วันนี้เราคุยกันถึงคลิปวิดีโอ Cosmos Ep. 7: The Clean Room ที่เด็กๆไปดูกันที่บ้านในสัปดาห์ที่แล้ว เกี่ยวกับการประมาณอายุโลกเท่ากับประมาณสี่พันห้าร้อยล้านปีด้วยเทคนิกดูการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี

ครึ่งชีวิต (หรือ half-life) คือเวลาที่สารกัมมันตภาพรังสีเปลี่ยนไปเป็นสารอื่นๆครึ่งหนึ่ง ยกตัวอย่างแบบง่ายสุดก็เช่นถ้าสาร A เปลี่ยนร่างกลายเป็นสาร B ที่อยู่คงตัวไม่เปลี่ยนแปลงด้วยครึ่งชีวิตเท่ากับ 1 วัน และเราเริ่มต้นด้วยสาร A 1,000 กรัม และสาร B 0 กรัม เมื่อผ่านไปหนึ่งวัน สาร A จะลดไปครึ่งหนึ่งเหลือ 500 กรัม และกลายเป็นสาร B ไปประมาณ 500 กรัม เมื่อผ่านไปสองวันสาร A ก็จะลดลงไปอีกครึ่งจากที่เหลือ กลายเป็น 250 กรัม และสาร B กลายเป็นประมาณ 750 กรัม เมื่อผ่านไป 3 วัน สาร A ก็จะลดลงอีกครึ่งหนึ่งของที่เหลือ กลายเป็น 125 กรัม ผ่านไปสี่วันเหลือ 62.5  กรัม ผ่านไปห้าวันเหลือ 31.25  กรัม  ดังนี้ไปเรื่อยๆ

ในกรณีสาร A และ B ข้างต้น ถ้าเรารู้สัดส่วนระหว่าง A และ B และรู้ค่าครึ่งชีวิต เราก็สามารถคำนวณได้ว่าเวลาผ่านไปนานเท่าไรจึงจะเห็นอัตราส่วนที่เราพบ เช่นถ้าเราพบว่าในตัวอย่างเรามีสาร B ประมาณ 750 กรัมและสาร A ประมาณ 250 กรัม เราก็คำนวณได้ว่าเวลาต้องผ่านไป 2 วันจากตอนเริ่มต้นที่ตอนแรกมีแต่สาร A อย่างเดียว

เทคนิกประมาณเวลาโดยดูการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีนี้เรียกว่า Radiometric dating ถ้าสนใจลองเข้าไปอ่านกันครับ (อาจต้องรอเป็นมัธยมปลายก่อนถึงจะเข้าใจคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง)

Clair Patterson ดูกรณีสาร A คือยูเรเนียม-238/ยูเรเนียม-235 และสาร B คือตะกั่ว-206/ตะกั่ว-207 ที่มีครี่งชีวิตเท่ากับ 4.47 พันล้านปี/710 ล้านปีโดยตรวจหาสาร A และ B ในอุกกาบาตที่เป็นซากเหลืออยู่ในระบบสุริยะ ไม่ได้รวมตัวเป็นดาวเคราะห์  พบว่าอายุโลกเท่ากับประมาณ 4.5 พันล้านปีครับ

ถ้าสนใจลองดูประวัติเบื้องต้นของอายุโลกได้ที่นี่ครับ มีการประมาณด้วยความรู้ต่างๆเท่าที่มีในยุคต่างๆ เช่นประมาณจากคัมภีร์, จากการสูญเสียความร้อนของลูกโลกร้อน, จากการยุบตัวของก๊าซกลายเป็นดวงอาทิตย์, จากการโคจรของดวงจันทร์ทำให้โลกหมุนช้าลง, จากขบวนการทำให้น้ำทะเลเค็ม, จนมาถึงวิธีปัจจุบันซึ่งน่าจะถูกต้องที่สุดโดยการวัดการสลายตัวของธาตุกัมมันภาพรังสี

งานของ Patterson ทำให้เขาพบด้วยว่ามีตะกั่วปนเปื้อนมากมายแถวๆผิวโลก พบว่าตะกั่วเหล่านี้มาจากน้ำมันเชื้อเพลิงที่เติม Tetraethyllead เพื่อเพิมสมรรถนะเครื่องยนต์ ในที่สุดตอนนี้น้ำมันรถก็ไม่ใส่สารเคมีที่มีตะกั่วเป็นส่วนประกอบแล้วหลังจากใช้มาหลายสิบปี

ต่อไปคือลิงก์ที่น่าสนใจต่างๆที่พาดพิงระหว่างการเรียนครับ เด็กๆแวะเข้าไปดูกันนะครับ บางอันสั้น บางอันยาว อันไหนยาวไปก็อ่านส่วน Intro ไปก่อนก็ได้ครับ:

How Did Scientists Calculate the Age of Earth?

