่เข้าสังคมจะมีรูปแบบของสมองที่เห็นคล้ายคลึงกัน ช่วยแสดงให้เห็นถึงภาวะผิดปกติทางจิตซึ่งส่งผลให้เข้าสังคมได้ยาก เช่น ในกรณีของผู้เป็นออติสติกหรือชิโซฟรีเนีย
งานนี้ทีมวิจัยจึงทำการสแกนสมองของอาสาสมัครชายจำนวน 41 คน โดยผู้ที่มีคะแนนมากกว่าคือผู้ที่มีนิสัยอบอุ่นและเข้าสังคมได้มากกว่าซึ่งจะมีเนื้อสมองส่วนเทาที่สมองสองบริเวณ คือ ส่วน orbitofrontal cortex และ ventral striatum มากกว่า
อย่างไรก็ตามขณะนี้นักวิจัยยังไม่ทราบว่าความแตกต่างของสมองผู้ชายที่พบนี้มีมาตั้งแต่กำเนิดหรือไม่ หรือการที่เนื้อสมองบริเวณที่ถามคำถามมีมากขึ้นเกิดตามประสบการณ์ของแต่ละคนกันแน่

ภาพ: นักวิจัยแสดงให้เห็นความแตกต่างของสมองสองส่วน
ผู้เชี่ยวชาญพบว่าสมองส่วน striatum จะทำงานเมื่อเราได้รับคำชม ส่วนสมองส่วน orbitofrontal cortex จะทำงานเมื่อเราพบคนที่ใบหน้าดึงดูดใจหรือได้รับรอยยิ้ม
ดร.เกรแฮม เมอรเรย์ ผู้นำทีมวิจัย กล่าวว่า ลักษณะการเข้าสังคมหรือมีนิสัยอบอุ่นล้วนเป็นลักษณะส่วนบุคคลที่ซับซ้อน และให้ความเห็นว่างานวิจัยนี้ช่วยให้เราเข้าใจความรู้พื้นฐานทางชีววิทยาว่าเหตุใดแต่ละคนจึงตอบสนองต่อความรู้สึกของเราต่างกัน
เป็นที่น่าสนใจว่า คุณค่ารางวัลจากลักษณะการเข้าสังคมของเรานั้นสัมพันธ์กับโครงสร้างสมองบางบริเวณซึ่งบริเวณเหล่านี้เกี่ยวข้องกับอาหาร น้ำหวานและการมีเพศสัมพันธ์
บางทีลักษณะของสมองเหล่านี้อาจบ่งบอกลักษณะอันซับซ้อนของจิตใจเราได้ ว่าเหตุใดเราจึงมีอารมณ์อ่อนไหวหรือมีความรัก โดยพบว่าโครงสร้างสมองส่วนนี้วิวัฒนาการมาจากสมองส่วนที่เกี่ยวข้องกับการดำรงชีวิตให้อยู่รอดตามแบบฉบับชีววิทยาในสัตว์ชั้นต่ำกว่าเรา
ศาสตราจารย์ไซมอน บารอน โคเฮน จากศูนย์วิจัยออติสติกในแคมบริดจ์ กล่าวว่า ผลที่ได้นี้สำคัญมากเนื่องจากแสดงให้เห็นว่าคนเราเห็นคุณค่าของการมีสังคมแตกต่างกันขึ้นกับโครงสร้างของสมอง เป็นการย้ำว่าสำหรับบางคนแล้วการเข้าสังคมคือรางวัลที่เค้าได้รับเหมือนกับได้ทานช็อคโกแลตหรือคานาบิส และความรู้สึกว่าคุ้มค่าหรือไม่นั้นก็ขึ้นกับสมองที่แตกต่างกันนั่นเอง
งานวิจัยนี้สอนเราเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างบุคคล และช่วยให้เราเข้าใจลักษณะของผู้ที่เป็นออติสติกมากขึ้นว่าบุคคลเหล่านี้จะเห็นคุณค่าของการเข้าสังคมน้อยกว่าคนทั่วไป

ภาพ : ส่วนต่างๆ ของสมอง (ที่มาhttp://en.wikipedia.org/wiki/File:NIA_human_brain_drawing.jpg)

อ้างอิง
http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/8055296.stm

มีนิสัยเข้าสังคมหรือไม่ ดูได้จากสมอง

เพิ่มเติม
http://en.wikipedia.org/wiki/Human_brain
http://en.wikipedia.org/wiki/File:NIA_human_brain_drawing.jpg

