ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆได้หัดคิดแบบวิทยาศาสตร์โดยพยายามอธิบายมายากล เราได้คุยกันเรื่องสีต่างๆในแสงอาทิตย์โดยใช้ปริซึมและแผ่น CD เป็นอุปกรณ์แยกแสงเป็นสีๆ ได้คุยกันเรื่องรุ้งกินน้ำ และแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตาเรามองเห็นได้ มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอีกมากมายที่เรามองไม่เห็นเช่นคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด อัลตร้าไวโอเล็ต เอ็กซ์เรย์ รังสีแกมม่า
(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)
ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้มีกลสั้นๆให้เด็กๆดู 3 กล:
กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ
ผมได้คุยกับเด็กๆเรื่องฟอสซิลวาฬบรูด้าอายุสามพันกว่าปีที่อำเภอบ้านแพ้ว สมุทรสาคร อยู่ห่างจากทะเล 15 กิโลเมตร ให้เด็กๆเข้าใจว่าโลกเราเปลี่ยนแปลงเสมอ บางที่เคยเป็นทะเลก็กลายเป็นแผ่นดิน บางที่เคยเป็นแผ่นดินกก็กลายเป็นทะเล เปลือกโลกเป็นพื้นแข็งหนาประมาณ 100 กิโลเมตรลอยอยู่บนหินร้อนละลายหนืดๆ เปลือกโลกมีหลายชิ้นโดยที่แต่ละชิ้นค่อยๆขยับไปช้าๆพอๆกับความเร็วเล็บงอก บางทีก็ชนกันกลายเป็นภูเขา บางทีชนกันแล้วขยับก็กลายเป็นแผ่นดินไหว เนื่องจากช่วงชีวิตมนุษย์สั้นหลักร้อยปีจึงไม่ได้สังเกตเห็นง่ายๆ
DISCOVERY: ฟอสซิลวาฬบรูด้าชื่อ ’วาฬอำแพง’ ได้ประกาศขึ้นทะเบียนเป็นซากดึกดำบรรพ์แล้ว สภาพเกือบสมบูรณ์ อายุ 3,380 ปี…
Posted by Environman on Sunday, 13 November 2022
จากนั้นผมเอาปริซึม (Prism) ที่ทำจากแก้วหรือพลาสติกมาให้เด็กๆดูครับ เอามารับแสงแดดอย่างนี้:
ผมถามเด็กๆว่าเห็นสีอะไรบ้าง เด็กๆบอกว่าเป็นสีรุ้ง ผมถามว่ารุ้งมีกี่สี เด็กๆก็บอกว่ามีเจ็ดสี แต่จริงๆแล้วสีที่ออกมามันมีเยอะมาก มีหลายสีหลายเฉด แต่เราจำๆกันมาว่ามีเจ็ดสีเพราะเราตั้งชื่อสีมาเรียกสีต่างๆเหล่านี้แค่เจ็ดสีเท่านั้น
จริงๆสีที่เราเห็นเป็นสิ่งที่เกิดในสมองเราเท่านั้น เราเห็นสีต่างๆเพราะมีแสงเข้ามาในตาเรา แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ต่างๆกัน (ความถี่คือจำนวนครั้งที่คลื่นสั่นต่อวินาที) ตาเรามีเซลล์รับแสงสามชนิดที่ตอบสนองกับแสงความถี่ต่างๆ เซลล์รับแสงเหล่านี้จะส่งสัญญาณไปที่สมองเราขึ้นกับว่าแสงความถี่ต่างๆเข้ามาเยอะแค่ไหน แล้วสมองก็จะแปลสัญญาณเหล่านี้ว่าสิ่งที่เราเห็นมีสีอะไรบ้าง (จริงๆตาเรามีเซลล์รับแสงสี่ชนิด แต่มีแค่สามชนิดที่ตอบสนองเป็นสี อีกชนิดหนึ่งตอบสนองกับความสว่างเท่านั้น ผมเคยบันทึกเรื่องตาและเซลล์ต่างๆเหล่านี้ไว้แล้วที่ “คุยกับเด็กๆเรื่องตา ภาพลวงตา เซลล์ร็อดและเซลล์โคน” และที่ “วิทย์ประถม: การรับรู้ความสว่างและสี, เซลล์ร็อด, เซลล์โคน” ถ้าสนใจเชิญเข้าไปดูนะครับ)
