http://update.se-ed.com     หน้าแรก    ฉบับก่อน      แนะนำ     ติดต่อเรา     สมาชิก     ซีเอ็ด      

ฉบับ 210 มีนาคม 2548 ประจำฉบับ   o บอกกล่าว   o จดหมายถึงบ.ก.   o มองโลก   o มองไทย   o Space Hotline   o คุยกับชัยคุปต์   o นักวิทย์รุ่นเยาว์   o ประลองปัญญา   o เรื่องจากปก   o บทความ/สารคดี บอกรับจดหมายข่าว โปรดแจ้ง E-Mail ของคุณ Subscribe     Unsubscribe   Powered by YourMailinglist Provider.com   ดูจดหมายข่าวเก่า

สารคดีวิทยาศาสตร์ #210                 ปัญหาของ “เวลา” ที่ยังไม่จบ   คนเราใช้ชีวิตติดอยู่ใต้วังวนของเวลา ทั้งที่กฎเกณฑ์เรื่องเวลานั้น เรากำหนดมันขึ้นมาเองแท้ๆ และเรื่องที่เราสร้างเอง กำลังเป็นปัญหาที่ยังไม่มีข้อยุติง่ายๆ เลย         โรนัลด์ เบียร์ด นักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการวิจัย แห่งกองทัพเรือสหรัฐฯ ในวอชิงตันดี.ซี. กล่าวว่า “เวลาเป็น พื้นฐานของหลายสิ่งหลายอย่างที่เราทำลงไป ผู้คนใช้เวลาเป็นข้อตกลงในเรื่องต่างๆ แต่เวลาก็เป็นสิ่งที่ถูกสร้างขึ้น ไม่ใช่ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ พวกเราเพียงแค่เฝ้ามองเท่านั้น และพวกเราก็คือ ตัวจริงที่ “สร้าง” เวลาขึ้นมา”         ไม่มีใครรู้ดีไปกว่าเบียร์ด ผู้ซึ่งพยายาม “ล้อมคอก” บรรดาผู้เชี่ยวชาญที่มีสิทธิแสดงความคิดเห็นเพื่อให้ได้ข้อตกลงเกี่ยวกับการกำหนดความหมายของ “เวลา” สิ่งที่บรรดาผู้เชี่ยวชาญถกเถียงกันเกี่ยวกับอนาคตของ “วินาที” ที่เติมเข้าไป (leap second) นั่นก็คือ วินาทีพิเศษที่เพิ่มเข้าไปในนาฬิกาของโลกทุกๆ ปี หรือเพื่อทำให้โครงสร้างของ “ชั่วโมง” และ “นาที” ที่สร้างขึ้นมานี้มีความสอดคล้องกับความยาวที่แท้จริงของระยะเวลา 1 วัน         วินาทีที่เพิ่มเข้าไปในเวลาของนาฬิกานั้นก็เหมือนกับการเพิ่มวันเข้า ไปในปฏิทิน เหตุที่เวลา 1 วันพิเศษถูกเพิ่มเข้าไปในเดือนกุมภาพันธ์ทุกๆ  4 ปี นั้นก็เพราะว่า โลกใช้เวลา 365 กับ หนึ่งในสี่ของวันในการโคจรรอบ ดวงอาทิตย์ ดังนั้น 1 ปีปฏิทินปกติจะมีเวลาสั้นกว่าความยาวระยะเวลาจริงของปีหลายชั่วโมง และวันพิเศษที่เพิ่มเข้าไปก็จะทำให้ระยะเวลาในปฏิทินตรงกับระยะเวลาการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ และในลักษณะเดียวกัน เวลามาตรฐาน 1 วัน 24 ชั่วโมงนั้นก็สั้นกว่าเวลา 1 วันที่โลกหมุนรอบตัวเอง ซึ่งเป็นผลมาจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์ ที่ทำให้โลกหมุนรอบตัวเองช้าลงเรื่อยๆ การวัดการหมุนของโลกวันต่อวัน ชั่วโมงต่อชั่วโมง และนาทีต่อนาที ด้วยการวัดระยะรูปสามเหลี่ยมระหว่างกล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกกับวัตถุที่อยู่ห่างออกไปในจักรวาลนั้น ทำให้พบว่า นาฬิกาเดิน “ช้าลง” หลายวินาทีเมื่อเทียบกับเวลาที่ได้จากการคำนวณระยะห่างระหว่างดวงดาวเหล่านี้         จูด้า เลไวน์  นักฟิสิกส์หัวหน้าหน่วยบริการข้อมูลเกี่ยวกับเวลาที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ ในโบลเดอร์ โคโลราโด กล่าวว่า วินาทีที่เพิ่มเข้าไปนั้นเหมือนกับวันที่เพิ่มเข้าไป เมื่อมันถูก “เพิ่ม” เข้าไปก็แสดงว่ามันถูก “หลงลืม” ไปนั่นเอง         บรรดานักออกแบบโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ไม่สามารถออกแบบปรับปรุงโปรแกรมให้สามารถเพิ่มวินาทีเข้าไปในเวลาของนาฬิกาเป็นระยะๆ ได้ดีนัก ดังนั้น ผู้เชี่ยวชาญด้านการควบคุมการจราจรทางอากาศ การติดต่อสื่อสารด้วยดาวเทียม การโอนเงินผ่านระบบอิเล็กทรอนิกส์ จึงพยายามล้มเลิกการใช้โปรแกรมการเพิ่มเวลาที่ไม่สมบูรณ์ นี้ เวลาที่เติมเข้ามาเพียง 1 วินาที อาจทำให้ระบบนำร่องของดาวเทียมรัสเซีย ล่มเป็นเวลานานหลายชั่วโมง และการเพิ่มเวลาเข้าไปก็อาจทำให้ระบบของสายการบินพาณิชย์ล่มได้เช่นกัน เบียร์ด กล่าวว่า  “ถ้าเวลาเกิดการสะดุดหรือ กระโดดข้ามเพียง 1 วินาที ก็จะทำให้เกิดปัญหาที่ใหญ่มากสำหรับระบบที่ต้องการความต่อเนื่อง ซึ่งเวลาในระบบไม่สามารถถูกขัดจังหวะได้”         ดูเหมือนว่า ความมุ่งหมายใน การเปลี่ยนแปลงเวลาให้เข้ากันได้กับคอมพิวเตอร์นั้นเป็นเรื่องแปลกประหลาด ซึ่งนั่นก็เป็นเพราะว่า ผู้คนส่วนมากไม่รู้ว่าเวลาถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร ที่สถาบันมาตรฐานฯ เลไวน์ควบคุมนาฬิกาอะตอมนับสิบเรือน ซึ่งนาฬิกาอะตอมนั้นจัดได้ว่ามีความเที่ยงตรงสูงสุด เป็นอุปกรณ์รักษาเวลาที่มีแบบแผนแน่นอนที่สุดที่เคยมีการประดิษฐ์เครื่องบอกเวลาขึ้นมา แต่นาฬิกาเหล่านี้ก็ยังเดินไม่ตรงกันทั้งหมด ดังนั้นเลไวน์ จึงต้องคำนวณค่าเฉลี่ยของเวลาด้วยการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่สามารถตรวจนับเวลาของนาฬิกาแต่ละเรือนได้ หลังจากนั้นเขาจะถ่ายทอดข้อมูลค่าเฉลี่ยนี้ออกไปในรูปของอนุกรมสัญญาณนาฬิกาดิจิตอล และผู้ที่ทำงานบนระบบโครงข่ายการสื่อสาร ระบบนำทางของดาวเทียม และกล้องโทรทรรศน์ราคาหลายล้านดอลลาร์ก็จะรับข้อมูลสัญญาณนี้         เลไวน์และคนอื่นๆ ที่ทำงานแบบเดียวกันจากห้องปฏิบัติการเวลา 50 