นี่คือบันทึกเกี่ยวกับ “แรงโน้มถ่วง” ของเลโอนาร์โด ดาวินชี

เลโอนาร์โด ดาวินชี (Leonardo da Vinci) ผู้ที่ได้ชื่อว่าเป็นอัจฉริยะผู้ที่ถูกเรียกว่า โพลิแมท (Polymath) ซึ่งเป็นมนุษย์ผู้รอบรู้และเก่งรอบด้าน โดยเขาเรียนรู้สิ่งต่างๆด้วยตนเองและจดบันทึกไว้มากมาย

รูปที่ 1. เลโอนาร์โด ดาวินชี (อ้างอิง: Canva)

นี่คือการบันทึกความรู้เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง (Gravity) ของดาวินชี ซึ่งถูกลืมไปนานหลายทศวรรษ โดยแสดงรูปสามเหลี่ยมที่เกิดจากอนุภาคคล้ายทรายที่ไหลลงมาจากขวดโหล ซึ่งภาพวาดการทดลองเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงเป็นรูปแบบหนึ่งของความเร่งเมื่อกว่า 400 ปีก่อน ก่อนที่ไอน์สไตน์จะค้นพบ

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ได้กำหนดแนวคิดเป็นครั้งแรกว่าความเร่งโดยแรงโน้มถ่วงและความเร่งโดยเทียบกับกรอบอ้างอิงคงที่นั้นไม่สามารถแยกออกจากกันได้ ซึ่งเรียกว่า หลักความสมมูล (Equivalence principle) ในปี ค.ศ. 1907 โดยไอน์สไตน์ได้ขยายแนวคิดจากการค้นพบของไอแซก นิวตัน (Isaac Newton) ในปี ค.ศ. 1687 เกี่ยวกับ กฎแรงดึงดูดสากล ซึ่งระบุว่าวัตถุทุกชนิดในเอกภพจะดึงดูดวัตถุอื่นๆด้วยแรงที่เชื่อมโยงกับมวลของวัตถุนั้น และมีความสัมพันธ์แบบผกผันกับกำลังสองของระยะทางที่แยกวัตถุเหล่านั้น และกฎการตกอย่างอิสระในปี ค.ศ. 1604 ของกาลิเลโอ กาลิเลอี ซึ่งระบุว่าหากปราศจากแรงต้านอากาศมวลทั้งหมดจะตกลงมาด้วยความเร่งเท่ากัน

เราไม่รู้ว่าดาวินชีได้ทำการทดลองเพิ่มเติมเกี่ยวกับคำถามนี้อย่างลึกซึ้งกว่านี้หรือไม่ โมรี การิบ (Mory Gharib) ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมการบินและการแพทย์ที่คาลเทคกล่าว แต่ความจริงที่ว่าดาวินชีกำลังคิดเกี่ยวกับปัญหาในลักษณะนี้ ในช่วงต้นทศวรรษ 1500 ที่แสดงให้เห็นว่าความคิดของเขาล้ำหน้าเพียงใด

รูปที่ 2. ภาพสามเหลี่ยมที่มีวัตถุลูกกลมที่ไหลออกมาจากเหยือกที่เคลื่อนที่ได้ (อ้างอิง: Livescience)

ดาวินชีเป็นจิตรกร สถาปนิก นักประดิษฐ์ นักกายวิภาคศาสตร์ วิศวกร และนักวิทยาศาสตร์ ด้วยการเรียนรู้ด้วยตนเองเป็นหลัก เขาจึงจดใส่สมุดบันทึกลับหลายสิบเล่มที่มีสิ่งประดิษฐ์สุดล้ำและการสังเกตทางกายวิภาค นอกเหนือจากภาพวาดกายวิภาคของมนุษย์โดยละเอียดแล้ว สมุดบันทึกของเขายังมีการออกแบบจักรยาน เฮลิคอปเตอร์ รถถัง และเครื่องบินอีกด้วย จากภาพวาดเหล่านี้กว่า 13,000 หน้า ซึ่งต่อมารวบรวมเป็นรหัสมีน้อยกว่าหนึ่งในสามที่ยังเหลืออยู่ โมรีกำลังดูสำเนาของสมุดบันทึกเหล่านี้เพื่อหารือเกี่ยวกับการศึกษาของดาวินชีเกี่ยวกับพลศาสตร์การไหลกับนักเรียนของเขา เมื่อเขาสังเกตเห็นภาพร่างในหน้าของโคเด็กซ์ อารันเดล (Codex Arundel) ซึ่งเป็นสมุดบันทึกที่สร้างขึ้นในช่วงปี ค.ศ. 1480 ถึง 1518 ซึ่งเขาสังเกตเห็นภาพสามเหลี่ยมที่มีวัตถุลูกกลมที่ไหลออกมาจากเหยือกที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งมาพร้อมกับวลีที่น่าสนใจซึ่งเขียนด้วยลายมือแบบสะท้อนกระจกของดาวินชี

