7Li3 + 1H1 ---> 2 4He2 + (14.3 +/- 2.7)MeV ซึ่งการทดลองนี้เป็นการทดลองแรกของโลกที่ยืนยันว่า สมการ E=mc2 ของ Einstein ถูกต้องทุกประการ การทดลองของ Cockcroft และ Walton ในครั้งนั้น ยังแสดงให้เห็นอีกว่า แม้แรงที่นิวเคลียสของ lithium ซึ่งมีประจุบวก จะผลักโปรตอนซึ่งมีประจุบวกเช่นกันด้วยแรงไฟฟ้าที่มีค่าสูงมาก แต่การเป็นอนุภาคควอนตัมของโปรตอนก็สามารถทำให้มันสามารถทะลุทะลวงผ่านกำแพงศักย์ของนิวเคลียส lithium เข้าไปได้ และรวมตัวกับโปรตอนในนิวเคลียสทำให้ได้อนุภาคแอลฟา 2 อนุภาค ความสำคัญของการทดลองนี้ได้ชี้ให้เห็นว่า มนุษย์สามารถเปลี่ยนแปลงนิวเคลียสของธาตุได้เป็นครั้งแรก และความยิ่งใหญ่ของการค้นพบคือ การให้กำเนิดวิชาฟิสิกส์อนุภาคมูลฐานที่มีพลังงานสูง ผลที่ตามมาคือ Cockcroft และ Walton ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1951 ร่วมกัน John Douglas Cockcroft เกิดเมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม ค.ศ.1897 ที่เมือง Todmorden ในแคว้น Yorkshire ทางเหนือของอังกฤษ บรรพบุรุษของตระกูลนี้ประกอบอาชีพทำโรงงานอุตสาหกรรมทอฝ้าย ในวัยเด็ก Cockcroft ได้เข้าเรียนที่โรงเรียน Todmordan Secondary School หลังจากที่จบการเรียนระดับมัธยมศึกษา Cockcroft วัย 17 ปีได้ไปเรียนต่อที่มหาวิทยาลัย Manchester ในสาขาคณิตศาสตร์ เมื่อเกิดสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง Cockcroft ต้องเข้ารับราชการทหาร จึงขอลาพักการเรียนชั่วคราว และได้เข้าประจำการในกองทหารปืนใหญ่ จนกระทั่งสงครามโลกยุติ จึงกลับไปเรียนต่อที่ College of Technology แต่เปลี่ยนไปเรียนวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า ในช่วงเวลาที่เรียน Cockcroft ได้ถูกส่งไปฝึกงานที่โรงงาน Metropolitan Vickers Electrical Company เป็นเวลาสองปี จากนั้นได้ไปเรียนต่อที่ St.John’s College แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge เมื่ออายุ 27 ปี Cockcroft สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี และทำงานเป็นผู้ช่วยวิจัยของ Lord Ernest Rutherford ซึ่งได้เห็นว่า Cockcroft เป็นคนที่มีประสบการณ์หลากหลาย อีกทั้งมีความสามารถในการทำงานในห้องปฏิบัติการ และมีความรู้ฟิสิกส์ กับคณิตศาสตร์ที่ดีมาก นอกเหนือจากเหตุผลเหล่านี้แล้ว Rutherford ก็ยังมีอีกเหตุผลส่วนตัวในการรับ Cockcroft เข้าทำงาน นั่นคือ ทั้งสองมีประสบการณ์จากมหาวิทยาลัย Manchester เดียวกัน | |||||
ในปี 1932 ทั้งสองได้ประสบความสำเร็จในการแปลงนิวเคลียสของ lithium ให้เป็นอนุภาคแอลฟา โดยใช้โปรตอนพลังงานสูงยิง ผลที่เกิดตามมาคือ นักฟิสิกส์มีเทคนิคการสร้างธาตุกัมมันตรังสีชนิดใหม่ๆ ที่ไม่มีในธรรมชาติ โดยใช้กระสุนที่เป็นอนุภาค เช่น โปรตอนหรือ deuteron ความสำเร็จนี้ทำให้ Cockcroft ได้รับเลือกเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการ Mond Laboratory ที่มหาวิทยาลัย Cambridge