โฟโตอิเล็กทริก ปรากฏการณ์ธรรมดาที่เปลี่ยนโลกทั้งใบ

ผศ. ดร. บุญญฤทธิ์ อุยยานนวาระภาควิชาเทคโนโลยีสารสนเทศสถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร (SIIT)มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์นักเขียนประจำ หรอย.คอม

จะดีแค่ไหน หากความคิดของเรา ผลงานที่ออกจากสมองของเราเอง จะถูกจดจำ และกล่าวขานถึง ของคนทั้งโลก แม้เวลาจะผ่านไป 100 ปี ว่าเป็นความคิดดีๆที่เปลี่ยนโลกนี้ไปทั้งใบ
มีปรากฏการณ์มากมายที่เกิดอยู่รอบตัวเราทุกๆวัน เหตุการณ์เดียวกันหากต่างคนมอง ย่อมเข้าใจลึกซึ้งแตกต่างกัน บางเหตุการณ์ที่หลายคนมองว่าเป็นเรื่องธรรมดา เป็นเรื่องธรรมชาติ เช่น ทำไมตาเรามองเห็น ? แสงคืออะไร ? โดยไม่เคยคิดหาเหตุผลว่าเป็นเพราะอะไร หรือบางเรื่องที่อาจ ไม่มีใครในโลกนี้รู้คำตอบ หรือเป็นเหตุการณ์ ที่ไม่มีใครเคยเข้าใจมาก่อน คงจะดี ถ้าโลกจดจำว่าเรา เป็นส่วนหนึ่งในคำตอบ หรือเหตุผลที่มาอธิบายเหตุการณ์เหล่านั้น

เหมือนกับเหตุการณ์เล็กๆเหตุการณ์หนึ่ง ที่กลุ่มคนกลุ่มหนึ่งที่ผมกำลังจะเล่าถึง ได้พยายามอย่างที่สุด ที่จะหาคำอธิบาย และเมื่อผลงานโดยรวมของพวกเค้าสำเร็จลง มันก็เป็นผลงานที่พาโลก ก้าวไปสู่อีกยุคหนึ่งของฟิสิกส์

ปรากฏการณ์ที่ผมกำลังพูดถึงคือ ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ ที่เมื่อแสงตกกระทบกับแผ่นโลหะ แล้วทำให้มีอิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะได้ ปรากฏการณ์นี้ถูกพบครั้งแรก โดยความช่างสังเกตุของคุณ ไฮน์ริก เฮิร์ทซ์ (Heinrich Hertz) ในปี 1887 ในขณะที่เฮิร์ทซ์ กำลังทำการทดลองอยู่กับเครื่อง Spark-Gab generator (เป็นอุปกรณ์ยุคแรกๆที่ใช้ในการส่งสัญญาณวิทยุ) เฮิร์ทซ์ พบว่าเครื่องส่งสัญญาณนี้จะทำงานดีขึ้น หากมีแสงอุลตร้าไวโอเลตมาตกกระทบบนอุปกรณ์ ซึ่งก็สร้างความฉงนให้เฮิร์ทซ์ได้ไม่น้อย

Heinrich Hertz

ภาพที่ 2 แสดงโต๊ะทดลองของ Hertz

คนที่อาสา เข้ามาช่วยค้นหาคำตอบ ที่จะไขปริศนานี้ให้กระจ่างขึ้น คือ ฟิลิป เลนาร์ด (Philipp Lenard) ซึ่งขณะนั้นเป็นผู้ช่วยของเฮิร์ทซ์ เลนาร์ดได้พยายามทำการทดลอง เพื่อหาข้อสรุปเกี่ยวกับคำตอบของคำถามที่พบโดย Hertz เป็นเวลากว่า 10 ปี ในการออกแบบและปรับเปลี่ยนอุปกรณ์ เพื่อทดสอบปรากฏการณ์นี้โดยเฉพาะ ซึ่งในเวลาถัดมา เค้าก็ประสบความสำเร็จ ในการคิดค้นอุปกรณ์อย่างง่าย และความถูกต้องสูง (ดังภาพที่ ในหน้าถัดไป)ชุดอุปกรณ์นี้ เริ่มจากแหล่งกำเนิดแสงด้านซ้ายมือ ที่ส่องแสงผ่านปริซึม เพื่อแยกเอาเฉพาะแสงในช่วงความถี่ที่ต้องการ แสงความถี่ที่ถูกเลือกแล้ว ก็จะผ่านช่องเล็กๆ ก่อนจะตกกระทบกับแผ่นโลหะ ตรงนี้เอง ที่จะมีอิเล็กตรอนหลุดออกจากแผ่นโลหะ ซึ่งเลนาร์ดต้องการวัดพลังงาน ของอิเล็กตรอนที่หลุดออกมา โดยการต่อกระแสไฟฟ้า ในทิศทางที่สวน กับการวิ่งของอิเล็กตรอน คือ ขั้ว(แผ่นโลหะ) ที่อิเล็กตรอนวิ่งเข้าหาก็ต่อไว้กับขั้วลบ เพราะจะเกิดแรงผลัก จากสนามไฟฟ้าที่กระทำต่อตัวอิเล็กตรอน โดยหากว่าสนามไฟฟ้าต้านอ่อนไป อิเล็กตรอน ก็ยังวิ่งฝ่าสนามไฟฟ้าไปได้ เพราะพลังงานที่ได้รับมาจากแสง แต่ถ้าสนามไฟฟ้าแรงไป ก็จะไม่มีอิเล็กตรอนหลุดออกมาหรือวิ่งไปไมุ่ถึง

