Why is glass transparent? - Mark Miodownik

ทำไมแก้วจึงโปร่งใส? - มาร์ค ไมโอดาวนิค (Mark Miodownik)

Translator: Pongsakorn Puavaranukroh Reviewer: Pakawat Wongwaiyut

Take a look out your window,

ลองมองออกไปนอกหน้าต่าง

put on your glasses if you wear them.

ใส่แว่นตาด้วย ถ้าคุณมี

You might want to grab a pair of binoculars, too,

จะใช้กล้องส่องทางไกลด้วยก็ได้

or a magnifying lens.

หรือแว่นขยายก็ดี

Now, what do you see?

ตอนนี้ คุณเห็นอะไร?

Well, whatever it is,

ใช่ ไม่ว่ามันจะเป็นอะไรก็ตาม

it's not the multiple layers of glass

มันจะไม่ใช่แค่ชั้นแก้ว

right in front of you.

ที่อยู่ตรงหน้าคุณแน่นอน

But have you ever wondered

แต่คุณเคยสงสัยไหมว่า

how something so solid can be so invisible?

สิ่งที่แข็งเหล่านี้ใสทะลุปรุโปร่งได้ยังไง

To understand that,

เพื่อตอบคำถามนี้

we have to understand what glass actually is,

เราต้องเข้าใจจริงๆ ก่อนว่าแก้วคืออะไร

and where it comes from.

และมันถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร

It all begins in the Earth's crust,

ทั้งหมดเริ่มต้นขึ้นที่ชั้นเปลือกโลก

where the two most common elements are

ที่ซึ่งมีธาตุ2 ชนิดที่พบได้บ่อยที่สุด

silicon and oxygen.

คือ ธาตุซิลิกอน และออกซิเจน

These react together to form silicon dioxide,

พวกมันทำปฏิกิริยากันเกิดเป็น ซิลิกอนไดออกไซด์ (silicon dioxide)

whose molecules arrange themselves

มันมีการจัดเรียงโมเลกุล

into a regular crystalline form known as quartz.

ในรูปผลึกที่เป็นระเบียบ เรียกว่า ควอตซ์ (quartz)

Quartz is commonly found in sand,

ควอตซ์ พบได้ทั่วไปในทราย

where it often makes up most of the grains

ที่ซึ่งมันได้แตกสลายเป็นเม็ดเล็กๆ

and is the main ingredient in most type of glass.

แล้วยังเป็นส่วนประกอบสำคัญในแก้วส่วนใหญ่

Of course, you probably noticed that glass

แน่นอน คุณอาจจะสังเกตเห็นว่าแก้ว

isn't made of multiple tiny bits of quartz,

ไม่ได้ทำมาจากเศษผลึกควอตซ์มารวมกัน

and for good reason.

และก็ดูมีเหตุผลดี

For one thing, the edges of the rigidly formed grains

มีอย่างหนึ่ง ณ เหลี่ยมของเม็ดแข็งๆ

and smaller defects within the crystal structure

และพวกตำหนิเล็กๆในโครงสร้างของผลึก

reflect and disperse light that hits them.

สะท้อนและกระจายแสงที่มากระทบมัน

But when the quartz is heated high enough

แต่เมื่อผลึกควอตซ์ถูกทำให้ร้อนถึงจุดหนึ่ง

the extra energy makes the molecules vibrate

พลังงานจำนวนมากทำให้โมเลกุลเกิดการสั่น

until they break the bonds holding them together

จนสลายพันธะที่เชื่อมต่อระหว่างกัน

and become a flowing liquid,

และกลายเป็นของเหลว

the same way that ice melts into water.

เหมือนกับที่น้ำแข็งละลายเป็นน้ำ

Unlike water, though, liquid silicon dioxide

แต่ไม่เหมือนน้ำตรงที่ ซิลิกอนไดออกไซด์เหลว

does not reform into a crystal solid when it cools.

จะไม่กลับไปเป็นผลึกแข็งอีกเมื่อเย็นตัว

Instead, as the molecules lose energy,

แต่ว่า ขณะโมเลกุลสูญเสียพลังงาน

they are less and less able

พวกมันจะยิ่งไม่สามารถ

to move into an ordered position,

กลับไปเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบได้

and the result is what is called an amorphous solid.

จากผลลัพธ์นี้เรียกว่า ของแข็งอสัณฐาน (amorphous solid)

A solid material with the chaotic structure of a liquid,

เป็นของแข็งที่มีโครงสร้าง ไร้รูปแบบเช่นของเหลว

which allows the molecules to freely fill in any gaps.

ซึ่งทำให้โมเลกุลไปเติมเต็ม บริเวณที่ว่างได้อย่างอิสระ

This makes the surface of glass uniform

นี่ทำให้ผิวนอกของแก้วเป็นเนื้อเดียวกัน

on a microscopic level,

เมื่อมองดูจากกล้องจุลทรรศน์

allowing light to strike it

ทำให้แสงที่เข้ามากระทบ

without being scattered in different directions.

ไม่แตกกระจายออกไป

But this still doesn't explain

แต่ก็ยังคงไม่ใช่คำอธิบาย

why light is able to pass through glass

ว่าทำไมแสงถึงสามารถทะลุผ่านแก้วได้

rather than being absorbed as with most solids.

แทนที่จะถูกดูดซับไปเหมือนของแข็งอื่น

For that, we need to go all the way down

สำหรับเรื่องนี้ เราต้องเจาะลึกลงไป

to the subatomic level.

