คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในวิชาฟิสิกส์ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (อังกฤษ: electromagnetic radiation) หมายถึงคลื่น (หรือควอนตัมโฟตอน) ของที่แผ่ผ่านปริภูมิโดยพาพลังงานจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

โดยคลาสสิก รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบด้วย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นการสั่นประสานของสนามไฟฟ้าและแม่เหล็กซึ่งแผ่ผ่านสุญญากาศด้วยความเร็วแสง การสั่นของสนามทั้งสองนี้ตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศทางของการแผ่พลังงานและคลื่น ทำให้เกิดคลื่นตามขวาง แนวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเปล่งจากแหล่งกำเนิดจุด (เช่น หลอดไฟ) เป็นทรงกลม ตำแหน่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถจำแนกลักษณะได้โดยความถี่ของการสั่นหรือความยาวคลื่น สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ามีคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสงที่มองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา โดยเรียงความถี่จากน้อยไปมากและความยาวคลื่นจากมากไปน้อย

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดเมื่ออนุภาคมีประจุถูกเร่ง แล้วคลื่นเหล่านี้จะสามารถมีอันตรกิริยากับอนุภาคมีประจุอื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพาพลังงาน โมเมนตัม และ โมเมนตัมเชิงมุม จากอนุภาคแหล่งกำเนิดและสามารถส่งผ่านคุณสมบัติเหล่านี้แก่สสารซึ่งไปทำอันตรกิริยาด้วย ควอนตัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียก โฟตอน ซึ่งมีมวลนิ่งเป็นศูนย์ แต่พลังงานหรือมวลรวม (โดยสัมพัทธ์) สมมูลไม่เป็นศูนย์ ฉะนั้นจึงยังได้รับผลจากความโน้มถ่วง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสัมพันธ์กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านั้นซึ่งสามารถแผ่ตนเองได้โดยปราศจากอิทธิพลต่อเนื่องของประจุเคลื่อนที่ที่ผลิตมัน เพราะรังสีนั้นมีระยะห่างเพียงพอจากประจุเหล่านั้นแล้ว ฉะนั้น บางทีจึงเรียกรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าว่าสนามไกล ในภาษานี้สนามใกล้หมายถึงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใกล้ประจุและกระแสที่ผลิตมันโดยตรง โดยเจาะจงคือ ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต

ในทฤษฎีควอนตัมแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยโฟตอน อนุภาคมูลฐานซึ่งทำให้เกิดอันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งสิ้น ฤทธิ์ควอนตัมทำให้เกิดแหล่งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเพิ่ม เช่น การส่งผ่านอิเล็กตรอนไประดับพลังงานต่ำกว่าในอะตอมและการแผ่รังสีวัตถุดำ โฟตอนความถี่สูงขึ้นจะมีพลังงานมากขึ้น ความสัมพันธ์นี้เป็นไปตามกฎของพลังค์ E = hν โดยที่ E คือ พลังงานต่อโปรตอน ν คือ ความถี่ของโฟตอน และ h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ ตัวอย่างเช่น โฟตอนรังสีแกมมาหนึ่งโฟตอน อาจพาพลังงาน ~100,000 เท่าของโฟตอนหนึ่งโฟตอนของแสงที่มองเห็นได้

ผลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ต่อสารประกอบเคมีและสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับพลังงานและความถี่ของรังสี รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นได้หรือความถี่ต่ำ (คือ แสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรด ไมโครเวฟ และ คลื่นวิทยุ) เรียก รังสีไม่แตกตัวเป็นไอออน (non-ionizing radiation) เพราะโฟตอนของมันเดี่ยว ๆ ไม่มีพลังงานเพียงพอทำให้อะตอมหรือโมเลกุลกลายเป็นไอออน ผลของรังสีเหล่านี้ต่อระบบเคมีและเนื้อเยื่อมีชีวิตส่วนใหญ่เกิดจากฤทธิ์ความร้อนจากการส่งผ่านพลังงานรวมของหลายโฟตอน ในทางตรงข้าม รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และ รังสีแกมมา เรียก รังสีแตกตัวเป็นไอออน (ionizing radiation) เพราะแต่ละอะตอมความถี่สูงนั้นพาพลังงานเพียงพอทำให้โมเลกุลแตกตัวเป็นไอออนหรือสลายพันธะเคมี รังสีเหล่านี้มีความสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีและความเสียหายต่อเซลล์มีชีวิตนอกเหนือจากผลของความร้อนธรรมดาและอาจเป็นภัยถึงชีวิตได้

อ้างอิง

1. Purcell and Morin, Harvard University. (2013). Electricity and Magnetism, 820p (3rd ed.). Cambridge University Press, New York. ISBN .