เซลเซียส, ฟาเรนไฮต์, โรเมอร์ และเคลวิน

เคยสงสัยไหมว่าทำไมต้องมีหน่วยวัดอุณหภูมิหลายๆหน่วย? ในชีวิตประจำวันเราใช้องศาเซลเซียสบ่อยๆ พอดูสเตตัสของพี่ที่อยู่ต่างประเทศเขากลับใช้องศาฟาเรนไฮต์ แต่ถามเพื่อนที่เป็นนักฟิสิกส์มันดันตอบมาเป็นเคลวินเฉยเลย แถมเรียนไปเรียนมายังมีองศาโรเมอร์โผล่เข้ามาอีก

สิ่งประดิษฐ์อันแรกๆของโลกที่พอจะใช้วัดอุณหภูมิได้ถูกสร้างขึ้นโดยกาลิเลโอ (เจ้าเก่า) ประมาณปี 1590s ชื่อของมันคือ เทอร์โมสโคป โดยอาศัยหลักการที่ น้ำเมื่ออุณหภูมิมากขึ้นมันจะขยายตัว ก็คือความหนาแน่นของน้ำจะเปลี่ยนตามอุณหภูมิ กาลิเลโอก็เลยเอากระเปาะแก้วถ่วงน้ำหนักมาลอยอยู่ในน้ำในทรงกระบอกแก้วอันใหญ่ๆ ถ้าอุณหภูมิสูง น้ำขยายตัว ความหนาแน่นลด กระเปาะแก้วก็จะจม ถ้าอุณหภูมิต่ำ ความหนาแน่นของน้ำเพิ่มขึ้น กระเปาะแก้วก็จะลอยขึ้น ซึ่งมันก็บอกได้แค่ว่า วันนี้อากาศร้อนหรือเย็นกว่าวันที่สร้างเจ้าเครื่องมือนี้ขึ้นมา แค่นั้น เป็นของที่ไม่ค่อยจะมีประโยชน์อะไรซักเท่าไหร่ แต่ปัจจุบันก็ยังมีคนทำขายเอาไว้ตั้งโชว์เพราะมันดูเท่ดีเฉยๆ (ใน ebay มีขายเพียบแถมแพงด้วย)

ต่อจากกาลิเลโอก็มีคนลองผิดลองถูกไปเรื่อยกับของเหลวหลายๆชนิดโดยใช้หลักการขยายตัวของของเหลวแต่ก็ไม่เวิร์ค จนปี 1714 นักฟิสิกส์เยอรมันที่ชื่อว่า ฟาเรนไฮต์ ลองเอาปรอทมาใส่ในหลอดแก้วเพื่อใช้เป็นเทอร์โมมิเตอร์ ผลออกมาว่ามันใช้งานได้เว้ย เขาเลยกำหนดให้อุณหภูมิที่ทำให้ปรอทในหลอดแก้วแข็งว่าเป็น 0F ทำให้จุดเยือกแข็งของน้ำอยู่ที่ประมาณ 32F จุดเดือดของน้ำอยู่ที่ประมาณ 212F ปัจจุบันหน่วยนี้ถูกใช้เยอะพอๆกับองศาเซลเซียสเลยทีเดียวโดยเฉพาะแถบอเมริกา

หลังจากนั้น 17 ปีก็มีนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ โรเมอร์ (อันนี้ไม่แน่ใจว่าโรเมอร์เดียวกันกะที่วัดความเร็วแสงหรือเปล่านะ) ทำตามฟาเรนไฮต์แต่เปลี่ยนปรอทมาเป็นแอลกอฮอล์เพราะจุดเดือดมันเท่ากับน้ำมันเลยขยายตัวได้ให้เห็นได้ชัดกว่าแต่ใช้ไม่ได้กับอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดเดือดของแอลกอฮอล์ แถมยังตั้งชื่อหน่วยว่า องศาโรเมอร์ (Romer – R) ตามชื่อตัวเองอีกต่างหาก เป็นอะไรที่ฟังดูหลงตัวเองมาก โดยกำหนดให้จุดเยือกแข็งของน้ำมีค่าประมาณ 0R จุดเยือกแข็งของน้ำอยู่ที่ประมาณ 80R ปัจจุบันไม่ค่อยมีใครรู้จักหน่วยนี้กันแล้วเพราะเหลือใช้แค่ในโรงงานผลิตเนยในอิตาลีที่เดียว