แห่งในประเทศอื่นๆ ก็ร่วมกันส่งสัญญาณเวลาไปยังสำนักงานมาตร นานาชาติในปารีส สำนักงานนี้ทำหน้าที่เป็นตัวแทนในการกำหนดเวลาของนาฬิกาอะตอมของโลกอย่างเป็นทางการ สำนักงานจะนำข้อมูลเวลาที่ได้ จากนาฬิกาประมาณ 200 เรือน มาหาค่าเฉลี่ย และเผยแพร่ออกไปในรูปของค่า เซอร์คูลาร์ที (Circular T) ซึ่งจะแสดงรายการของเวลาอย่างเป็นทางการของเดือนถัดไปทุกๆ 5 วัน และบรรดานาฬิกาในห้องทดลองเวลาทั่วโลกก็จะถูกปรับตั้งให้เดินตรงกัน แม้ว่าเวลาอาจจะต่างกันแค่หนึ่งในพันล้านวินาทีก็ตาม         และบ่อยครั้งที่สำนักงานนานาชาติอื่นๆ บอกให้เลไวน์และคณะเพิ่มเวลา 1 วินาทีเต็มให้กับเวลาที่ได้จากนาฬิกาอะตอมของพวกเขา เมื่อหน่วยบริการด้านการหมุนของโลกระหว่างประเทศแจ้งข้อมูลเวลา ห้องปฏิบัติกการเวลาในทุกเขตเวลาของโลกก็จะเพิ่มวินาทีที่หายไปให้กับนาฬิกาของตนเองก่อนเวลาเที่ยงคืนของเวลาที่กรีนิช ประเทศอังกฤษ วินาทีที่เพิ่มเข้ามานี้ก่อให้เกิดเวลาของเมือง (civil time) ที่ใช้สำหรับสถานีโทรทัศน์ โรงพยาบาล โรงงาน โรงเรียน สนามบิน และนาฬิกาข้อมือ ซึ่งนับตั้งแต่มีการปรับตั้งเวลามากกว่า 30 ปีมาแล้วนั้น มีการเพิ่มเวลาเข้าไปแล้ว 22 วินาที         ทุกวันนี้ระบบจำนวนมากที่ใช้คอมพิวเตอร์ รวมทั้งระบบดาวเทียม ชี้ตำแหน่งบนโลกนั้นใช้เวลาของนาฬิกาอะตอมที่ไม่ถูกต้อง ปัญหาความ  กลัวเกี่ยวกับวินาทีที่เติมเข้าไปนั้นก็   คือ ความแตกต่างที่กำลังเพิ่มมากขึ้นระหว่างเวลาจากนาฬิกาอะตอม และเวลาจากนาฬิกาของเมือง ซึ่งจะก่อให้เกิดปัญหากับการปฏิบัติการทางทหาร ทำให้ตลาดการเงินสับสน โทรศัพท์เคลื่อนที่ใช้ไม่ได้ และทำให้เกิดอุบัติ- เหตุการชนกันกลางอากาศได้ ตัวอย่างเช่น เครื่องบินพาณิชย์ใช้นาฬิกาอะตอม ซึ่งใช้ในระบบดาวเทียมชี้ตำแหน่งในการกำหนดเส้นทางการบิน แต่ผู้ควบ-คุมการจราจรทางอากาศนั้นมักจะใช้เวลานาฬิกาของเมือง จึงต้องระมัดระวังเป็นอย่างมากว่า ทุกคนเข้าใจตรงกันว่า เวลาของนาฬิกาที่ใช้ในการนำทางการบินกับเวลาทางนาฬิกาที่พวกเราใช้กันในชีวิตประจำวันนั้นแตกต่างกัน และมันทำให้การปฏิบัติงานนั้นน่าปวดหัวมาก         แต่นักดาราศาสตร์ส่วนมากชอบวินาทีที่เติมเข้าไป พวกเขาใช้เวลาเป็นตัวแทนสำหรับการอ้างอิงตำแหน่งของโลกในอวกาศ พวกเขากล่าวว่า ถ้าเวลาถูกแยกออกจากการหมุนของโลก พวก เขาก็จะไม่รู้เลยว่า จะหันกล้องโทรทรรศน์ไปทางไหนที่เวลาเท่าไร         มีการหยิบยกปัญหาใหญ่ขึ้นมาพิจารณานั่นคือ มนุษยชาติพร้อมแล้วหรือยังที่จะให้เวลาและแสงอาทิตย์ แยกออกจากกัน