จนถึงระดับที่เล็กกว่าอะตอม

You may know that an atom consists of a nucleus

คุณอาจจะรู้อยู่แล้วว่า อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียส

with electrons orbiting around it,

โดยมีอิเล็คตรอนโคจรอยู่รอบๆ

but you may be surprised to know

แต่คุณอาจจะแปลกใจถ้ารู้ว่า

that it's mostly empty space.

เกือบทั้งหมดนั้นเป็นที่ว่างเปล่า

In fact, if an atom were the size of a sports stadium,

สมมติให้อะตอมมีขนาดเท่ากับสนามกีฬา

the nucleus would be like a single pea in the center,

นิวเคลียสจะเป็นเหมือนกับ เม็ดถั่วตรงกลางสนาม

while the electrons would be like grains of sand

ขณะที่อิเล็คตรอนเป็นเหมือนเม็ดทราย

in the outer seats.

อยู่ตามที่นั่งรอบนอก

That should leave plenty of space

นี่จะต้องมีที่ว่างมากมาย

for light to pass through

ให้แสงทะลุผ่านไป

without hitting any of these particles.

โดยที่ไม่ไปชนกับอนุภาคใดๆ

So the real question is not

แสดงว่า คำถามจริงๆ จึงไม่ใช่

why is glass transparent,

ทำไมแก้วถึงโปร่งใส

but why aren't all materials transparent?

แต่เป็น ทำไมวัตถุอื่นๆ ถึงไม่โปร่งใส?

The answer has to do with the different energy levels

คำตอบนั้น เกี่ยวกับ ระดับชั้นพลังงานที่แตกต่างกัน

that electrons in an atom can have.

ที่อิเล็คตรอนในอะตอมจะมีได้

Think of these as different rows of seats

ให้คิดถึงชั้นแถวเก้าอี้

in the stadium stands.

ในอัฒจันทร์สนามกีฬา

An electron is initially assigned to sit in a certain row,

ตอนแรก อิเล็คตรอนจะถูกกำหนด ให้อยู่ในแถวของมัน

but it could jump to a better row,

แต่มันสามารถข้ามไปแถวที่ดีกว่าได้

if it only had the energy.

ถ้ามันมีพลังงาน

As luck would have it,

เกิดมันโชคดี

ได้รับพลังงานจากอนุภาคแสง (Photon)

absorbing one of those light photons

passing through the atom can provide

ที่ผ่านเข้ามาในอะตอม ทำให้

just the energy the electron needs.

มันมีพลังงานถึงระดับที่มันต้องการ

But there's a catch.

แต่สิ่งสำคัญก็คือ

The energy from the photon

พลังงานจากอนุภาคแสง

has to be the right amount

ต้องมีเพียงพอสำหรับ

to get an electron to the next row.

อิเล็คตรอน เพื่อข้ามไปยังแถวถัดไปได้

Otherwise, it will just let the photon pass by,

มิฉะนั้น มันแค่ทำให้อนุภาคแสงผ่านไปเฉยๆ

and it just so happens that in glass,

ซึ่งนั่น เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในแก้ว

the rows are so far apart

แถวแต่ละแถวนั้นห่างกันมาก

that a photon of visible light

ทำให้อนุภาคแสงของแสงขาว (visible light)

can't provide enough energy for an electron

ไม่เพียงพอที่จะให้พลังงานแก่อิเล็คตรอน

to jump between them.

เพื่อข้ามระดับชั้นระหว่างกัน

Photons from ultraviolet light, on the other hand,

ในทางกลับกัน อนุภาคแสงจากแสงอัลตราไวโอเล็ท

give just the right amount of energy,

ให้พลังงานแก่อิเล็คตรอนได้มากพอ

and are absorbed,

เลยถูกดูดซับ

which is why you can't get a suntan through glass.

เป็นเหตุผลว่า ทำไมผิวจึงไม่คล้ำเมื่ออยู่ในกระจก

This amazing property of being both

คุณสมบัติอันน่าทึ่งของการเป็นทั้ง

solid and transparent has given glass many uses

ของแข็งและโปร่งใส ทำให้แก้วถูกใช้อย่างแพร่หลาย

throughout the centuries.

มานานหลายศตวรรษ

From windows that let in light

ตั้งแต่กระจกหน้าต่างโปร่งใส

while keeping out the elements,

ในขณะที่คอยกันสิ่งต่างๆ

to lenses that allow us to see both

ไปจนถึงเลนส์ ที่ทำให้เราสามารถเห็น

the vast worlds beyond our planet,

ห้วงอวกาศอันไพศาลนอกโลก

and the tiny ones right around us.

และโลกระดับจุลภาคที่อยู่รอบๆเรา

It is hard to imagine

มันยากที่จะนึกภาพถึง

modern civilization without glass.

สังคมสมัยใหม่ที่ปราศจากแก้ว

And yet for such an important material

และแม้ว่ามันจะมีความสำคัญมาก

we rarely think about glass and its impact.

เราก็ไม่ค่อยนึกถึงแก้ว และผลประโยชน์จากมัน

It is precisely because the most important

คงเป็นเพราะสิ่งที่สำคัญ

and useful quality of glass is

และเป็นประโยชน์มากที่สุดของแก้ว คือ

being featureless and invisible

การไม่มีจุดเด่นและไม่ถูกมองเห็น

that we often forget that it's even there.

ซึ่งทำให้เรามักลืมไปว่า มันมีอยู่ตรงนั้น