ในปี 1939 Cockcroft ได้ขึ้นครองตำแหน่งศาสตราจารย์ฟิสิกส์ แต่ช่วงเวลานั้นสงครามโลกครั้งที่สองใกล้จะอุบัติ Cockcroft จึงต้องหวนกลับเข้ารับราชการทหารอีกครั้งหนึ่งในสังกัดหน่วยวิจัยเรดาร์เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีใหม่นี้ในการป้องกันประเทศ ทำให้มีโอกาสได้เดินทางไปทำงานในต่างประเทศหลายแห่ง เช่น อเมริกา และแคนาดา ถึงปี 1941 หลังจากที่สงครามโลกยุติ Cockcroft ได้เดินทางกลับอังกฤษเพื่อทำงานในตำแหน่งผู้อำนวยการศูนย์วิจัยนิวเคลียร์ที่ Harwell ซึ่งเป็นหน่วยงานวิจัยปรมาณูเพื่อสันติของอังกฤษ ในปี 1951 Cockcroft และ Walton ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ร่วมกัน ด้วยผลงาน “การแปลงนิวเคลียสโดยการยิงด้วยอนุภาคที่มีพลังงานสูง” ตลอดชีวิต Cockcroft ได้รับการปริญญากิตติมศักดิ์จากมหาวิทยาลัย 19 แห่ง เป็นนายกสมาคมวิชาการ และสมาชิกของสมาคมฟิสิกส์ในหลายประเทศ Cockcroft แต่งงานในปี 1925 ครอบครัวมีลูกสาว 4 คนกับลูกชาย 1 คน และเสียชีวิตเมื่อวันที่ 18 กันยายน ปี 1967 สิริอายุ 70 ปี ด้าน Ernest Thomas Sinton Walton เกิดเมื่อวันที่ 6 ตุลาคม ค.ศ.1903 ที่เมือง Dungarvan ในแคว้น Waterford ที่อยู่ทางใต้ของไอร์แลนด์ เพราะบิดาเป็นนักเทศน์ที่เดินทางบ่อย ดังนั้นเด็กชาย Walton จึงต้องย้ายบ้าน และย้ายโรงเรียนตามบิดาทุก 2-3 ปี สุดแท้แต่บิดาจะถูกส่งตัวไปที่ใด เมื่ออายุ 12 ปี Walton ได้เข้าโรงเรียนประจำชื่อ Methodist College ที่เมือง Belfast และพบว่า สามารถเรียนคณิตศาสตร์กับวิทยาศาสตร์ได้ดี จนอายุ 19 ปี ก็ได้ไปเรียนต่อที่ Trinity College แห่งเมือง Dublin โดยได้ทุนการศึกษา และเลือกเรียนฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์เป็นวิชาเอก Walton จบปริญญาตรีเมื่ออายุ 23 ปี ด้วยคะแนนเกียรตินิยมอันดับหนึ่ง อีกหนึ่งปีต่อมาก็ได้ปริญญาโท และได้ทุนวิจัยไปเรียนต่อที่มหาวิทยาลัย Cambridge เพื่อทำงานภายใต้การดูแลของ Lord Ernest Rutherford จนจบปริญญาเอกเมื่ออายุ 28 ปี แล้วเดินทางกลับไปเป็นอาจารย์ที่ Trinity College ที่เคยเรียน งานวิจัยระยะแรกของ Walton เป็นงานทางด้านอุทกศาสตร์ แต่เมื่อได้มาทำงานที่ห้องปฏิบัติการ Cavendish ก็ได้หันมาสนใจการผลิตอนุภาคความเร็วสูงโดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคทรงเชิงเส้น (linear accelerator) ที่ใช้ความต่างศักย์สูงเป็นตัวเร่ง ในการทำงานชิ้นนี้ Walton มี J.D. Cockcroft เป็นผู้ร่วมงาน การทดลองของคนทั้งสองในเวลาต่อมาแสดงให้เห็นว่า นิวเคลียสของธาตุเบาหลายชนิดเปลี่ยนชนิดได้ เวลาถูกยิงด้วยโปรตอนที่มีพลังงานสูง นอกจากงานด้านการวิจัยแล้ว Walton ยังทำงานด้านการบริหารด้วยไม่ว่าจะเป็นวงการวิชาการ การศาสนา หรือการเมือง | |||||