นักวิจัยเชื่อว่าเวลาเกี่ยวข้องกับสิ่งต่างๆ ส่วนมากบนโลกที่กำลังหมุนไป และดวงอาทิตย์ก็ขึ้นแล้วตก เวลาจากนาฬิกาอะตอม ซึ่ง ก็คือกลุ่มของธาตุซีเซียมที่สั่นไปมา  มันไม่รู้อะไรเกี่ยวกับวันหรือคืน เดือน หรือปี แต่มันก็ทำให้เกิดคำถามในหมู่คนทั่วไปว่า แล้วคุณจะยังกังวลอะไรล่ะ เมื่อดวงอาทิตย์ก็ยังขึ้นและตกอยู่        นาฬิกาที่เก่าแก่ที่สุด นั้นก็คือ นาฬิกาแดด ซึ่งวัดความยาวที่แท้จริงของ 1 วัน ชาวอียิปต์ แบ่งแต่ละวันออกเป็น 12 ชั่วโมงที่มีแสงสว่าง และ 12 ชั่วโมงแห่งความมืด แต่ช่วงเวลาที่เป็นตัวแทนของชั่วโมงเหล่านี้ก็เปลี่ยนไปตามฤดูกาล ตัวอย่างเช่น 1 ชั่วโมงในเวลากลางวันในฤดูร้อนก็จะยาวกว่า 1 ชั่วโมงในเวลากลางวันในฤดูหนาว ซึ่ง ก็ไม่มีอะไรจนกระทั่งในคริสต์ศตวรรษที่ 14 ความยาว 1 ชั่วโมงที่มีแบบแผนแน่นอนก็กลายเป็นสิ่งที่ผู้คนเคยชิน เนื่องจากการประดิษฐ์นาฬิกากลไกขึ้นมา นาฬิกาเหล่านั้นมีความสำคัญไม่เพียงเพราะมันเป็นจักรกลประดิษฐ์ที่เยี่ยมยอด แต่เพราะมันทำให้การรับรู้เกี่ยวกับเวลาของสาธารณชนเปลี่ยนแปลงไปด้วย         นับตั้งแต่มีการสร้างนาฬิกากลไกขึ้นมา วินาที นาที และชั่วโมงก็กลายเป็นช่วงเวลาที่กำหนดตายตัว แต่กำหนดตายตัวโดยสัมพันธ์กับอะไรล่ะ? จากประวัติศาสตร์ส่วนมาก มีสิ่งอ้างอิงเกี่ยวกับเวลาอยู่สองอย่าง อย่างหนึ่งก็คือ การหมุนรอบตัวเองของโลก หรือ 1 วัน ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นวินาที นาที และชั่วโมง สิ่งอ้างอิงอีกอย่างหนึ่งนั้นก็คือ ระยะเวลาที่โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์หรือระยะเวลา 1 ปี ซึ่งสามารถแบ่งเวลาออกเป็นหน่วยย่อยๆ ได้เช่นเดียวกัน หลายร้อยปีที่ผ่านมา เทค-  โนโลยีที่ก้าวหน้านั้นช่วยสนับสนุนให้การวัดระยะเวลามีความแม่นยำมาก         ขึ้น ความต้องการเครื่องจักรที่มีความสามารถเฉพาะทาง ทำให้เกิดมาตราส่วนเวลาที่เหมาะสมกับผู้ใช้ที่แตกต่างกันแต่ละประเภท กลายเป็น ยูนิเวอร์แซล ไทม์ (universal time), ไซเดอรัล ไทม์ (sideral time), อีเฟเมอริส ไทม์ (ephemeris time), บารีเซนตริก ไทม์ (barycentric time) เวลาเหล่านี้คือตัวอย่างของมาตราส่วนเวลาส่วนหนึ่งเท่านั้น ไม่สำคัญว่ามาตราส่วนเวลาเหล่านี้จะซับ-ซ้อนแค่ไหน  กำหนดโดยใช้หลัก  ความยาวของวันหรือความยาวของปี เป้าหมายของมาตราส่วนเวลาทุกๆ แบบนั้นก็คือ การกำหนดแบบแผนที่ แน่นอนของเวลา ไม่มีการเปลี่ยนแปลงช่วงเวลาของวินาที        มีการประดิษฐ์นาฬิกาอะตอมขึ้นในช่วงทศวรรษ 1950 (พ.