มาถึงหน่วยวัดอุณหภูมิที่เราใช้กันในชีวิตประจำวันคือ องศาเซลเซียส (Celcius – C) หรือชื่อเก่าของมันตั้งแต่ตอนที่กำหนดหน่วยนี้ขึ้นมาคือ เซนติเกรด (Centigred สมัยนี้ก็ยังใช้คำนี้นะ) โดยหน่วยนี้เป็นผลงานของนักดาราศาสตร์สวีเดนชื่อ เซลเซียส โดยที่เจ้าตัวไม่ได้ประดิษฐ์เทอร์โมมิเตอร์แบบใหม่หรอก แต่เขาได้เสนอว่าหน่วยวัดอุณหภูมิมันควรจะเป็นอะไรที่อ่านง่ายเข้าใจง่ายกว่านี้ เลยกำหนดให้จุดเยือกแข็งของน้ำมีค่าประมาณ 0C จุดเยือกแข็งของน้ำอยู่ที่ประมาณ 100C เพราะมันดูเข้าใจง่ายอ่านง่ายดีเลยกลายเป็นหน่วยที่คนนิยมใช้กันมากที่สุด

มาถึงหน่วยวัดอุณหภูมิอันสุดท้ายที่เกิดในยุคที่รู้กันแล้วว่า การสั่น หมุน เคลื่อนที่ของอนุภาค เป็นตัวบ่งบอกอุณหภูมิ จริงๆถ้าเราเปิดหนังสือฟิสิกส์ดู หน่วยของอุณหภูมิในระบบ SI คือ เคลวิน (Kelvin – K) ซึ่งถ้าสังเกตดีๆ หน่วยนี้มันไม่มีคำว่า องศา นำหน้าเหมือนหน่วยวัดอุณหภูมิอื่นนะ แต่เพราะตัวเลขมันเยอะแล้วฟังดูเข้าใจยากเลยไม่ค่อยมีใครใช้หน่วยนี้กันในชีวิตประจำวัน จะเจอกันกับเคลวินในห้องแล็บหรือหนังสือวิทยาศาสตร์มากกว่า

หน่วยนี้ถูกสร้างขึ้นโดย วิลเลียม ทอมสัน หรือที่รู้จักกันในชื่อว่า ลอร์ดเคลวิน โดยที่ตอนสร้างเขาไม่อยากให้หน่วยใหม่ของเขาไปตีกันกับองศาเซลเซียส เลยกำหนดให้ เคลวิน มีสเกลเท่าหน่วย เซลเซียส จะได้แปลงหน่วยง่ายๆ จุดเยือกแข็งของน้ำเลยมีค่าประมาณ 273K และจุดเยือกแข็งของน้ำอยู่ที่ประมาณ 373K

เคลวิน เป็นหน่วยวัดอุณหภูมิเดียวที่ไม่มีค่าติดลบ เพราะ สสารไม่ว่าจะเป็นของแข็ง ของเหลว ก๊าซ ถ้าเรามองเห็นแต่ละอนุภาคของมันได้จะเห็นว่ามันไม่ได้อยู่นิ่งๆแต่มันมีการสั่น หมุนรอบตัวเอง เคลื่อนที่วิ่งไปวิ่งมา ถ้ามองแบบรวมๆไอ้การที่อนุภาคมันไม่ยอมอยู่นิ่งๆนี่แหละคืออุณหภูมิที่ปรากฏ สังเกตได้ รู้สึกได้ ถ้าวัตถุมีอุณหภูมิน้อย แสดงว่าอนุภาคมันสั่นน้อย หมุนน้อย เคลื่อนที่น้อย จับแล้วเย็น แต่ถ้าวัตถุมีอุณหภูมิสูง แสดงว่าอนุภาคมันสั่นเยอะ หมุนเยอะ เคลื่อนที่เยอะ จับแล้วร้อน แต่ถ้าอนุภาคในวัตถุนิ่งสนิท ไม่เคลื่อนที่ ไม่หมุน ไม่สั่น จะถือว่าอุณหภูมิเป็นศูนย์จริงๆ (0K ประมาณ -273.15 C แต่ปกติจะตัดทศนิยมออก)

เดบิต feature image – https://www.flickr.com/photos/10631665@N05/11043280314