ยืนมองท้องฟ้าไม่เป็นเช่นเคย : ตอบคำถามว่าทำไมเราจึงมองท้องฟ้าเป็นสีฟ้า ไม่ใช่สีม่วง

คำถามแรกๆ ที่เด็กทุกคนเคยถามหลังจากเริ่มรู้ความ คงเป็นคำถามที่ว่า “ทำไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้า?”

สำหรับสิ่งมีชีวิตวัยผู้ใหญ่อย่างเราๆ การเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้าในวันที่อากาศสดใสไม่ใช่เรื่องแปลก นั่นเป็นเพราะเราเคยเห็นมันมาแล้วนับครั้งไม่ถ้วนจนเกิดความเคยชิน (ถ้าวันหนึ่ง อยู่ๆท้องฟ้าเกิดเปลี่ยนเป็นสีม่วงหรือลายม้าลายขึ้นมา เราถึงจะรู้สึกแปลกใจและนึกสงสัยขึ้นมา)

แต่กับเด็กน้อยที่ใหม่ต่อโลก สีสันเช่นนี้มิใช่สิ่งที่ดูสมเหตุสมผลและมิใช่สิ่งที่พวกเขาเคยชินจนยอมรับได้ว่ามันเป็นสิ่งปกติ

ที่จริงมันก็เป็นเรื่องถูกต้องทีเดียว เพราะท้องฟ้าบนพิภพอื่นๆ นั้นมิได้มีสีเดียวกับท้องฟ้าบนโลกของเราเสมอไป

ภาพท้องฟ้าตอนกลางวันบนดวงจันทร์
จุดสว่างเหนือนักบินอวกาศคือโลก

ท้องฟ้าตอนเที่ยงบนดาวอังคาร

ท้องฟ้าขณะดวงอาทิตย์ตกดินบนดาวอังคาร

ท้องฟ้าบนดวงจันทร์เป็นสีดำมืดตลอดเวลา ส่วนท้องฟ้าบนดาวอังคารมีความซับซ้อน คือตอนเที่ยงจะปรากฏเป็นสีเหลืองตุ่นๆ แต่ช่วงที่ดวงอาทิตย์เริ่มคล้อยใกล้ขอบฟ้า ท้องฟ้าจะเป็นสีชมพูแดง และช่วงที่ดวงอาทิตย์กำลังจะตก (หรือขึ้น) ท้องฟ้าจะเป็นสีค่อนข้างน้ำเงิน

หลายๆ คำถามที่ออกมาจากเด็กน้อยนั้นไร้ซึ่งความกังวล คมคายลึกซึ้ง แต่มันเป็นคำถามที่ยากจะตอบ

เชื่อไหมว่า นักฟิสิกส์เพิ่งจะเข้าใจว่าเหตุใดท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้าเมื่อ 150 ปีก่อนนี้เอง

สำหรับนักฟิสิกส์แล้ว การจะพูดได้เต็มปากว่า ‘เข้าใจ’ ปรากฏการณ์อะไรสักอย่าง พวกเขาต้องไม่เพียงแต่อธิบายมันด้วยคำอธิบายที่ฟังดูเป็นวิทยาศาสตร์ เพราะคำอธิบายเปล่าๆ ไม่ต่างอะไรกับการอธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติด้วยนิทานปรัมปราที่อธิบายปรากฏการณ์ได้ทุกสิ่งทุกอย่าง

คำอธิบายทางฟิสิกส์ที่ดีต้องประกอบไปด้วยแนวคิดเรียบง่ายบางอย่าง ที่เมื่อผสานเข้ากับการคำนวณแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้ต้องสอดคล้องกับปรากฏการณ์ธรรมชาตินั้นๆ และจะยอดเยี่ยม ถ้ามันอธิบายปรากฏการณ์อื่นๆ ในลักษณะเดียวกันได้อย่างครอบคลุมที่สุดเท่าที่จะทำได้

ค.ศ.1871 Lord Rayleigh นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษตีพิมพ์ผลงานที่อธิบายปรากฏการณ์การกระเจิงแบบเรย์เล (Rayleigh Scattering) ซึ่งอธิบายได้ว่าเหตุใดท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้าได้เป็นครั้งแรก

คำอธิบายคือ แสงอาทิตย์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกเรา สนามไฟฟ้าจากแสงทำให้โมเลกุลของแก๊สในชั้นบรรยากาศเกิดการสั่นไปมาและปลดปล่อยพลังงานรอบทิศทางเหมือนเป็นตัวเปล่งแสงเล็กๆ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระเจิงแบบเรย์เล แต่เนื่องจากภายในแสงอาทิตย์ประกอบไปด้วยสีสันต่างๆ มากมายตามเฉดของรุ้งกินน้ำ การคำนวณบ่งชี้ว่า ยิ่งความยาวคลื่นสั้นก็ยิ่งเกิดการกระเจิงได้ดี เราจึงสังเกตเห็นทั้งท้องฟ้าถูกฉาบทาไปด้วยสีน้ำเงินซึ่งมีความยาวคลื่นสั้นนั่นเอง

แต่หลายคนอาจแย้งว่าจริงๆ แล้ว ความยาวคลื่นที่สั้นที่สุดคือแสงสีม่วง แล้วทำไมท้องฟ้าจึงไม่เป็นสีม่วง?

คำตอบนั้นเกิดจากสองสาเหตุ

1. ดวงอาทิตย์เปล่งแสงสีม่วงออกมาด้วยปริมาณน้อยกว่าสีน้ำเงินและฟ้า

2. เซลล์รับสีภายในดวงตาของเราตอบสนองต่อสีม่วงน้อยกว่าสีน้ำเงิน

หลายอย่างในชีวิตอาจไม่ต่างอะไรกับสีของท้องฟ้า

เพราะมันเป็นเรื่องที่เราชาชินและก้มหน้าก้มตายอมรับโดยไม่คิดจะถามหาเหตุผลจากมัน ทั้งที่จริงๆ แล้ว สิ่งที่ดูเป็นเรื่องปกติมากๆ อาจซุกซ่อนอะไรไว้ไม่แพ้ท้องฟ้าที่สดใสก็ได้