ศ. 2493-2502) และสามารถแสดงการวัดช่วงเวลาที่คงที่ ไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของโลกในอวกาศ อะตอมในนาฬิกานี้สั่นไปมาอย่างมีระเบียบแบบแผน และเราสามารถทำนายความถี่ที่อะตอมเคลื่อนที่ขึ้นลงระหว่างสถานะของพลังงานที่ต่างกัน แต่ก็จำเป็นต้องได้รับการปรับตั้งค่าความถี่ให้เป็นมาตรฐานเช่นเดียวกับที่โลกหมุนรอบตัวเอง หรือหมุนรอบดวงอาทิตย์ และเพราะว่า  วงโคจรของโลกสามารถใช้สร้างมาตราส่วนเวลาที่มีแบบแผนได้เมื่อมีการกำหนดวินาทีของนาฬิกาอะตอมขึ้นเมื่อ 50 ปีที่ผ่านมา เวลา 1 วินาทีที่สมาชิกในที่ประชุมมาตรฐานระหว่างประเทศเห็นด้วยนั้นก็คือ เท่ากับ 1/31,556, 925.9747 ของ 1 ปี และเท่ากับ 9, 192,631,770 ครั้งของช่วงเวลาที่อะตอมของซีเซียมเปลี่ยนสถานะพลังงาน สำหรับนักฟิสิกส์และวิศวกรนั้น สูตรที่กำหนดนี้สามารถใช้งานได้เป็นอย่างดี         แต่เพราะว่า “วินาที” ที่กำหนด ขึ้นมานี้ ไม่สอดคล้องกับการหมุนรอบ ตัวเองที่ช้าลงของโลก ซึ่งสร้างความ เสียหายให้กับระบบนำทางที่อาศัยการอ้างอิงดวงดาวบนท้องฟ้า และในช่วงทศวรรษที่ 1960 (พ.ศ. 2503-2512) นั้น เรือทั่วโลกยังใช้ระบบนำทางแบบนี้อยู่ และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง วินาทีที่กำหนดโดยอ้างอิงกับความยาวของ 1 ปี และการสะท้อนไปมาของอะตอมนั้นสั้นกว่าวินาทีที่กำหนดโดยอ้างอิงกับความยาวของ 1 วัน ดังนั้นในตอนเริ่มต้นของปี 2515 คนอื่นๆ ในแวดวงระหว่างประเทศจึงเห็นด้วยกับการให้มีการ เพิ่มวินาทีเข้าไปให้กับเวลาของนาฬิกาอะตอม เพื่อที่จะสร้างเวลานาฬิกาของเมืองที่มีระเบียบแบบแผนแน่นอน และสอดคล้องกับความยาวของเวลา 1 วัน         นับตั้งแต่นั้นมา มีการนำระบบนำร่องของดาวเทียมมาแทนที่ระบบนำร่องด้วยดวงดาว และนาฬิกาส่วนมากก็ ตั้งเวลาโดยอ้างอิงกับชิปคอมพิวเตอร์ ถ้าวินาทีที่เติมเข้าไปสามารถทำนายได้เช่นเดียวกับวันที่เติมเข้าไป ก็คงจะไม่เกิดปัญหามากสำหรับนักเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ แต่มันไม่ใช่เรื่องง่ายๆ เพราะโลกหมุนรอบตัวเองแบบไม่แน่นอน ตอนนี้ โลกก็หมุนรอบตัวเองช้าลงอย่างไม่แน่นอน ไม่มีกฎเกณฑ์แรงดึงดูดของดวงจันทร์ชะลอการหมุนของโลกในรอบสัปดาห์ และรอบเดือน และแกนหมุนของโลกก็ขยับเลื่อนใน รูปแบบที่ไม่แน่นอน ซึ่งทำให้โลกหมุนรอบตัวเองเร็วขึ้นหรือช้าลงก็ได้ แม้แต่กระแสน้ำในมหาสมุทรก็มีผลทำให้ความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลกเปลี่ยนแปลงไป         นักวิจัยเชื่อว่า