ปริซึมแยกสีได้เพราะว่าแสงสีต่างๆ (ความถี่ต่างๆ) เดินทางด้วยความเร็วไม่เท่ากันในตัวกลางเช่นแก้วหรือพลาสติก ทำให้เปลี่ยนทิศทางต่างๆกันเล็กน้อย สีที่ต่างกันจึงแยกออกจากกัน
ผมคุยกับเด็กๆว่ารุ้งกินน้ำก็เกิดจากเม็ดฝนทำหน้าที่เหมือนปริซึมเล็กๆแยกแสงอาทิตย์เป็นสีต่างๆดังในคลิปนี้ครับ:
ปกติเราจะเห็นรุ้งกินน้ำเป็นวงโค้งๆ แต่ถ้าเราอยู่ที่สูงๆเราสามารถเห็นรุ้งเป็นวงกลมได้เหมือนในคลิปนี้ครับ:
นอกจากเราจะใช้ปริซึมแยกสีแล้วเราสามารถใช้แผ่น CD หรือ DVD มาแยกสีก็ได้
ผมเอาแผ่น CD มาเอียงไปเอียงมาให้สะท้อนแสงเป็นสีรุ้งๆให้เด็กเห็น สาเหตุที่เราเห็นสีรุ้งๆสะท้อนบนแผ่น CD ก็เพราะว่าแผ่น CD บันทึกข้อมูลเป็นจุดๆที่เรียงกันเป็นเส้นรูปก้นหอยวนจากตรงกลางด้านในออกมาถึงขอบด้านนอก พวกจุดข้อมูลเหล่านี้จะทำให้คลื่นแสงขนาดต่างๆสะท้อนและหักเหออกมาในทิศทางต่างๆกัน ทำให้แสงสีต่างๆกันสะท้อนออกมาในทิศทางต่างกันทำให้เราเห็นแต่ละสีได้ ภาพข้างล่างนี้คือภาพขยายว่าหน้าตาของจุดข้อมูลในแผ่น CD เป็นอย่างไรครับ:
จากนั้นเด็กๆก็แยกย้ายกันใช้ปริซึมและแผ่น CD สร้างสีรุ้งกันครับ:
สำหรับเด็กประถมปลาย ผมเล่าให้ฟังว่าจริงๆแล้วแสงที่เรามองเห็น เป็นส่วนเล็กๆของสิ่งที่เรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า(Electromagnetic waves) คือถ้ามีประจุไฟฟ้าขยับไปมาเร็วๆ มันจะสร้างคลื่นให้วิ่งออกมา คลื่นนี้ประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปมาเป็นจังหวะ เราจะแบ่งแยกและตั้งชื่อคลื่นเหล่านี้ตามความถี่ในการสั่นของคลื่น (หรือในทางกลับกันตามความยาวคลื่นก็ได้ เพราะความถี่ในการสั่นแปรผกผันกับความยาวคลื่น)
E คือสนามไฟฟ้า B คือสนามแม่เหล็ก (จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation)
ถ้าคลื่นสั่นสักประมาณ 400 ล้านล้านครั้งต่อวินาที เราจะเห็นเป็นสีแดงๆ ถ้าสั่นมากกว่าหน่อยก็จะเห็นเป็นสีแสด ถ้าสั่นมากกว่าอีกก็เป็นสีเหลือง ขึ้นไปเรื่อยๆจนถึงสั่นประมาณ 700-800 ล้านล้านครั้งต่อวินาทีเราก็จะเห็นเป็นสีม่วงๆ
จากนั้นผมก็ให้เด็กๆดูภาพนี้ ที่แสดงว่าแสงที่เราเห็นเป็นส่วนเล็กๆของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีทั้งหมด:
เจ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเนี่ยมันสั่นได้ถี่กว่าสีม่วงอีก เรามีชื่อเรียกว่าแสง UV หรืออัลตร้าไวโอเล็ต แสง UV มีมากในแสงอาทิตย์แต่ตาเรามองไม่เห็น แต่ถ้าเราตากแดดนานๆมากเกินไปก็จะทำให้เซลล์ผิวหนังตายหรือกลายพันธุ์เป็นมะเร็งได้ แต่ถ้าไม่ได้โดนแดดเลยทำให้ได้รับ UV น้อยร่างกายเราก็จะสังเคราะห์วิตามินดีไม่เพียงพอทำให้เกิดโรงต่างๆอีกรวมถึงกระดูกไม่แข็งแรงและมะเร็ง ดังนั้นควรได้รับแดดบ้างสัก 10-20 นาทีต่อวัน แต่ไม่ควรโดนแดดแรงๆนานๆเป็นชั่วโมงๆ
ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นถี่ขึ้นไปอีก เราจะเรียกมันว่า X-ray หรือรังสีเอ็กซ์ ซึ่งมีสมบัติทะลุทะลวงร่างกายเราได้ สามารถใช้ฉายผ่านร่างกายเราแล้วรับแสงที่วิ่งผ่านด้วยฟิล์มหรือชิปจับแสงเอ็กซ์เรย์ ทำให้เราเห็นว่าภายในร่างกายเราเป็นอย่างไร เด็กๆเคยสังเกตเห็นว่าคนที่ถ่ายภาพ x-ray ให้เรา (หรือแม้แต่เวลาเด็กๆจะถ่ายภาพ x-ray ฟัน) จะใส่เสื้อคลุมหนักๆที่ใส่ตะกั่วไว้ข้างในเพื่อกันไม่ให้ x-ray ผ่านเข้ามาโดนร่างกายมากเกินไป
คลื่นที่สั่นถี่กว่า X-ray ขึ้นไปอีกเรียกว่า Gamma ray หรือรังสีแกมม่าซึ่งสามารถวิ่งผ่านร่างกายเราได้มากขึ้นไปอีก และสามารถทำลายเซลล์ของเราได้มาก ปกติบนโลกเราจะไม่ค่อยโดนรังสีแกมม่านักนอกจากถ้าเราอยู่ใกล้แหล่งที่มีกัมมันตภาพรังสี
ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นด้วยความถี่ต่ำกว่าสีแดง เราจะเรียกว่าอินฟราเรด (Infrared) คำว่า Infrared ประกอบด้วยคำว่า Infra- ที่แปลว่าต่ำกว่า และ red ที่แปลว่าสีแดง (คล้ายกับ Ultraviolet = Ultra- ที่แปลว่าสูงกว่า และ violet ที่แปลว่าสีม่วง) แสงอินฟราเรดเป็นแสงที่เรามองไม่เห็นแต่เรารู้สึกได้ด้วยผิวหนังของเราเวลาเรารู้สึกร้อน คลื่นอินฟราเรดจะถูกปล่อยออกมาจากร่างกายอุ่นๆแม้ในที่ที่มืดสนิท ดังนั้นสัตว์นักล่าบางชนิด(เช่นพวกงู)จะสามารถตรวจจับคลื่นนี้ได้ คนเราก็ประดิษฐ์กล้องที่ตรวจจับคลื่นอินฟราเรดได้ไว้ใช้หาตัวคนอุ่นๆในที่มืดๆ
ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นด้วยความถี่ต่ำลงไปอีก เราจะเรียกคลื่นว่าคลื่น Microwave (ไมโครเวฟ) คลื่นนี้เราใช้กันทั่วไปในทีวีที่มีจานรับสัญญาณดาวเทียม จานที่รับนั้นรับคลื่นไมโครเวฟจากดาวเทียมนั่นเอง นอกจากนี้สัญญาณ Wifi ที่คอมพิวเตอร์ใช้ต่อเน็ตเวิร์ค สัญญาณโทรศัพท์มือถือ เตาไมโครเวฟ ต่างก็ใช้คลื่นไมโครเวฟเพื่อทำงานทั้งสิ้น
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สั่นด้วยความถี่ต่ำกว่าไมโครเวฟลงไปอีกจะเรียกว่าคลื่นวิทยุ ที่เราฟังวิทยุหรือใช้วิทยุสื่อสารก็จะใช้คลื่นพวกนี้
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหลาย ไม่ว่าจะเป็นคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด แสงที่ตาเรามองเห็นได้ทุกสี อัลตร้าไวโอเล็ต รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมม่า ต่างก็เป็นของประเภทเดียวกัน ต่างกันที่ความถี่ในการสั่นของคลื่น คลื่นต่างๆเหล่านี้มีความเร็วในสูญญากาศเท่ากันด้วย เท่ากับความเร็วแสงในสูญญากาศ = 299,792,458 เมตรต่อวินาที (หรือประมาณ 3 แสนกิโลเมตรต่อวินาที) อันเป็นความเร็วสูงสุดที่สสาร พลังงาน และข้อมูลจะเดินทางได้