งานวิจัยใหม่คลี่คลายปริศนาสปริงเกลอร์ย้อนกลับของไฟน์แมน

นักวิจัยจาก Courant Institute มหาวิทยาลัยนิวยอร์กทำการทดลองกับสปริงเกลอร์รูปแบบแปลกตาหรือ “silly sprinklers” ที่พ่นน้ำเป็นวงและเกลียว เพื่อหาคำตอบของปัญหาคลาสสิกในฟิสิกส์ของไหลที่เกี่ยวกับสปริงเกลอร์ย้อนกลับ ซึ่งเป็นโจทย์ที่ทำให้นักฟิสิกส์ถกเถียงกันมานาน

ปริศนานี้มักถูกเรียกว่าเป็นของ Richard Feynman เพราะเขาเป็นผู้ทำให้ประเด็นนี้เป็นที่รู้จักในวงกว้าง แต่ที่จริงแนวคิดดังกล่าวย้อนกลับไปถึง Ernst Mach ตั้งแต่ปี 1883 ก่อนจะกลับมาเป็นที่สนใจอีกครั้งเมื่อกลุ่มนักฟิสิกส์ที่ Princeton หยิบขึ้นมาถกกันในช่วงทศวรรษ 1940 และ Feynman ก็เข้าร่วมอภิปรายอย่างจริงจังจนถึงขั้นคิดการทดลองเพื่อทดสอบสมมติฐานของตนเอง

สาระสำคัญของปริศนาคือ ถ้ามองสปริงเกลอร์ที่ทำงานย้อนทางจากปกติ หลายคนอาจคาดว่ามันจะหมุนเหมือนภาพกลับด้านของสปริงเกลอร์ธรรมดา แต่ความจริงไม่ตรงไปตรงมานั้น เพราะการไหลของน้ำ แรงปฏิกิริยา และการกระจายโมเมนตัมภายในระบบทำให้ทิศทางการหมุนไม่สามารถเดาแบบผิวเผินได้

งานวิจัยใหม่ตีโจทย์นี้ผ่านการทดลองจริงกับรูปทรงสปริงเกลอร์หลายแบบ เพื่อดูว่าการไหลของน้ำสร้างแรงหมุนอย่างไรในสถานการณ์ที่ดูเหมือนเล่นสนุกแต่ซ่อนฟิสิกส์ลึกซึ้งอยู่ ผลงานดังกล่าวเผยแพร่ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences

นอกจากช่วยให้เข้าใจปริศนาดั้งเดิมได้ชัดขึ้น งานนี้ยังชี้ว่าอุปกรณ์ที่ดูเหมือนของเล่นในสนามหญ้าอาจเป็นเครื่องมือสาธิตกลศาสตร์ของไหลที่ดีมาก เพราะสามารถทำให้เห็นพฤติกรรมของแรงและการหมุนในระบบของไหลได้อย่างเป็นรูปธรรม และสะท้อนว่าคำถามเชิงความคิดที่ดูเล็กน้อยก็อาจนำไปสู่คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญได้