นาฬิกาลŒานป‚หนŒา
เมื่อเดือนธันวาคมที่ผ‹านมานี้ บริษัท Newlett Packard Corporation แห‹ง Palo Alto รัฐ California ของสหรัฐไดŒนํ านาฬิกาปรมาณูที่วิศวกรของบริษัท ไดŒประดิษฐออกแสดงใหŒผูŒชมเห็นว‹ามันเปšนนาฬิกาที่ดีที่สุดในโลก คือ สามารถเดินไดŒเที่ยงตรงถึงขนาดว‹า หากปล†อยใหŒนาฬิกานี้เดิน อยู‹นาน 1,6000,000 ป‚ ทางบริษัทการันตีว‹ามัน จะบอกเวลาผิดพลาดไม‹เกิน 1 วินาที
ใครใดบŒางตŒองการใชŒนาฬิกาที่ซูเปอรดีถึงขนาดนี้
ก็ทุกคนแหละครับ จะไม‹โดยทางตรงก็ทางอŒอม จะไม‹มากก็นŒอย จะไม‹ชŒาก็เร็ว
ผูŒคนในสมัยโบราณรูŒกันมานานแลŒวว‹า เวลาหนึ่งวัน คือเวลาที่โลกใชŒใน การหมุนรอบตัวเองไปไดŒครบหนึ่งรอบในป‚ พ.ศ. 2438 เมื่อ S. Newcomp ไดŒ วิเคราะหเวลาหมุนรอบตัวเองของโลก ที่นักดาราศาสตรในอดีตไดŒบันทึกไวŒ ตลอดระยะเวลา 200 ป‚ก‹อนนั้น เขาไดŒพบว‹า เวลาที่โลกใชŒในการหมุนรอบตัว เองในแต‹ละวันนั้นไม‹เท‹ากัน คือชŒาบŒาง เร็วบŒาง ซึ่งความเร็วในการหมุนนี้นอก จากจะขึ้นกับว‹าโลกอยู‹ใกลŒหรือไกลจากดวงอาทิตยเพียงใดแลŒว ยังขึ้นกับ ความเร็วของกระแสนํ้าในมหาสมุทร และการไหลวนเวียนของหินเหลวภายในโลกอีกดŒวย
และโดยเฉลี่ยโลกจะหมุนรอบตัวเองชŒาลงวันละ 0.001 วินาที ดังนั้นการที่เราจะยึดติดว‹า เวลาในการหมุนรอบตัวเองของโลกเปšนเวลามาตรฐานนั้นใชŒไม‹ไดŒ เพราะทํ าไปทํ ามาเวลา ที่โลกหมุนกับเวลา ที่นาฬิกาเดินจริงๆจะต‹างกันมากขึ้นๆ อาจจะเปšนไปไดŒว‹า เมื่อหลาย พันป‚ผ‹านไปผูŒคนจะตื่นขึ้นมากินอาหารเชŒาตอนพระอาทิตย ตกดินไปก็ไดŒนักวิทยาศาสตรจึงไดŒเพิ่มเวลาใหŒกับนาฬิกาทั่วโลก 1 วินาทีทุกๆ 4 ป‚ เพื่อชดเชยกับเวลาที่โลกหมุนชŒาไป
เมื่อเราใชŒโลกเปšนนาฬิกามาตรฐานไม‹ไดŒแลŒว แต‹ครั้นจะหันมาใชŒ นาฬิกาที่ทํ าดŒวยเครื่องจักรกลเปšนมาตรฐานของการวัดเวลา ก็มีป˜ญหาเหมือนกัน เพราะถึงแมŒวิศวกรจะออกแบบตัวเครื่องจักรใหŒวิลิศมาหลาสุดๆ ยังไง ก็ตาม เขาก็ไม‹สามารถขจัดแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว‹างชิ้นส‹วนต‹างๆ ของตัวนาฬิกาไดŒ และเมื่ออุณหภูมิของอากาศรอบๆ ตัวนาฬิกาเปลี่ยนแปลง ชิ้นส‹วนเหล‹านี้ก็จะขยายตัวหรือ หดตัวมีผลทํ าใหŒนาฬิกาบอกเวลาไม‹เที่ยงไม‹ตรงอีก
ดังนั้นในป‚ พ.ศ. 2510 นักวิทยาศาสตรจึงไดŒตกลงกันใชŒ นาฬิกาปรมาณู ที่ทํ าดŒวยอะตอมของธาตุ Cesium 133 เปšนมาตรฐานในการวัดเวลาแทนอะตอมของ Cesium นั้นมีอิเล็กตรอนหลายตัว อิเล็กตรอนตัวที่อยู‹วงนอก สุดจะส‹งแรงกระทํากับนิวเคลียสที่อยู‹ตรงกลางของอะตอมไดŒสองรูปแบบ ดังนั้นมัน จะมีพลังงานที่ไม‹เหมือนกันแต‹เวลามีคลื่นไมโครเวฟความถี่ 9, 192, 631, 770 รอบ/วินาทีมาตกกระทบอะตอมอิเล็กตรอนในอะตอมจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทันที โดยอิเล็กตรอนจะเปลี่ยน สถานะ นักวิทยาศาสตรใชŒปรากฏการณการเปลี่ยนสภาพของอิเล็กตรอนในลักษณะนี้ เปšนคํ าจํ ากัดความของคํ าว‹าวินาที
จึงเปšนอันว‹าขณะนี้ เรามีนาฬิกาที่เดินไดŒเที่ยงตรงเปšนเวลา นานนับ ลŒานป‚ไวŒใชŒแลŒว คุณค‹ามหาศาลจะบังเกิดขึ้นกับนักธรณี วิทยาที่จะใชŒนาฬิกา ดูการขยับเคลื่อนที่ของทวีปต†างๆ บนผิวโลก นักฟสิกสก็จะใชŒมัน ทดสอบทฤษฎีสัมพันธภาพของไอนสไตน นักดาราศาสตรก็จะใชŒนาฬิกานี้ ตรวจดูการเคลื่อนที่ของกาแล็กซีที่ขอบจักรวาล นักรบก็จะใชŒนาฬิกาควบคุม เวลาในการปล†อยจรวดนำวิถีสู‹เป‡า และช‹วยในการคŒนหาตํ าแหน‹งของเครื่อง บิน เรือดํ านํ้ าขŒาศึกไดŒอย‹างไม‹ผิดพลาด นักเรียนก็จะรูŒระยะทางจากโลกถึง ดวงจันทรไดŒอย‹างชนิดที่ผิดพลาดไปไม‹เกิน 1.5 มิลลิเมตร เปšนตŒน
แต‹หากเราๆ ท‹านๆ ตŒองการจะรูŒใหŒละเอียดยิ่งขึ้นกว‹านั้นอีก เหล‹าวิศวกร ผูŒมีหนŒาที่รับผิดชอบเกี่ยวกับการสรŒางวิทยาการไฮเทคของการวัดเวลา บอกว‹าทํ าไดŒ เพราะสิ่งเดียวที่เขาตŒองการ คือเวลาครับ

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)