ค่าคงตัวโครงสร้างละเอียด

ในสาขาฟิสิกส์ **ค่าคงตัวโครงสร้างละเอียด (fine-structure constant)** เป็นที่รู้จักกันในชื่อ **ค่าคงตัวของซ็อมเมอร์เฟ็ลท์** (Sommerfeld's constant) โดยใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัวอักษร α สามารถคำนวณได้จากสมการ 4π*ε*0*ħcα* = *e*2 ที่อยู่ในทฤษฎีที่อธิบายแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ในปัจจุบันเรียกกันว่า quantum electrodynamics (QED) ซึ่งเป็นทฤษฎีควอนตัมที่อธิบายปรากฎการณ์ของอนุภาคมีประจุที่ระดับพลังงานสูง ค่าแอลฟาที่คำนวณได้ประมาณ 1/137 ซึ่งเป็นค่าที่สามารถใช้ได้ในทุกระบบหน่วย

## ความเป็นมา
นักฟิสิกส์ที่ชื่อว่า **อาร์โน ซัมเมอร์เฟล** (Arnold Sommerfeld) ได้นิยามค่าคงตัวนี้ขึ้นมาในปี ค.ศ. 1916 เนื่องจากเขาต้องการที่จะศึกษาเส้นสเป็คตรัมแสดงระดับพลังงานของอะตอมไฮโดรเจน และเลข 137 นี้ได้ทำให้นักฟิสิกส์งุนงงมากว่า เหตุใดอัลฟาจึงมีค่าเท่ากับ 1/137 แม้แต่ Wolfgang Pauli นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1945 ก็ได้ครุ่นคิดและฝังใจกับเลข 137 มากจนถึงกับได้เอ่ยปากขอให้ได้สิ้นใจตายในห้องเลขที่ 137 ของโรงพยาบาลในเมือง Zurich ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ 

## ความสำคัญ
ค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดเป็นดัชนีบ่งบอกความแรงของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำให้เกิดอันตรกิริยากันระหว่างประจุ เช่น แรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอน หรือแรงดึงดูดระหว่างโปรตอนกับอิเล็กตรอนเพราะอะตอมสามารถคงรูปได้ด้วยแรงไฟฟ้า ในวารสาร Physical Review Letters ฉบับวันที่ 27 สิงหาคม ค.ศ. 2001 นักดาราสาสตร์ชาวอเมริกัน อังกฤษและออสเตรเลียได้มีการนำเสนอรายงานว่า เมื่อ 10,000 ล้านปีก่อน ค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดมีค่าไม่เท่ากับในปัจจุบันวึ่งเป็นเรื่องที่สร้างความตื่นเต้นในวงการฟิสิกส์อย่างมาก ซึ่งถ้าหากค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดนี้มีค่าไม่คงที่และสามารถเปลี่ยนค่าได้จริง ธาตุต่าง ๆ อาจจะเกิดความไม่เสถียร ยกตัวอย่างเช่น ถ้าค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดมีค่าเท่ากับ 0.1 ไอโดรเจนจะไม่สามารถรวมตัวกับฮีเลียมได้เนื่องจากโปรตอนในนิวเคลียสจะเกิดการผลักกันอย่างรุนแรง หมายความว่า ดวงอาทิตย์ก็จะไม่สามารถคงสภาพอยู่ได้นั่นเอง

ในปัจจุบันยังไม่มีการศึกษาที่ยืนยันได้ว่าค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดสามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้ซึ่งทำให้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ยังคงมีความถูกต้องและสามารถใช้อธิบายปรากฎการณ์ต่าง ๆ

## การนิยามเทียบกับค่าคงตัวอื่น ๆ
ค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดที่เขียนอยู่ในเทอมของ α มีค่าเทียบเท่ากับค่าคงตัวพื้นฐานอื่น ๆ ดังนี้

: \alpha = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \frac{e^2}{\hbar c} = \frac{\mu_0}{4 \pi} \frac{e^2 c}{\hbar} = \frac{k_\text{e} e^2}{\hbar c} = \frac{c \mu_0}{2 R_\text{K}} = \frac{e^2}{4 \pi}\frac{Z_0}{\hbar}

เมื่อ:
* *e* จำนวนประจุของอิเล็กตรอน
* π ค่าคงตัว Pi มีค่าประมาณ 3.14
* *ħ* = *h*/2π ค่าคงตัวของพลังค์แบบลดค่า
* *c* ความเร็วแสงในสูญญากาศ
* *ε*0 ค่าสภาพยินยอมในสูญญากาศ
* *µ*0 ค่าสภาพซาบซึมได้ในสูญญากาศ
* *k*e ค่าคงตัวคูลอมบ์ (Coulomb constant)
* *R*K ค่าคงตัวฟอน คลิทชิง (von Klitzing constant)
* *Z*0 ค่าการเหนี่ยวนำในสูญญากาศ (vacuum impedance หรือ impedance of free space)

## ค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดในระบบอื่น
ในระบบหน่วย cgs หน่วยของประจุไฟฟ้าจะถูกนิยามโดยใช้ค่าคงตัวของคูลอมบ์ (*k*e) ดังนั้นค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดจะแสดงได้ดังสมการ
: \alpha = \frac{e^2}{\hbar c}

ในระบบ natural units ซึ่งโดยปกติจะถูกใช้ในฟิสิกส์พลังงานสูง เมื่อ 1 = *ε*0 = *c* = *ħ* = 1 ค่าของค่าคงตัวโครงสร้างละเอียดจะแสดงได้เป็น
:  \alpha = \frac{e^2}{4 \pi}
ระบบนี้การนิยามค่าของประจุอิเล็กตรอนจะมีค่าประมาณ e = \sqrt{4\pi\alpha} \approx 0.30282212 

## อ้างอิงจาก

http://www.electron.rmutphysics.com/science-news/index.php?option=com_content&task=view&id=2525&Itemid=4 

http://www.vcharkarn.com/vcafe/5851

https://th.wikibooks.org/wiki/%E0%B8%81%E0%B8%A5%E0%B8%A8%E0%B8%B2%E0%B8%AA%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B9%8C%E0%B8%84%E0%B8%A7%E0%B8%AD%E0%B8%99%E0%B8%95%E0%B8%B1%E0%B8%A1:_%E0%B8%97%E0%B8%A4%E0%B8%A9%E0%B8%8E%E0%B8%B5%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B8%A3%E0%B8%9A%E0%B8%81%E0%B8%A7%E0%B8%99/%E0%B9%82%E0%B8%84%E0%B8%A3%E0%B8%87%E0%B8%AA%E0%B8%A3%E0%B9%89%E0%B8%B2%E0%B8%87%E0%B8%A5%E0%B8%B0%E0%B9%80%E0%B8%AD%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%94 

http://topicstock.pantip.com/wahkor/topicstock/2009/07/X8073368/X8073368.html

หมวดหมู่:ค่าคงตัวพื้นฐาน
หมวดหมู่:แม่เหล็กไฟฟ้า