ภาพที่ 3 แสดงถึงอุปกรณ์การทดลองเรื่องโฟโตอิเล็กทริกที่คิดค้นโดย ฟิลิป เลนาร์ด(ที่มา: http://nobelprize.org/physics/educational/quantised_world/waves-particles-1.html)
ดังนั้นหากปรับค่าสนามไฟฟ้าให้มีความแรงพอดีแล้วทำให้อิเล็กตรอนหลุดไปถึงอีกขั้วได้พอดีเป๊ะ เราก็สามารถประมาณพลังงานของอิเล็กตรอนที่หลุดออกมา ได้จากการคำนวณจากพลังงานไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการต้านทานการวิ่งของอิเล็กตรอนนั่นเอง

จากการทดลองของเลนาร์ด พบว่าเมื่อมีลำแสงตกกระทบ กับแผ่นโลหะ ก็จะทำให้เกิดรังสี ที่เค้่าเรียกว่ารังสีคาโทด (Cathods - ซึ่งในภายหลัง ก็ทราบว่าแท้จริงแล้ว มันไม่ใช่รังสี แต่เป็นอิเล็กตรอน) และสามารถตรวจวัดพลังงานของอิเล็กตรอน ที่หลุดออกมาได้อย่างแม่นยำ
แต่ที่เป็นปัญหาก็คือว่า นักวิทยาศาสตร์ยุคนั้น ไม่สามารถใช้ทฤษฎีเกี่ยวกับแสง ที่มีอยู่ อธิบายปรากฏการณ์นี้ได้อย่างชัดเจน

คำอธิบายที่พอจะหาได้ในตอนนั้นก็คือว่า อิเล็กตรอนบนแผ่นโลหะได้รับพลังงานจลน์จากแสง (ที่เข้าใจกันว่าเป็นคลื่น) ที่ตกกระทบแผ่นโลหะ โดยที่คลื่นแสง ถ่ายทอดพลังงาน ให้อิเล็กตรอน เหมือนกับคลื่นทะเลพาหิน จากพื้นทะเลมาที่ชายฝั่ง (ขอให้สังเกตุว่าคำอธิบายนี้บอกว่า เป็นพลังงานจากคลื่นทะเล ไม่ใช่ น้ำ ที่เป็นตัวพาหินมาสู่ชายฝั่ง) แต่นั่นก็แปลว่า โดยทฤษฎีแล้ว พลังงานที่ถูกถ่ายทอด ไปให้ก้อนหินที่โดนคลื่นซัด น่าจะเป็นสัดส่วนโดยตรงของความแรงคลื่น (เช่น เมื่อคลื่นแรงก้อนหินก็ปลิวไปไกล) เช่นเดียวกัน พลังงานของอิเล็กตรอน ที่หลุดออกมาน่าจะเป็นสัดส่วนตรง ขึ้นกับความเข้มของแสงที่ส่องลงไป
แต่สิ่งที่เลนาร์ดพบจากการทดลอง กลับทำให้โลกของฟิสิกส์สมัยนั้นถึงกับตลึง เพราะไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมพลังงานของอิเลคตรอน ที่หลุดออกมาจากแผ่นโลหะ จึงไม่ประพฤติตัว แบบเดียวกับก้อนหิน ที่โดนคลื่นตามสมมติฐาน ผลการทดลองของเลนาร์ดบอกว่า พลังงานของอิเลคตรอนที่หลุดออกมานั้น ไม่ขึ้นกับความเข้ม(ความสว่าง) ของแสงเลยแม้แต่น้อย (ความเข้มแสงเปรียบได้กับความสูงของคลื่นทะเล) เลนาร์ดทำการทดลอง ซ้ำแล้วซ้ำอีก ในหลายๆข้อจำกัด ก็ยังได้ผลเหมือนเดิม

