ฟิสิกส์ และการวัด
ฟิสิกส์ก็เหมือนกับวิทยาศาสตร์สาขาอื่น ๆ คือ หลักของมันจะต้องตั้งอยู่บนการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่ได้จากการสังเกต และการวัด
ปริมาณ
1.1 มาตรฐานของความยาว, มวล และเวลา
เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เราต้องทำการตรวจสอบแง่มุมต่าง ๆ ของธรรมชาติ อย่างหนึ่งก็คือการวัด ซึ่งการวัดแต่ละครั้งจะมีความสัมพันธ์กับปริมาณทางกายภาพ เช่น ความยาวของวัตถุ โดยกฎทางฟิสิกส์จะแสดงความสัมพันธ์กันระหว่างปริมาณทางกายภาพ
ถ้าหากมีการวัดสิ่งหนึ่งแล้วทำรายงานเพื่อเก็บบันทึก ก็เพื่อทำเป็นบรรทัดฐานของการวัด เพื่อที่จะเป็นการกำหนดเป็นมาตรฐาน แต่มันจะไม่มีความหมายเลยถ้ามีผู้มาจากดาวดวงอื่น แล้วมาคุยกับเราเกี่ยวกับตัวเลข และหน่วยของการวัด ซึ่งจะคุยกันคนละภาษา นี้จะเกิดความบกพร่องขึ้นถ้าเราไม่ทราบความหมายของหน่วยเหล่านี้
แต่ถ้ามีคนในโลกที่มีความรู้เดียวกัน การพูดคุยก็จะไปในแนวทางเดียวกัน คุยกันรู้เรื่องจะทำให้เป็นสิ่งที่ง่าย สิ่งที่ได้จะมีความน่าเชื่อถือ ดังนั้น สิ่งที่ดีที่สุด มาตรฐานของการวัดไม่ว่าใครจะเป็นผู้วัด ไม่ว่าจะเป็นสถานที่ที่แตกต่างกัน ในจักรวาล การวัดต้องให้ผลเหมือนกัน นอกจากนี้มาตรฐานที่ใช้สำหรับการวัดต้องไม่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา
ในปี พ.ศ. 2503 คณะกรรมการระหว่างประเทศ ได้ทำการกำหนดมาตรฐานสำหรับปริมาณพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ ที่เรารู้จักกันว่า หน่วยเอสไอ (Système International: SI) และหน่วยพื้นฐานของมันก็คือ ความยาว หน่วยเป็น เมตร (Meter), มวล หน่วยเป็น กิโลกรัม (Kilogram) และเวลา หน่วยเป็น วินาที (Second)
ส่วนหน่วยอื่น ๆ ของหน่วยเอสไอ ได้แก่ อุณหภูมิ หน่วยเป็น เคลวิน (Kelvin), กระแสไฟฟ้า หน่วยเป็น แอมแปร์ (Ampere), การส่องสว่าง หน่วยเป็น แคนเดลา (Candela) และปริมาณของสาร หน่วยเป็น โมล (Mole)
1.1.1 ความยาว
เราสามารถกล่าวถึงความยาวว่า เป็นระยะห่างระหว่างจุดสองจุดในพื้นที่ ในปี พ.ศ. 1663 กษัตริย์ของอังกฤษมีคำสั่งว่ามาตรฐานของความยาวในประเทศของเขาเรียกว่า หลา (Yard) และวัดได้จากปลายจมูกของกษัตริย์ไปยังปลายแขนที่ยื่นออกมาสุด
ในทำนองเดียวกัน มาตรฐานเริ่มต้นของความยาวสมัยนั้น จะวัดได้จากความยาวของพระบาทของกษัตริย์ หลุยส์ ที่ 14 (King Louis XIV) ประเทศฝรั่งเศส เมื่อกษัตริย์ หลุยส์ กำหนดเป็นมาตรฐานแล้ว กษัตริย์ที่จะมาสืบทอดอำนาจจะความยาวพระบาทเหมือนกันหรือ? แน่นอนจะมีการเปลี่ยนไปแน่! ทำให้ไม่นานมาตรฐานแบบนี้ก็ถูกยกเลิกการใช้งาน