ใช้ Carbon-14 และ Uranium-238 วัดเวลาที่ผ่านไป อธิบายโดย Professor Dave:

ทำไมตะกั่วถึงถูกใส่เข้าไปในน้ำมันเชื้อเพลิง หรืออ่านจากลิงก์นี้ก็ได้ครับ:

ทำไมถึงใช้ตะกั่วในน้ำมันเชื้อเพลิงอยู่หลายสิบปี และลิงก์เกี่ยวกับอาชญากรรมและตะกั่ว

ตะกั่วเป็นพิษในร่างกายอย่างไร

การทำงานของเครื่องยนต์:

เจาะนำ้แข็งเพื่อดูสภาพแวดล้อมในอดีต

ถ้าสนใจตัวอย่างว่าธาตุต่างๆถูกใช้อย่างไร ไปที่เว็บ PeriodicTable.com แล้วกดดูธาตุแต่ละตัว

Homeopathy คืออะไร และทำไมคุณไม่ควรถูกหลอกให้ใช้

วันนี้เราคุยกันถึงคลิปวิดีโอ Cosmos Ep. 6: Deeper, Deeper, Deeper Still ที่เด็กๆไปดูกันที่บ้านในสัปดาห์ที่แล้ว เกี่ยวกับส่วนประกอบเล็กๆที่รวมกันเป็นสิ่งต่างๆในจักรวาลของเราครับ

แนะนำให้เด็กๆเข้าไปดู Scale of the Universe 2 นะครับ เลื่อนดูขนาดสิ่งของต่างๆในจักรวาล หรือลง App ใน iOS ที่ https://itunes.apple.com/us/app/the-scale-of-the-universe-2/id1062423259?mt=8  หน้าตาจะประมาณนี้ครับ:

Thales เมื่อ 2,500 ปีที่แล้ว มีไอเดียว่าปรากฎการณ์ต่างๆเกิดจากกฏเกณฑ์ของธรรมชาติ ไม่ได้เกิดจากการดลบันดาลของใครหรืออะไร ความคิดอันนี้ทำให้เราพยายามเข้าใจธรรมชาติว่าทำงานอย่างไร สะสมความรู้ต่างๆเพิ่มขึ้น แล้วใช้ความรู้เรื่องกฎเกณฑ์ธรรมชาติเหล่านี้สร้างเทคโนโลยีและสิ่งประดิษฐ์ต่างๆ ซึ่งได้ประสิทธิผลมากมาย ต่างกับการขอให้สิ่งศักดิ์สิทธิ์ดลบันดาลให้

Democritus หลังจาก Thales ประมาณ 100 ปี คาดว่าสิ่งต่างๆรอบตัวต้องมีส่วนประกอบเล็กที่สุด เรียกว่าอะตอม (atom, แปลว่าแบ่งไม่ได้, ตัดไม่ได้) ปัจจุบันเราพบว่าสิ่งต่างๆประกอบด้วยอะตอมจริงๆ แต่อะตอมยังมีชิ้นส่วนภายใน ประกอบด้วยอิเล็กตรอน (electron) โปรตอน (proton) นิวตรอน (neutron)

โปรตอน และนิวตรอน มีชิ้นส่วนภายในเรียกว่าควาร์ก (quark)

ความรู้ปัจจุบันของเราเข้าใจว่าอิเล็กตรอนและควาร์กไม่มีชิ้นส่วนภายในแล้ว

อะตอมมีโปรตอนและนิวตรอนจับตัวกันอยู่ตรงกลางเรียกว่านิวเคลียส มีอิเล็กตรอนอยู่รอบๆวิ่งไปมา ขนาดของนิวเคลียสจะเป็นขนาดประมาณ 1/แสน เท่าของขนาดอะตอม และมวลกว่า 99.9% ของอะตอมจะอยู่ในนิวเคลียส เนื่องจากอิเล็กตรอนมีมวลน้อยกว่าโปรตอนหรืออิเล็กตรอนเกือบๆสองพันเท่า

ถ้าสนใจเรื่องอะตอม ลองเข้าไปอ่านที่ Atoms in Motion ดูนะครับ

สิ่งของต่างๆประกอบด้วยอะตอมหลากหลายชนิด (เรารู้จักแล้ว 118 ชนิด ดูตารางธาตุที่นี่นะครับ) อะตอมต่อกันเป็นแบบต่างๆ แบบแต่ละแบบเรียกว่าโมเลกุล โมเลกุลต่างๆมาเรียงกันให้เหมาะสมก็จะเป็นสิ่งซับซ้อนมีชีวิตได้ มีอารมณ์ ความคิด ความรักได้

ประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงของพืชมีประมาณไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้น คือถ้ามีพลังงานในแสงตกลงมา 100 ส่วน พืชจะเอาไปสังเคราะห์เป็นอาหารและสารเคมีอื่นๆเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ถ้าเราเข้าใจขบวนการสังเคราะห์แสงและปรับปรุงให้ดีขึ้นได้ เราน่าจะแก้ปัญหาหลายๆอย่างบนโลกได้

แนะนำคลิปดูสิ่งมีชีวิตเล็กๆกินอาหารดังนี้ครับ:

