ทำไมแสงจึงผ่านกระจกได้?

(แดน ตรี) - คุณสมบัติอสัณฐานเป็นสาเหตุพื้นฐานที่ทำให้แสงผ่านกระจกได้แต่ผ่านไม้ไม่ได้

ประตูกระจกโปร่งใสช่วยให้เรามองเห็น โลก ภายนอกได้จากภายในบ้าน (ภาพ: Getty)

ในชีวิตสมัยใหม่ กระจกได้กลายมาเป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ซึ่งมีอยู่ทุกที่ ไม่ว่าจะเป็นบ้าน ร้านค้า ไปจนถึงอาคารสำนักงาน

ไม่ว่าจะแดดออกหรือฝนตก กระจกหน้าต่างโปร่งใสก็ยังช่วยให้เราเพลิดเพลินกับทัศนียภาพภายนอกได้โดยไม่ต้องกังวลเรื่องสภาพอากาศ

อย่างไรก็ตาม มีเพียงไม่กี่คนที่เข้าใจกลไกการทำงานจริงๆ และเข้าใจว่าทำไมแสงจึงสามารถทะลุผ่านวัสดุที่คุ้นเคยนี้ได้อย่างง่ายดาย

หน้าต่างกระจกปรากฏขึ้นครั้งแรกในอังกฤษในศตวรรษที่ 17 นับแต่นั้นมา อุตสาหกรรมกระจกก็พัฒนาอย่างต่อเนื่อง จนนำมาซึ่งผลิตภัณฑ์ที่ทนทานและโปร่งใสอย่างสมบูรณ์แบบอย่างที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน

การวิจัยเกี่ยวกับกระจกยังคงดำเนินต่อไป โดยมุ่งไปสู่การประยุกต์ใช้ขั้นสูง เช่น วัสดุที่ทำความสะอาดตัวเองได้ หรือแม้แต่กระจกที่สามารถรักษาตัวเองได้หลังจากแตก

ทำไมแสงจึงผ่านกระจกได้?

ประตูกระจกใสช่วยให้แสงธรรมชาติส่องเข้ามาในบ้านได้ (ภาพ: Pinterest)

ความโปร่งใสของแก้วมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างอสัณฐานของมัน แก้วผลิตขึ้นโดยการหลอมทราย (ที่มีผลึกควอตซ์) ที่อุณหภูมิสูง (มากกว่า 1,600 องศาเซลเซียส) แล้วจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว

กระบวนการนี้ทำให้อะตอมและโมเลกุลไม่มีเวลาที่จะเรียงตัวในลำดับที่แน่นอน ทำให้เกิดของแข็งอสัณฐาน ซึ่งเป็นสถานะกลางระหว่างของแข็งและของเหลว

ศาสตราจารย์ฟิลป์ มอริอาร์ตี้ จากมหาวิทยาลัยนอตทิงแฮม สหราชอาณาจักร อธิบายว่า “ในวัสดุอย่างแก้ว อิเล็กตรอนต้องอาศัยพลังงานจำนวนมากเพื่อกระโดดข้ามระดับพลังงาน และโฟตอนของแสงที่มองเห็นได้นั้นไม่แข็งแรงเพียงพอที่จะกระตุ้นให้เกิดการกระโดดข้ามดังกล่าว”

แทนที่จะถูกดูดซับหรือสะท้อน แสงจะผ่านเข้าไปเท่านั้น นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงมองเห็นผ่านกระจกได้ เพราะมันโปร่งใสต่อแสงที่มองเห็น

เขายังเปรียบเทียบมันกับกระดาษอีกด้วย: "เหตุผลที่คุณไม่สามารถมองทะลุแผ่นกระดาษได้ แต่สามารถมองทะลุแผ่นกระจกหนาๆ ได้อย่างง่ายดายก็เพราะว่ากระจกเป็นวัตถุที่ไม่มีรูปร่าง ดังนั้นจึงไม่มีความเป็นระเบียบ แต่ก็ไม่มีข้อบกพร่องมากนักเช่นกัน

ในระดับความยาวคลื่นของแสง แก้วจะมีลักษณะสม่ำเสมอ กระดาษประกอบด้วยเส้นใยจำนวนมาก และเส้นใยเหล่านี้ ทั้งขนาด เส้นผ่านศูนย์กลาง ความกว้าง และระยะห่างของเส้นใยเหล่านี้ แทบไม่เปลี่ยนแปลงไปตามความยาวคลื่นของแสง จึงทำให้แสงกระจายตัว ผลที่ได้คือแผ่นกระดาษที่ทึบแสง ไม่ให้แสงผ่านได้

กระบวนการผลิตส่งผลต่อการส่งผ่านแสง

ในการสร้างกระจกใส จะต้องให้ความร้อนทรายควอตซ์จนถึงจุดหลอมเหลว ซึ่งทำให้โครงสร้างผลึกของควอตซ์สลายตัว

เมื่อเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว วัสดุจะเปลี่ยนเป็นของแข็งอสัณฐาน กระบวนการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วนี้ยังช่วยปรับรูปร่างและแข็งตัวของวัสดุ จนกลายเป็นกระจกหน้าต่างที่คุ้นเคย

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต นักวิทยาศาสตร์ ได้ค้นพบวิธีลดอุณหภูมิการหลอมละลายของทรายโดยการเติมโซเดียมคาร์บอเนต

อย่างไรก็ตาม การทำเช่นนี้จะลดความต้านทานต่อสารเคมีของกระจก เพื่อแก้ปัญหานี้ จึงมีการเพิ่มแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นสารคงตัว ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อแรงกระแทกของกระจก

ด้วยการปรับปรุงกระบวนการผลิตอย่างต่อเนื่อง เราจึงสามารถเพลิดเพลินกับแสงธรรมชาติผ่านหน้าต่างกระจกได้ ขณะเดียวกันก็ได้รับการปกป้องจากสภาพอากาศและสภาพแวดล้อมภายนอก

การวิจัยเกี่ยวกับกระจกยังคงเปิดโอกาสให้มีการประยุกต์ใช้งานอื่นๆ ที่มีศักยภาพอีกมากมายในอนาคต

ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/vi-sao-anh-sang-co-the-xuyen-qua-kinh-20250818011425290.htm