และอีกปริศนา ที่สร้างความสับสนจากการทดลอง ก็คือ ถ้าแสงมีความถี่ต่ำกว่าค่าค่าหนึ่งแล้ว (ภายหลังค่าความถี่นี้ถูกตั้งชื่อว่า ความถี่ขั้นต่ำ (cut-off frequency)) จะไ่ม่มีอิเล็คตรอนหลุดออกมาเลย แต่เมื่อไหร่ ที่แสงที่ตกกระทบแผ่นโลหะ มีความถี่มากกว่าค่าดังกล่าว ก็จะมีอิเล็กตรอนบางตัว ที่สามารถถูกผลักให้หลุดออกมาได้ และอิเลคตรอนที่หลุดออกมานี้ กลับมีพลังงานเป็นสัดส่วนตรงกับความถี่ ทั้งที่ทฤษฎีคลื่นของแสง ทำนายว่า ไม่ว่าคลื่นแสงความถี่เท่าใด ก็น่าจะมีพลังงานพอ ที่จะถ่ายทอดให้อิเลคตรอนได้หลุดออกจากโลหะได้

ปริศนาของเรื่องโฟโตอิเล็กทริก ได้ถูกไขอย่างกระจ่าง ในเวลาต่อมาไม่นานนัก
แต่คนที่อธิบายเรื่องนี้ได้ กลับไม่ใช่คนในวงการมหาวิทยาลัย ที่เป็นที่นับหน้าถือตาของคนยุคนั้น แต่กลับเป็นเสมียนหนุ่มวัยแค่เพียง 26 ปี เจ้าหน้าที่รับหน้าที่จดทะเบียนลิขสิทธิ์คนหนึ่ง ในกรุงเบอร์น ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ ที่ชื่อ อัลเบริต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ที่เป็นพระเอกขี่ม้าขาว มาไขปริศนานี้ได้อย่างชัดเจน

บทความวิชาการของไอน์สไตน์ อธิบายปริศนาของปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ได้อย่างสวยงาม เพียงแค่อาศัยสมมติฐานเบื้องต้นว่า แสงที่ถูกส่องไปยังโลหะนั้น ประพฤติตัวเสมือนหนึ่งว่า ประกอบไปด้วยกลุ่มของอนุภาค ที่ภายหลังเรียกว่าอนุภาคแสง หรือ โฟตอน (photon) (คำนี้ถูกตั้งโดย กิลเบอร์ต ลูอิส (Gilbert Lewis) ในปี 1926)

สมมติฐานดังกล่าว ก็ไม่ได้เกิดขึ้นลอยๆ แบบคิดเอาเอง (เหมือนสมัยที่ ไอแซค นิวตัน ซึ่งเป็นคนแรกของโลก ที่เคยตั้งข้อสังเกตุว่า แสงเป็นอนุภาค มา 200 ปี ก่อนหน้าไอน์สไตน์แล้ว) แต่เกิดจากการคำนวณ ต่อยอดมาจากกฏของเวนน์ ที่ว่าด้วยการกระจายความยาวคลื่นแสง ของวัุตถุเปล่งรังสีความร้อน และบทความวิชาการของแพลงค์ (ที่ตีพิมพ์ในปี 1900) ว่าด้วยเรื่องของพลังงานประหนึ่งเป็นกลุ่มของพลังงาน (Quanta)

เมื่อคิดว่าเป็นอนุภาค การอธิบายการถ่ายเทพลังงานของอนุภาค 2 ตัวชนกัน ก็ทำได้ง่ายขึ้น (แม้จะไม่เหมือนกับการถ่ายเทพลังงานของวัตถุใหญ่ซะทีเดียว) และเป็นไปตามกฏอนุรักษ์พลังงาน (แม้ภายหลัง ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์อีกหลายคน รวมถึง ริชาร์ด ฟายน์แมน (Richard Fyneman) จะอธิบายขยายความต่อ เรื่องของโฟตอน กระทำกิริยากับอิเล็กตรอน ได้อย่างลึกซึ้งเพิ่มขึ้น)
อย่างไรก็ตาม การอธิบายว่า แสงเป็นก้อนของพลังงาน หรืออนุภาคนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย
หนึ่ง ก็เพราะแทบจะทุกคนในยุคนั้น เชื่ออย่างสนิทใจ ว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (จากกฏคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์)

