วันเสาร์ที่ 23 ธันวาคม พ.ศ. 2560

เครื่องวัดเวลา‏


เราทุกคน รู้ดีว่าเวลาคืออะไร แต่หากจะให้อธิบายความหมายของเวลา เราหลายคนอธิบายไม่ได้ และถึงแม้จะอธิบายไม่ได้ แต่เราก็รู้ว่าเวลามีการเปลี่ยนแปลงโดยสังเกตดูการหมุนของโลกจากกลางคืนสู่ กลางวัน และกลับกลางคืนอีก เราเรียกเวลาที่โลกหมุน รอบตัวเองหนึ่งรอบว่าหนึ่งวัน หรือดูการเปลี่ยนแปลงของฤดู จากฤดูร้อนเป็นฤดูฝนแล้วเปลี่ยนไปเป็นฤดูหนาว จากนั้นก็หวน กลับมาสู่ฤดูร้อนอีก เราเรียกเวลาที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ครบหนึ่งรอบว่า 1 ปี เป็นต้น

ไม่มีใครรู้ชัดว่ามนุษย์เริ่มสามารถบอกเวลาและวัดเวลาได้ตั้งแต่เมื่อใด แต่นักประวัติศาสตร์ก็ได้พบหลักฐานที่แสดงว่า เมื่อ 3,500 ปีก่อนนี้ คนอียิปต์โบราณได้เป็นชนชาติแรกที่รู้จักใช้นาฬิกาเงาวัดเวลา เมื่อสังเกตเห็นความยาวของเงาต้นไม้และเงาของตนขณะ อยู่กลางแจ้งว่าขึ้นกับตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า เขาจึงคิดใช้ความยาวของเงาเป็นดัชนีชี้บอกเวลาของวัน โดยนำท่อนไม้สั้น และยาวมาอย่างละท่อนแล้ววางตัดกันเป็นรูปตัว T เมื่อถึงยามเช้า เขาก็นำที่ทำด้วยไม้สองท่อนนี้ วางกลางแดดโดยวางให้ ไม้ท่อนสั้นรับแสงอาทิตย์ จากนั้นก็ใช้ความยาวของเงาไม้ที่ปรากฎไม้ท่อนยาวบอกเวลาและเมื่อถึงเวลา เที่ยงวัน ซึ่งเป็นเวลาที่ ดวงอาทิตย์อยู่เหนือศีรษะและเงาไม้ท่อนสั้นมีความยาวสั้นที่สุด
เขาก็กลับทิศทางของนาฬิกาโดยหันไม้ท่อนสั้นไปทางทิศตะวันตก แล้วใช้ความยาวของเงาบอกเวลาในยามบ่ายอีก ส่วนในเวลากลางคืน ชาวอียิปต์โบราณไม่ใช้นาฬิกา เพราะเชื่อว่าในขณะนั้นโลก ไม่มีเวลาใดๆ นาฬิกาเงาที่ชาวอียิปต์ประดิษฐ์ขึ้นนี้มีข้อดีคือ การมีรูปร่างที่กะทัดรัดทำให้คนใช้นาฬิกาสามารถนำมันติดตัวไป ไหนมาไหนได้อย่างสะดวกสบาย แต่ความผิดพลาดก็มากคือประมาณ 15 นาที/วัน


เมื่อมนุษย์มีความเป็นอารยะมากขึ้น เทคโนโลยีการวัดเวลาได้วิวัฒนาการขึ้น ชาวกรีกได้เริ่มรู้จักแบ่งเวลาให้วันหนึ่งๆ ออกเป็น 2 ช่วงเท่าๆ กัน และได้ประดิษฐ์นาฬิกาน้ำขึ้นมาเพื่อวัดเวลา เมื่อประมาณ 3,000 ปีมาแล้ว และเรียกนาฬิกาที่ประดิษฐ์ว่า clepsydra ซึ่งมาจากคำว่า (cleps + hydra = ขโมย+น้ำ) เพราะนาฬิกานี้ทำด้วยภาชนะดินเผาที่มีรูที่ก้นภาชนะเพื่อให้น้ำไหลออก โดยชาว กรีกถือว่าเวลาหนึ่ง clepsydra คือเวลาที่น้ำใช้ในการไหลรั่วออกจากภาชนะจนหมด และนี่คือที่มาของคำ clepsydra ซึ่งแปลตรงๆ ว่าขโมยน้ำ ดังนั้นก่อนที่มนุษย์จะรู้จักคำว่า ชั่วโมง (hour) ในการบอกหน่วยของเวลา มนุษย์จึงนับเวลาเป็นหนึ่ง สอง สาม… clepsydra ก่อน และความคลาดเคลื่อนในการวัดเวลาของนาฬิกาประเภทนี้ก็ประมาณ 15 นาที/วันเช่นกัน

นาฬิกาทรายก็เป็นอุปกรณ์วัดเวลาอีกประเภทหนึ่งที่ชาวก รีกโบราณรู้จักใช้บอกเวลา โดยเขาจะนำทรายมาบรรจุในส่วนบนของภาชนะที่ทำด้วยแก้วเพื่อให้เห็นการเคลื่อน ที่ของเม็ดทรายแล้วปล่อยให้เม็ดทรายทยอย ไหลผ่าน คอคอดเล็กๆ ที่ต่อระหว่างส่วนบนกับ ส่วนล่างของภาชนะลงสู่ส่วนล่างของภาชนะ ในการทำนาฬิกาทรายนี้ คนทำจะต้องกำหนดของภาชนะบรรจุทรายและปริมาณ ทรายที่ใช้บรรจุให้พอเหมาะพอดี เพื่อให้เม็ดทรายทยอยไหลลงหมดพอดีในเวลาหนึ่งชั่วโมงและเมื่อนาฬิกาทรายนี้ นักทำด้วยแก้ว ดังนั้น มันจึงมีชื่อเรียกในบางครั้งว่า hourglass




นอกจากนาฬิกาแดด น้ำ และทรายแล้ว ผู้คนในสมัยโบราณยังรู้จักใช้วัสดุและอุปกรณ์ต่างๆ อีกหลายชนิดเป็นนาฬิกาเช่น ใช้เทียนไข น้ำมัน ฯลฯ ทำนาฬิกาเทียนไขและนาฬิกาน้ำมัน เป็นต้น โดยการอ่านเครื่องหมายที่ขีดบนลำเทียนซึ่งจะแสดงเวลาที่เนื้อเทียนได้ถูกเผา ไหม้ไป หรือในกรณีของนาฬิกาน้ำมันก็เช่นกัน คนเอสกิโมจะเอาน้ำมันใส่ภาชนะที่มีเครื่องหมายบอกระดับความลึกของน้ำมัน ดังนั้น เวลาจุดตะเกียงน้ำมันที่ซึมผ่านเส้นด้ายไปหล่อเลี้ยงเปลวไฟตลอดเวลา จะทำให้ความลึกของน้ำมันในภาชนะลดลงๆ และระดับความลึกของน้ำมันนี้ก็สามารถชี้บอกเวลาที่ผ่านไปได้เช่นกัน

เมื่อวันเวลาผ่านไป มนุษย์มีความสามารถมากขึ้น อุปกรณ์ต่างๆ เริ่มมีความทันสมัยมากขึ้น ประวัติศาสตร์ได้จารึกว่า ในปี พ.ศ. 1903 โลกได้รู้จักนาฬิกาที่ทำงานโดยอาศัยเครื่องจักรกลเป็นครั้งแรก เมื่อพระเจ้า Charles ที่ 5 ของฝรั่งเศส ได้ทรงจ้างวิศวกรชื่อ Henri de Vick ให้สร้างนาฬิกาติดในหอคอยพระราชวังของพระองค์ ซึ่งนาฬิกาที่ทำขึ้นนี้มีน้ำหนักถึง 250 กิโลกรัม เพราะประกอบ ด้วยลูกตุ้มเหล็กซึ่งแขวนติดที่ปลายเชือกแล้วให้เส้นเชือกพันรอบท่อนไม้ เมื่อปล่อยลูกตุ้มเหล็ก น้ำหนักที่มหาศาลของมันจะดึงเชือก ลงทำให้ท่อนไม้หมุน ในขณะเดียวกัน ชิ้นส่วนต่างๆ ที่โยงติดอยู่กับท่อนไม้ก็จะเคลื่อนที่ด้วย ตุ้มหนักจึงเปรียบเสมือนแหล่งพลังงาน ของนาฬิกา ความเทอะทะของนาฬิกาชนิดนี้ไม่ได้ทำให้ผู้คนนิยมใช้แต่ประการใด จนกระทั่ง Peter Henlein ได้พบว่า สปริง สามารถทำให้นาฬิกาเดินได้ ในราวปี พ.ศ. 2000 จากนั้น เทคโนโลยีการทำนาฬิกาก็ได้วิวัฒนาการอย่างรวดเร็วคือ นาฬิกามีขนาดเล็กลง และเดินเที่ยงตรงขึ้นๆ จนผิดพลาดไม่เกิน 1-2 วินาทีใน 1 วัน