แนะนำให้ดูคลิปว่าเรารับรสชาติอย่างไรดังในคลิปเหล่านี้:

คลิปนี้คือมอธที่ดาร์วินทำนายว่าต้องมีลิ้นยาวเป็นฟุตครับ:

ถ้าเด็กๆสนใจเรื่องนิวตริโนลองดูคลิปนี้ครับ:

คลิปนี้อธิบายว่านิวตริโนช่วยให้เราหา Supernova ได้อย่างไร:

ถ้าสนใจแรงพื้นฐานทั้งสี่ในธรรมชาติลองดูคลิปนี้ครับ:

วันนี้เราคุยกันถึงคลิปวิดีโอ Cosmos Ep. 5: Hiding in the Light ที่เด็กๆไปดูกันที่บ้านในสัปดาห์ที่แล้ว เกี่ยวกับแสง สเปกตรัมของแสง ประเภทของแสงแบ่งตามความถี่ การดูเส้นมืดๆในสเปกตรัมแล้วบอกได้ว่าแถวแหล่งกำเนิดแสงมีสารอะไร (วิธีสเปกโตรสโคปี)

แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation) แสงที่เราเห็นเป็นส่วนเล็กๆของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด ผมเคยบันทึกเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปบ้างแล้วที่นี่, ที่นี่, และที่นี่ เด็กๆเข้าไปอ่านดูนะครับ มีรายละเอียดพอสมควร

ถ้าจะเรียนรายละเอียดเยอะขึ้นควรเข้าไปดูที่ Khan Academy เรื่อง Light: Electromagnetic waves, the electromagnetic spectrum and photons แล้วอ่านและดูคลิปให้จบครับ

มีลิงก์เกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่นาซาให้ดูสำหรับผู้สนใจ: Tour of the Electromagnetic Spectrum

ใน Cosmos Ep. 5 มีเรื่องการค้นพบแสงอินฟราเรดที่เรามองไม่เห็นแต่รู้สึกได้โดยรู้สึกเป็นความร้อน สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ Herschel’s Experiment

คลิปนี้มีอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับอินฟราเรด:

นิวตันค้นพบว่าแสงอาทิตย์มีแสงสีต่างๆประกอบกัน เมื่อแสงอาทิตย์วิ่งผ่านแท่งแก้วปริซึม (prism) แสงจะแยกออกเป็นสีต่างๆหลายสีเหมือนรุ้ง นิวตันตั้งชื่อแสงสีต่างๆนี้ว่าสเปคตรัม เชิญดูการทดลองที่นิวตันใช้เพื่อสรุปว่าแสงอาทิตย์มีสีต่างๆรวมกันอยู่ครับ:

โจเซฟ เฟราโฮเฟอร์ (Joseph Fraunhofer) พบว่าในสเปคตรัมมีแถบมืดๆเล็กๆอยู่เหมือนบาร์โค้ด แต่ไม่แน่ใจว่าเกิดจากอะไร แต่ในที่สุดนักวิทยาศาสตร์สมัยต่อมาก็เข้าใจว่าเกิดจากการดูดซับแสงของธาตุต่างๆ โดยที่อะตอมของธาตุต่างๆจะดูดซับแสงที่ความถี่เฉพาะเจาะจงเป็นเอกลักษณ์ของธาตุนั้นๆ ทำให้เราสามารถรู้ส่วนประกอบของวัตถุไกลๆเช่นดาวต่างๆได้ครับ นอกจากนี้แถบที่เลื่อนไปจากที่ที่ควรจะเป็นยังบอกได้ว่าแสงมาจากแหล่งกำเนิดที่เคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากเราได้ด้วยครับ:

ถ้าต้องการสร้างสเปกโตรมีเตอร์ (spectrometer) มาแยกแสงเป็นสีต่างๆสามารถประดิษฐ์เองที่บ้านได้ง่ายๆถ้ามีแผ่น DVD-R ที่ไม่ใช้แล้ว ไปที่หน้า Papercraft Spectrometer พิมพ์แบบบนกระดาษแข็งแล้วตัดและพับ เอาชิ้นพลาสติกจาก DVD-R และทำช่องเล็กๆให้แสงเข้า แล้วเอาไปติดกับกล้องมือถือครับ

คลิปแนะนำเกี่ยวกับเรื่องแสงและสเปกโตรสโคปีครับ:

ตัวอย่างการใช้รังสีแกมม่าฆ่าเชื้อโรคต่างๆในแหนม: ทำไมต้องแหนมฉายรังสี

ตัวอย่างการใช้รังสีแกมม่าทำการผ่าตัดทำลายเนื้องอก ฯลฯ: What is Gamma Knife?

แนะนำเว็บเยี่ยมเรื่องทำไมสิ่งต่างๆถึงมีสี: Causes of Color

ตามองเห็นสีต่างๆได้อย่างไร: Seeing Color

ตาและตาบอดสี: How Humans See in Color