สอง ก็เพราะอนุภาคควรจะมีมวล แต่อนุภาคของแสงไม่มีมวล (แต่กลับมีโมเมนตัม - คลาสสิคอลฟิสิกส์ บอกว่าโมเมนตัม เกิดจากมวลคูณกับความเร็ว) แม้ผลจากการคำนวณของไอน์สไตน์พบว่า อนุภาคของแสงจะมีพลังงาน เป็นแบบคงที่ โดยที่มีขนาดของพลังงาน ขึ้นอยู่กับความถี่ของแสง (ถ้าแสงมีความถี่เดียว(เช่นเลเซอร์) พลังงานของแต่ละอนุภาคแสง จะมีค่าเท่ากันเสมอ) โดยมีค่าเท่ากับผลคูณ ของค่าคงที่ของแพลงค์ (h ซึ่งมีค่าประมาณ 6.626 x 10-34) และความถี่ของแสง (f)

ไอน์สไตน์ได้ทำการตีพิมพ์ผลการคำนวณ เกี่ยวกับเรื่องปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก เป็นบทความวิชาการ เป็นครั้งแรกเป็นภาษาเยอมันในปี 1905 และมีคนนำมาแปลเป็นภาษาอังกฤษในภายหลัง และนำเผยแพร่อีกครั้งบนวารสารวิทยาศาสตร์ที่ชื่อ American Journal of Physics ในปี 1965 (A. B. Arons and M. B. Peppard, Einstein’s Proposal of the Photon Concept - a Translation of the Annalen der Physik Paper of 1905, American Journal of Physics, Vol 33, No. 5, พฤษภาคม 1965 หน้า 367) ซึ่งสามารถหาอ่านได้ในปัจจุบัน (download มาอ่านเล่นแก้เหงา และโรคนอนไม่หลับได้ที่นี่ einsteinpaper.pdf 326 KB)

ผลงานตีพิมพ์ชิ้นนี้ เป็นหนึ่งในสามผลงาน ที่ไอน์สไตน์เผยแพร่ในปี 1905 ที่หลายคนยกให้เป็นปีทองของฟิสิกส์ ในงานชิ้นนี้ ไอน์สไตน์ได้เสนอแนวคิดของ “โฟตอน” เพื่อที่จะใช้อธิบายปรากฏการณ์ ที่เรียกว่าโฟโตอิเล็กทริก และเป็นผลงานชิ้นนี้ ที่ทำให้ไอน์สไตน์ได้รางวัลโนเบล ผลงานชิ้นนี้ไม่เพียงทำให้ ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลสูงสุดของนักวิทยาศาสตร์ แต่ยังเป็นผลงาน ที่จุดประกายนักฟิสิกส์ทั่วโลก ให้เกิดแนวคิดใหม่ด้านฟิสิกส์ ที่เรียกว่า ฟิสิกส์ควอนตัม ที่เปลี่ยนความคิดในการมองโลก ผ่านสูตรฟิสิกส์ไปเป็นอีกยุคนึง ตอนนั้นคงไม่มีใครคาดคิดว่า ผลการอธิบายปรากฏการณ์เล็กๆ อย่างโฟโตอิเล็กทริก จะเปลี่ยนความคิดของนักฟิสิกส์ เกือบทั้งโลกในเวลาต่อมา

อย่างไรก็ตามหลายคนในยุคนั้น ไม่เชื่อการคำนวณบนกระดาษ และหลายคนพยายาม ทำการทดลอง เพื่อพิสูจน์ว่าไอน์สไตน์คิดผิด โรเบอร์ต มิลิแกน (Robert A Millikan) ซึ่งขณะนั้นอยู่ทีสหรัฐอเมริกา ก็เป็นหนึ่งในนั้น มิลิแกนใช้เวลาเกือบ 10 ในการสร้างอุปกรณ์ ที่มีความแม่นยำ และความละเอียดสูง ในการทดลองเรื่องของประจุของอิเล็กตรอน และการทดลองทดสอบทฤษฎีของไอน์สไตน์ ในเวลาเดียวกัน แต่ผลที่ออกมา กลับเป็นการพิสูจน์ว่าทฤษฎีไอน์สไตน์ ได้ทำนายไว้ก่อนหน้านี้เป็นจริง

ที่มา: โฟโตอิเล็กทริก ปรากฏการณ์ธรรมดาที่เปลี่ยนโลกทั้งใบ