เทคโนโลยีการทำนาฬิกาได้ก้าวกระโดดไปอีกระดับหนึ่ง เมื่อ Galileo Galilei ได้สังเกตเห็นว่าตะเกียงที่แขวนห้อยจากเพดาน ของมหาวิหารในเมือง Pisa ไม่ว่าจะแกว่งมากหรือน้อยเพียงใด เวลาที่มันใช้ในการแกว่งไป-มา ครบหนึ่งรอบนั้นจะเท่ากันเสมอ ดังนั้น ในปี พ.ศ. 2184 Galileo จึงให้บุตรชายที่มีนามว่า Vincenzio Galilei สร้างนาฬิกาที่ทำงานโดยใช้ลูกตุ้ม pendulum เป็นตัวควบคุมเวลา จากนั้นเทคโนโลยีการทำนาฬิกาที่เดินอย่างเที่ยงตรงก็ได้รับการพัฒนามากขึ้นๆ และเมื่อถึงยุคคริสต์ศตวรรษที่ 20 เทคโนโลยีการวัดเวลาที่เราได้ยึดมาตรฐานว่า เวลา 1 วันคือเวลาที่โลกหมุนรอบตัวเองครบหนึ่งรอบก็เริ่มแสดงให้นักวิทยาศาสตร์ รู้ว่าโลกมิได้หมุนรอบตัวเองครบหนึ่งรอบในแต่ละวันๆ นั้นเท่ากัน บางวันมันก็หมุนเร็ว บางวันมันก็หมุนช้า ดังนั้น มาตรฐานหรือ คำจำกัดความของ 1 วัน หรือ 24 ชั่วโมง หรือ 86,400 วินาที ที่ใช้บอกเวลาในการหมุนรอบตัวเองของโลกก็ต้องเปลี่ยน

ดังนั้น ในปี พ.ศ. 2510 สถาบัน Bureau International des Poids et Measures จึงได้กำหนดมาตรฐานของคำว่า วินาทีใหม่ โดยให้เป็นเวลาที่คลื่นลูกหนึ่งที่อะตอมของธาตุ cesium 133 ปลดปล่อยออกมาใช้ในการเคลื่อนที่ได้ครบ 9,192,631,770 รอบ และเมื่อเวลานี้สม่ำเสมอไม่ว่าอะตอมของ cesium จะอยู่ ณ ที่ใดในจักรวาล เวลานี้จึงเป็นเวลามาตรฐานได้และโดยอาศัยการทำงาน ของ cesium ในการบอกเวลาเช่นนี้ นาฬิกาปรมาณูจึงละเอียด แม่นยำ และเที่ยงตรงกว่านาฬิกาลูกตุ้มเฟนดูลัมถึง 7 ล้านเท่า ณ วันนี้ นาฬิกา cesium ของ National Institute of Standards and Technology ที่ Boulder ในรัฐ Colorado สหรัฐอเมริกา และที่ Laboratoire Primaire du Temps et des Frequences กำลังครองแชมป์การเป็นนาฬิกาที่ทรงประสิทธิภาพที่สุด ในโลก คือถ้าหากให้นาฬิกาทั้งสองนี้เดินนาน 20 ล้านปี มันจะเดินได้ไม่ผิดและไม่พลาดเกิน 1 วินาที หรืออาจจะพูดอีกนัยหนึ่งได้ว่า นาฬิกานี้วัดเวลาได้ถูกถึง 0.0000000000000015 วินาที

เมื่อ 1,600 ปีก่อน นักบวช St. Augustine ได้เคยปรารภว่า "ในขณะที่เรากำลังวัดเวลาอยู่นี้ เรารู้หรือเปล่า ว่า เวลามาจากไหน และเวลากำลังเดินทางผ่านอะไรอยู่ และมันกำลังจะไปไหน"

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

Top 10 ลายพรางสุดเท่ “ Camouflage G-Shock Watches “ (1)

                Casio ได้แสดงให้เห็นถึงความมุ่งมั่นที่จะผลิตนาฬิกา G-Shock Camouflage Serie เป็นอย่างมาก เนื่องจาก G-Shocks เป็นนาฬิกาสำหร...