จนกระทั่ง ปี พ.ศ. 2342 เมื่อกฎของความยาวมาตรฐานในฝรั่งเศส กลายเป็น เมตร (m) โดยกำหนดให้เป็นหนึ่งในสิบล้าน (1/106) ของระยะทางจาก เส้นศูนย์สูตร (Equator) ไปยัง ขั้วโลกเหนือ (North Pole) ตามความยาว เส้นแวง (Longitude) โดยเฉพาะอย่างยิ่งลากผ่านปารีส สังเกตจะพบว่าเป็นเพียงค่ามาตรฐานของโลกที่ใช้ แต่ไม่สามารถนำมาใช้ได้ตลอดทั้งจักรวาล
ในความรู้ทางด้านกลศาสตร์มีปริมาณที่เป็นพื้นฐานอยู่สามตัว ก็คือ ความยาว (Length), มวล (Mass) และเวลา (Time) ส่วนปริมาณอื่น ๆ ในทางกลศาสตร์ในทั้งหมดนั้น เกิดจากการผสมผสานของปริมาณทั้งสามเหล่านี้
ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2526 ความยาวเมตรได้มีคำนิยามใหม่นั่นก็คือ ความยาว 1 เมตร เป็นระยะการเดินทางของแสงในสุญญากาศ เป็นเวลา 1/ 299,792,458 วินาที ในความหมายล่าสุดนี้ ถูกกำหนดตามความเร็วของแสงที่วิ่งผ่านสุญญากาศ โดยแสงจะมีความเร็ว 299,792,458 เมตร/วินาที ซึ่งคำนิยามนี้ใช้ได้ตลอดในปัจจุบัน ที่มีความถูกต้องตลอดทั้งจักรวาล โดยขึ้นอยู่กับข้อสมมติฐานของเราว่าแสงจะมีสภาวะเหมือนกันทุกที่
| ระยะความยาวต่าง ๆ | ขนาด (เมตร) |
| ระยะทางจากโลกไปยังส่วนที่ไกลที่สุดของดวงดาว (Quasar: ดวงดาวที่ห่างจากโลก410 พันปีแสง) ที่ตรวจพบไกลสุด | 1.4 x 1026 |
| ระยะทางจากโลกไปยังส่วนที่ไกลที่สุดของกาแล็กซีที่พบ | 9 ´ 1025 |
| ระยะทางจากโลกไปยังกาแล็กซีขนาดใหญ่ที่ใกล้สุด (กาแล็คซีอันโดรเมด้า (Andromeda)) | 2 ´ 1022 |
| ระยะทางจากดวงอาทิตย์ไปถึงดวงดาวที่ใกล้ที่สุด (พรอกซิมา เซนทัวรี (Proxima centauri)) | 4 ´ 1016 |
| 1 ปีแสง (Light-year) (ระยะทางที่แสงเดินทางหนึ่งปี) | 9.46 ´ 1015 |
| รัศมีวงโคจรเฉลี่ยของโลกรอบดวงอาทิตย์ | 1.50 ´ 1011 |
| ระทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงจันทร์ | 3.84 ´ 108 |
| ระยะทางจากเส้นศูนย์สูตรไปยังขั้วโลกเหนือ | 1.00 ´ 107 |
| รัศมีเฉลี่ยของโลก | 6.37 ´ 106 |
| ระดับความสูง (เหนือพื้นผิวโลก) ทั่วไปจากพื้นโลกไปถึงดาวเทียมที่โคจรรอบโลก | 2 ´ 105 |
| ความยาวของสนามฟุตบอล | 9.1 ´ 101 |
| ความยาวของแมลงวันบ้าน (Housefly) | 5 ´ 10-3 |
| ขนาดของอนุภาคฝุ่นที่เล็กที่สุด | 1 ´10-4 |
| ขนาดของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ | 1 ´10-5 |
| เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมไฮโดรเจน | 1 ´10-10 |
| เส้นผ่านศูนย์กลางของนิวเคลียสของอะตอม | 1 ´10-14 |
| เส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอน | 1 ´10-15 |
ตารางที่ 1.1 แสดงความยาวของสิ่งต่าง ๆ
ตารางที่ 1.1 แสดงระยะค่าความยาวบางอย่าง โดยควรจะศึกษาเอาไว้ทั้งตารางนี้ และตารางต่อ ๆ ไป และเริ่มต้นตามสัญชาติญาณในการคิด ยกตัวอย่าง ความยาว 20 เซนติเมตร, มวล 100 กิโลกรัม หรือช่วงเวลา 3.2 ´ 107 วินาที
ขอบคุณแหล่งข้อมูล http://www.tpa.or.th/