จำนวนเวลาที่แตกต่างกันระหว่างมาตราส่วนเวลาที่ใช้โลกเป็นเกณฑ์ และใช้อะตอมเป็นเกณฑ์ในการวัดนั้นจะกลายเป็น “ความสับสนที่อันตรายมาก” เพราะความแตกต่างของมาตราส่วนเวลาทั้งสองนั้นเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง และในอีก 50 ปีข้างหน้า เราอาจต้องเพิ่มวินาทีเข้าไปในเวลาด้วยอัตราสองครั้งต่อปีทีเดียว         การพัฒนามาตรฐานเวลาขึ้นมาใหม่นั้นไม่ใช่เรื่องง่ายๆ ทางเลือกที่ง่ายที่สุดดูเหมือนว่าเป็นสิ่งที่ยากที่สุดใน ขั้นตอนทั้งหมด ตัวอย่างเช่น การละ ทิ้งวินาทีที่เติมเข้าไปนั้นจะทำให้การจัดการต่างๆ ในโลกเกิดความวุ่นวาย เพราะว่ากฎเกณฑ์กฎหมายประเทศส่วนมาก และข้อตกลงระหว่างประเทศอ้างอิงเวลาของนาฬิกาเมือง การแก้ไขการกำหนดความหมายของวินาทีในนาฬิกาอะตอมเพื่อให้สอดคล้องกับความยาวของเวลา 1 วันนั้น จะก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงของค่าปริมาณการวัดทางกายภาพทุกอย่าง และทำให้เครื่องมือทุกชนิดที่เกี่ยวข้องกับเวลา นั้นตกยุค ไม่สามารถใช้งานได้อีกต่อไป         ในเดือนพฤษภาคมปีที่ผ่านมา เบียร์ดเป็นผู้นำการประชุมในทูริน อิตาลี ซึ่งจัดโดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศเพื่อพิจารณาหาวิถี ทางอื่นๆ ในการแก้ไขการกำหนดความหมายของเวลา บางคนเสนอว่าในศตวรรษที่ 21 นี้ อาจไม่จำเป็นต้องคำนวณตรวจการหมุนรอบตัวเองของโลกทุกๆ วัน วินาทีที่เติมเข้าไปนั้นอาจนำไปเพิ่มเพียงครั้งเดียวทุกๆ 4 ปี พร้อมๆ กับการเพิ่มวันที่ 29 เดือนกุมภาพันธ์ หรือเติมนาทีเข้าไปในเวลาในทุกๆ 500 ปี เหตุที่แนวทางการ         แก้ปัญหาส่วนมากที่ดูราวกับว่ายากจะจัดการได้และไม่เป็นธรรมชาตินี้ อาจเป็นเพราะพวกเราพยายามคิดว่า เวลาคือผู้บริหารจัดการชีวิตของเรา ทั้งที่ในความเป็นจริงแล้ว พวกเราคือ ผู้บริหารเวลาต่างหาก แปลและเรียบเรียงจาก Leap Second, Discover, March 2004                                                โดย... สันติพงษ์ ปิตตุภักดิ์ พบกับเรื่องนี้ได้ที่ : http://update.se-ed.com/210/leap_second.htm กลับไปหน้าบทความ/สารคดี   UpDATE นิตยสารรายเดือน ราคาฉบับละ 60 บาท http://update.se-ed.com อัตราสมาชิก 12 ฉบับ 720 บาท จัดพิมพ์โดย บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด(มหาชน) อาคารเนชั่นทาวเวอร์ ชั้น 19 เลขที่ 46/87-90 ถ.บางนา-ตราด แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทร.0 2739 8111 โทรสาร 0 2751 5059 E-mail : update@se-ed.com