สิ่งที่ดึงดูดสายตาของโมรีคือ ข้อความที่บันทึกที่เขียนว่า เอควาซิโอเน ดิ โมโต (Equatione di Moti) ซึ่งนักวิจัยได้แปลความหมายว่า สมมูลของการเคลื่อนที่ ที่อยู่บนด้านตรงข้ามมุมฉากของหนึ่งในสามเหลี่ยมที่ร่างไว้ ซึ่งเป็นสามเหลี่ยมมุมฉากหน้าจั่ว โมรีกล่าว เขาเริ่มสนใจที่จะดูว่าดาวินชีหมายถึงว่าอะไรในวลีนั้น

โมรีและเพื่อนร่วมงานค้นพบว่า ดาวินชีกำลังบรรยายถึงน้ำหรือทรายที่ถูกปล่อยออกจากเหยือกขณะที่มันเคลื่อนที่ไปตามทางตรงขนานกับพื้น โดยบันทึกของดาวินชีระบุชัดเจนว่าเขารู้ว่าอนุภาคจะมีความเร่งต่ำลง และทันทีที่ออกจากเหยือก ความเร่งนี้เกิดจากแรงโน้มถ่วงเท่านั้น

ถ้าเหยือกเคลื่อนที่ด้วยอัตราคงที่ เส้นที่ลากออกมาจากอนุภาคนั้น จะตกลงมาเป็นแนวตั้ง โดยดาวินชีให้เหตุผล แต่ถ้ามันเร่งด้วยอัตราคงที่ อนุภาคจะสร้างเส้นตรงแต่เอียงซึ่งก่อตัวเป็นด้านตรงข้ามมุมฉากของสามเหลี่ยม ในความเป็นจริง ดาวินชีสังเกตว่า ถ้าเหยือกเร่งความเร็วเพื่อปล่อยหยดน้ำในอัตราเดียวกับที่แรงโน้มถ่วงเร่งให้หยดลงสู่พื้นก็จะได้สามารถวาดรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าออกมา ซึ่งเป็นคำใบ้แรกของหลักความสมมูล

รูปที่ 3. จำลองถ้าเหยือกเคลื่อนที่ด้วยอัตราคงที่ เส้นที่ลากออกมาจากอนุภาคนั้น จะตกลงมาเป็นแนวตั้ง (อ้างอิง: Livescience)

ดาวินชีพยายามกำหนดข้อสังเกตของเขาเป็นสมการ แต่เขาก็ล้มเลิกความพยายาม จากการจำลองการทดลองของเขา นักวิจัยพบว่า เขาผิดตรงไหน สิ่งที่เราเห็นคือเขาจะแก้ปัญหานี้ แต่เขาจำลองว่าระยะทางของวัตถุที่ตกลงมาจากจุดหยดของวัตถุ เป็นสัดส่วนกับ 2 ยกกำลัง t โดย t แทนเวลา แทนที่จะเป็นสัดส่วนกับ t กำลัง 2 คริส โรห์ (Chris Roh) ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพและสิ่งแวดล้อมแห่งมหาวิทยาลัยคอร์เนลกล่าว มันผิด แต่เรามารู้ทีหลังว่าเขาใช้สมการผิดแบบนี้ในทางที่ถูกต้อง การค้นพบนี้เผยแพร่เมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน ค.ศ. 2022 ในวารสารเลโอนาร์โด (Journal Leonardo)

อ้างอิง: Livescience, Journal Leonardo

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *