เมื่อ พ.ศ. 2431 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันเชื้อสายยิวผู้หนึ่งชื่อ ไฮน์ริช เฮิรตซ์ ได้ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่เกิดจากการสปาร์ก และรับสัญญาณที่สปาร์กนี้ได้ในระยะไกลหลายเมตร การค้นพบครั้งนี้ถือได้ว่าเป็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญที่สุดครั้งหนึ่ง เพราะต่อมาได้มีการนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เฮิรตซ์ค้นพบ (ซึ่งในสมัยนั้นเรียกว่า คลื่นเฮิรตซ์ (Hertzian waves) มาประยุกต์ใช้ในการสื่อสาร โดยใน พ.ศ. 2441 มาร์โคนี นักประดิษฐ์ชาวอิตาเลียน สามารถสร้างระบบส่งและรับโทรเลขโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เป็นผลสำเร็จ ถัดมาอีก 3 ปี คือใน พ.ศ. 2444 มาร์โคนี ประสบความสำเร็จครั้งใหญ่เมื่อสามารถส่งคลื่นเฮิรตซ์ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก จากประเทศอังกฤษไปยังนิวฟาวน์แลนด์ ประเทศคานาดา ความสำเร็จของมาร์โคนีเป็นการเปิดโฉมหน้าใหม่ของการติดต่อสื่อสารระยะไกลโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นครั้งแรก มีผลทำให้การสื่อสารเป็นไปอย่างสะดวกและรวดเร็ว ต่อมาเมื่อมีการผสมสัญญาณเสียง สัญญาณภาพเข้ากับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ก็ทำให้เกิดวิทยุกระจายเสียง และวิทยุโทรทัศน์ ตามลำดับ
พัฒนาการอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีด้านอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ทำให้เครื่องมือและอุปกรณ์การสื่อสารต่าง ๆ มีประสิทธิภาพสูง ทำให้การติดต่อสื่อสารเป็นไปอย่างรวดเร็ว และกว้างขวางครอบคลุมไปทั่วโลก เกิดการแลกเปลี่ยนความรู้ เทคโนโลยีข่าวสารข้อมูลระหว่างกัน ทำให้เศรษฐกิจ สังคม และวัฒนธรรม เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ว จึงอาจกล่าวได้ว่าคลื่นวิทยุมีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว
การใช้งานคลื่นวิทยุ
คลื่นวิทยุมีช่วงความถี่ตั้งแต่ประมาณ 10 กิโลเฮิรตซ์ ถึง 300 จิกะเฮิรตซ์ ถูกนำไปใช้ในการสื่อสารโทรคมนาคมด้านต่าง ๆ สรุปดังตาราง 1
ตาราง 1 คลื่นวิทยุความถี่ต่าง ๆ และการใช้งาน ความถี่ (ชื่อ) ความยาวคลื่น การใช้งาน
ต่ำกว่า 30 kHz (VLF) มากกว่า 10 km ใช้สื่อสารทางทะเล
30 - 300 kHz (LF) 1- 10 km ใช้สื่อสารทางทะเล
0.3-3 MHz (MF) 0.1-1 km ใช้ส่งคลื่นวิทยุระบบเอเอ็ม
3-30 MHz (HF) 10-100 m ใช้ส่งวิทยุคลื่นสั้นสื่อสารระหว่างประเทศ
30-300 MHz (VMF) 1-10 m ใช้ส่งคลื่นวิทยุระบบเอฟเอ็มและคลื่นโทรทัศน์
0.3-3 GHz (VHF) 10-100 cm ใช้ส่งคลื่นโทรทัศน์และไมโครเวฟ
3-30 GHz (SHF) 1-10 cm ใช้ส่งไมโครเวฟและเรดาร์
30-300 GHz (EHF) 1-10 mm ใช้ส่งไมโครเวฟ
ปัจจุบันประเทศทั่วโลกใช้คลื่นวิทยุในการติดต่อสื่อสารกันอย่างแพร่หล าย เฉพาะในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นประเทศที่มีความเจริญก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสูงนั้น มีสถานีโทรทัศน์กว่า 1,000 สถานี สถานีวิทยุ 8,000 สถานี เครื่องรับส่งวิทยุ 40 ล้านเครื่อง จานส่งและรับสัญญาณไมโครเวฟกว่า 250,000 จาน และอุปกรณ์ไมโครเวฟที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมทั้งเตาไมโครเวฟที่ใช้ในบ้านเรือน อีกกว่า 40 ล้านเครื่อง อุปกรณ์เหล่านี้ผลิตและส่งกระจายคลื่นวิทยุออกสู่บรรยากาศตลอดเวลา โดยที่ประสาทสัมผัสของมนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้
ผลของคลื่นวิทยุที่มีต่อร่างกาย
คลื่นวิทยุสามารถทะลุเข้าไปในร่างกายมนุษย์ได้ลึกประมาณ 1/10 ของความยาวคลื่นที่ตกกระทบ และอาจทำลายเนื้อเยื่อของอวัยวะภายในบางชนิดได้ ผลการทำลายจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความเข้ม ช่วงเวลาที่ร่างกายได้รับคลื่นและชนิดของเนื้อเยื่อ อวัยวะที่มีความไวต่อคลื่นวิทยุ ได้แก่ นัยน์ตา ปอด ถุงน้ำดี กระเพาะปัสสาวะ อัณฑะ และบางส่วนของระบบทางเดินอาหาร โดยเฉพาะนัยน์ตา และอัณฑะ เป็นอวัยวะที่อ่อนแอที่สุดเมื่อได้รับคลื่นวิทยุช่วงไมโครเวฟ
คลื่นวิทยุช่วงความถี่ต่าง ๆ อาจมีผลต่อร่างกายดังนี้
1. คลื่นวิทยุที่มีความถี่น้อยกว่า 150 เมกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นมากกว่า 2 เมตร) คลื่นจะทะลุผ่านร่างกายโดยไม่ก่อให้เกิดผลใด ๆ เนื่องจากไม่มีการดูดกลืนพลังงานของคลื่นไว้ ร่างกายจึงเปรียบเสมือนเป็นวัตถุโปร่งใสต่อคลื่นวิทยุช่วงนี้
2. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 150 เมกะเฮิรตซ์ ถึง 1.2 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 2.00 ถึง 0.25 เมตร) คลื่นวิทยุช่วงนี้สามารถทะลุผ่านเข้าไปในร่างกายได้ลึกประมาณ 2.5 ถึง 20 เซนติเมตร เนื้อเยื่อของอวัยวะภายในบริเวณนั้นจะดูดกลืนพลังงานของคลื่นไว้ถึงร้อยละ 40 ของพลังงานที่ตกกระทบ ทำให้เกิดความร้อนขึ้นในเนื้อเยื่อ โดยที่ร่างกายไม่สามารถรู้สึกได้ ถ้าร่างกายไม่สามารถกระจายความร้อนออกไปในอัตราเท่ากับที่รับเข้ามา อุณหภูมิหรือระดับความร้อนของร่างกายจะสูงขึ้น เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อร่างกาย ความร้อนในร่างกายที่สูงกว่าระดับปกติอาจก่อให้เกิดผลหลายประการ เช่น
- เลือดจะแข็งตัวช้ากว่าปกติ ผลอันนี้ถ้ามีการเสียเลือดเกิดขึ้น อาการจะมีความรุนแรง
- การหมุนเวียนของเลือดเร็วขึ้น
- ฮีโมโกลบินของเม็ดเลือดแดงจะมีความจุออกซิเจนลดลง ทำให้เลือดมีออกซิเจนไม่เพียงพอเลี้ยงเนื้อเยื่อต่าง ๆ เมื่อเนื้อเยื่อขาดออกซิเจนจะทำให้เซลล์สมอง ระบบประสาทส่วนกลางและอวัยวะภายในขาดออกซิเจนด้วย อาจทำให้มีการกระตุกของกล้ามเนื้อจนถึงชัก ถ้าสภาพเช่นนี้ดำเนินต่อไป ผลที่ตามมาก็คือ ไม่รู้สึกตัวและอาจเสียชีวิตได้
3. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 1-3 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 30 ถึง 10 เซนติเมตร) ทั้งผิวหนังและเนื้อเยื่อลึกลงไปดูดกลืนพลังงานได้ราวร้อยละ 20 ถึงร้อยละ 100 ขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อ คลื่นวิทยุเช่นนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อนัยน์ตา โดยเฉพาะเลนส์ตาจะมีความไวเป็นพิเศษต่อคลื่นวิทยุความถี่ประมาณ 3 จิกะเฮิรตซ์ เพราะเลนส์ตามีความแตกต่างจากอวัยวะอื่นตรงที่ไม่มีเลือดมาหล่อเลี้ยงและไม่มีกลไกซ่อมเซลล์ ดังนั้นเมื่อนัยน์ตาได้รับคลื่นอย่างต่อเนื่องจะทำให้ของเหลวภายในตามีอุณหภูมิสูงขึ้น โดยไม่สามารถถ่ายโอนความร้อนเพื่อให้อุณหภูมิลดลงได้เหมือนเนื้อเยื่อของอวัยวะอื่น ๆ จึงจะก่อให้เกิดอันตรายอย่างรุนแรงตามมา พบว่าถ้าอุณหภูมิของตาสูงขึ้นเซลล์เลนส์ตาบางส่วนอาจถูกทำลายอย่างช้า ๆ ทำให้ความโปร่งแสงของเลนส์ตาลดลง ตาจะขุ่นลงเรื่อย ๆ ในที่สุดจะเกิดเป็นต้อกระจก สายตาผิดปกติ และสุดท้ายอาจมองไม่เห็น
4. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 3-10 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 10 ถึง 3 เซนติเมตร) ผิวหนังชั้นบนสามารถดูดกลืนพลังงานมากที่สุด เราจะรู้สึกว่าเหมือนกับถูกแสงอาทิตย์
5. คลื่นวิทยุที่มีความถี่สูงกว่า 10 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 3 เซนติเมตร) ผิวหนังจะสะท้อนให้กลับออกไป โดยมีการดูดกลืนพลังงานเล็กน้อย
ผลของคลื่นวิทยุต่อร่างกายโดยสรุป แสดงในตาราง 2
ตาราง 2 ผลของคลื่นวิทยุต่อร่างกาย ความถี่ ความยาวคลื่น (m) บริเวณสำคัญ
ที่อาจเกิดอันตราย ผลที่เกิดขึ้น
น้อยกว่า 150 MHz มากกว่า 2.00 - ทะลุผ่านร่างกายโดยไม่มีการดูดกลืน
150 MHz - 1.2 GHz 2.00-0.25 อวัยวะในร่างกาย เกิดความร้อนบริเวณใต้ผิวหนัง และอวัยวะภายใน
1-3 GHz 0.30-0.10 เลนส์ตา เป็นอันตรายต่อเลนส์ตาทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น
3-10 GHz 0.10-0.03 เลนส์ตาและผิวหนัง รู้สึกร้อนที่ผิวหนัง เหมือนถูกแสงอาทิตย์
มากกว่า 10 GHz น้อยกว่า 0.03 ผิวหนัง สะท้อนที่ผิวหนัง หรือถูกดูดกลืนน้อยมาก
เคยมีรายงานทางการแพทย์เมื่อ พ.ศ. 2495 ว่ามีผู้ป่วยเป็นต้อกระจกจากไมโครเวฟ ผู้ป่วยเป็นเจ้าหน้าที่เทคนิคทำงานเป็นเวลา 1 ปี ในบริเวณที่มีเครื่องกำเนิดไมโครเวฟความถี่ 1.5-3 จิกะเฮิรตซ์ ที่ระดับความเข้ม 100 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร
ในการทดลองกับสัตว์ นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองฉายคลื่นวิทยุช่วงไมโครเวฟความเข้ม 100 มิลลิวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ไปที่ตาของกระต่าย พบว่าใน 1 ชั่วโมงต่อมา ของเหลวภายในลูกกระตากระต่ายมีอุณหภูมิสูงถึง 43 องศงเซลเซียส อีก 1 สัปดาห์ต่อมากระต่ายตัวนั้นตาบอด ส่วนในการทดลองกับหนูตัวผู้จำนวน 200 ตัว โดยให้หนูไปอยู่ใกล้เรดาร์ เมื่อผ่านไประยะเวลาหนึ่งพบว่าหนูร้อยละ 40 เป็นหมัน เนื่องจากเนื้อเยื่อของอัณฑะถูกทำลาย และหนูอีกร้อยละ 35 เซลล์เม็ดเลือดแดงจะพัฒนาเป็นมะเร็งต่อไป