E.T.S Walton ได้เข้าพิธีสมรสกับ Freda Wilson ในปี 1934 ครอบครัวมีบุตรชาย 2 คน และบุตรสาว 2 คน Walton เสียชีวิตเมื่อ 25 มิถุนายน 1995 สิริอายุ 91 ปี ในปาฐกถาที่ Cockcroft นำเสนอเนื่องในโอกาสที่ได้รับรางวัลโนเบล เขาเล่าว่า ในช่วงปลายปี 1928 George Gamow ได้เดินทางไปเยือนสถาบัน Bohr ในกรุง Copenhagen ที่เดนมาร์ก และได้แวะไปเยือน Rutherford ที่ ห้องปฏิบัติการ Cavendish ด้วย ขณะพักอยู่ที่ Cambridge นี่เอง Gamow ได้ให้สัมมนาเรื่อง ทฤษฎีการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี โดยการปล่อยอนุภาคแอลฟา โดย Gamow ใช้ทฤษฎีควอนตัมในการอธิบายว่า แม้อนุภาคแอลฟาในนิวเคลียสจะมีพลังงานน้อยกว่ากำแพงศักย์ที่อยู่โดยรอบนิวเคลียส ซึ่งถ้าว่าตามหลักการของกลศาสตร์นิวตัน อนุภาคแอลฟาจะไม่มีวันทะลุกำแพงศักย์ออกมาได้เลย นั่นคือนิวเคลียสจะไม่มีวันปล่อยอนุภาคแอลฟาให้เล็ดรอดออกมาได้ แต่ในกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคแอลฟามีสมบัติคลื่น ดังนั้นเวลาพุ่งกระทบกำแพงศักย์ มันจะมีโอกาสทะลุกำแพงศักย์ออกมาได้ (แม้โอกาสนั้นจะน้อยนิด) เป็นอนุภาคแอลฟาดังที่เห็น Cockcroft จึงคิดในแนวย้อนกลับว่า ถ้าอนุภาคแอลฟาสามารถเล็ดรอดออกมาจากนิวเคลียสได้จริง อนุภาคอื่นก็คงสามารถทะลุกำแพงศักย์เข้าไปในนิวเคลียสได้เช่นกัน ผลการคำนวณอย่างหยาบๆ แสดงให้เห็นว่า โปรตอนที่มีพลังงานจลน์เพียง 300 กิโลโวลท์สามารถพุ่งเข้าถึงนิวเคลียสของ boron ได้ แต่ถ้าใช้นิวเคลียสของ lithium เป็นเป้า การทะลุทะลวงก็จะง่ายขึ้นไปอีก ทันทีที่เข้าใจความคิดของ Cockcroft หัวหน้าใหญ่ Rutherford ก็เปิดไฟเขียว ให้ Cockcroft เดินหน้า โดยมี Walton เป็นนักวิจัยผู้ช่วย คนทั้งสองสร้าง multiplier เพื่อเร่งโปรตอนจนมีพลังงานสูง เพื่อยิงไปชนนิวเคลียสของ lithium และความสำเร็จก็บังเกิดขึ้นทันที ดังในรายงานที่ Walton เขียนว่า ในวันพฤหัสบดีที่ 13 เมษายน ค.ศ.1932 เมื่อโปรตอนถูกเร่งจนมีพลังงานสูงพอสมควร ทั้งสองได้ยิงโปรตอนไปชนอะตอมของ lithium แล้วหันไปดูจอรับอนุภาคที่จะเกิดขึ้นหลังการชนนั้นทันทีก็ได้เห็นแสงวับเกิดขึ้น และเมื่อ Walton ดับเครื่องยิงโปรตอน แสงวับก็หายไป ทั้งสองได้ทดลองซ้ำอีกจนแน่ใจว่าแสงวับเป็นผลิตผลที่เกิดจากการยิงโปรตอน และแสงวับแสดงให้เห็นว่ามีอนุภาคลึกลับมาปะทะจอ ทั้งสองจึงโทรศัพท์บอก Rutherford เพื่อรายงานสิ่งที่เห็น และ Rutherford ก็ได้เดินทางมาที่ห้องปฏิบัติการทันที เพื่อดูด้วยตา หลังจากที่ Rutherford เสนอให้เพิ่มศักย์ไฟฟ้า เพื่อเพิ่มพลังงานของโปรตอน แสงวับก็ยังปรากฏต่อไป Rutherford จึงทรุดตัวลงนั่ง แล้วบอกว่า แสงวับนั้นเกิดจากอนุภาคแอลฟาที่พุ่งชนจอที่ฉาบด้วย zinc sulfide เพราะ Rutherford เป็นคนที่รู้ธรรมชาติของแอลฟาดีที่สุดในโลก ทั้งสามจึงประจักษ์ว่า Cockcroft และ Walton ได้ประสบความสำเร็จในการเร่งอนุภาคให้พุ่งชนนิวเคลียสของอะตอมแล้ว แล้วทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิด นี่จึงเป็นการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียสโดยมนุษย์เป็นครั้งแรก Cockcroft ถึงกับกระโดดตัวลอย แล้วเดินออกจากห้องปฏิบัติการพร้อมตะโกนบอกเพื่อนๆ ว่า “เราแยกอะตอมได้แล้ว” การทดลองของคนทั้งสองได้ชักนำให้นักฟิสิกส์ทั่วโลกหันมาสนใจเทคนิค และเทคโนโลยีการสร้างเครื่องเร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูงขึ้นๆ เพื่อศึกษาธรรมชาติของนิวเคลียส และแรงต่างๆ ในธรรมชาติ บัดนี้เรามีเครื่องเร่ง LHC ที่ CERN และที่จีน ในปี 2028 ก็จะมีโรงงานผลิตอนุภาค Higgs ซึ่งจะเป็นวงกลมที่มีเส้นรอบวงยาว 52 กิโลเมตร และฝังอยู่ใต้ดิน จึงมีรัศมียาวประมาณ 2 เท่าของ LHC เพื่อเร่งอิเล็กตรอน และโพสิตรอนให้ชนกัน จีนหวังว่าอุปกรณ์นี้จะศึกษาสมบัติของอนุภาค Higgs ได้ดีกว่าที่ CERN มาก และงานขั้นต่อไป คือ เร่งโปรตอนให้พุ่งชนโปรตอนภายในเครื่องเร่งเดียวกันนี้ในปี 2035 เพื่อวิเคราะห์ว่า Higgs เป็นอนุภาคมูลฐาน (คือมิได้ประกอบด้วยอนุภาคอื่นใดที่เล็กกว่า) หรือเป็นอนุภาคพิเศษที่ไม่มีใครรู้จักมาก่อน การใช้ Supercollider ทั้งหลายในอนาคตเป็นผลิตผลที่เกิดตามมาจากการศึกษาของ Cockcroft และ Walton อ่านเพิ่มเติมจาก “The Fly in the Cathedral” โดย Brian Cathcart จัดพิมพ์โดย Penguin ในปี 2005 | |||||
สุทัศน์ ยกส้าน ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์ thx 4 http://www.manager.co.th/ |
วันพฤหัสบดีที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2558
Franck เกิดที่เมือง Hamburg ในปี 1882 ครอบครัวเป็นชนชั้นกลางที่มีสัญชาติยิว บรรพบุรุษของตระกูลได้อพยพมาจากโปรตุเกส เมื่ออายุ 13 ปี Franck ได้อ่านข่าวการพบรังสีเอ็กซ์ โดย Wilhelm Röntgen เขารู้สึกตื่นเต้นในความมหัศจรรย์ของรังสีที่ตามองไม่เห็นนี้ ถึงขนาดเมื่อประสบอุบัติเหตุแขนเดาะ Franck ได้ไปที่ห้องปฏิบัติการเพื่อให้เจ้าหน้าที่ถ่ายภาพเอ็กเรย์ให้เมื่อวันที่ 7 เมษายน ปี 1896 นี่จึงเป็นการวิเคราะห์สุขสภาพของกระดูกครั้งแรกที่มีการใช้รังสีเอ็กซ์ แม้ Franck จะสนใจวิทยาศาสตร์มากสักเพียงใดตั้งแต่เด็ก แต่บิดาซึ่งประสบความสำเร็จในธุรกิจธนาคารก็ไม่สนับสนุนให้ลูกชายมีอาชีพเป็นนักฟิสิกส์ เพราะเห็นว่าไม่มีทางที่จะร่ำรวยได้ ดังนั้น Franck จึงต้องสอบเข้ามหาวิทยาลัย Heidelberg และตั้งใจว่าจะเรียนนิติศาสตร์ แต่ก็ลองไปเรียนเคมีเพราะไม่ชอบนิติศาสตร์เลย และเรียนฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์ควบคู่ไปด้วย โดยมี Max Born (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1954) เป็นเพื่อนร่วมชั้นเรียนหนุ่มทั้งสองไม่ชอบวิธีสอนวิทยาศาสตร์ของอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย Heidelberg เลย Franck จึงลาไปเรียนเคมีที่มหาวิทยาลัย Friedrich-Wilhelms ในกรุง Berlin ส่วน Born ไปเรียนคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Göttingen ขณะเรียนที่ Berlin นิสิต Franck ได้เข้าฟัง Max Planck (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1918) สอนกลศาสตร์ ความร้อน เสียง ไฟฟ้า และแม่เหล็ก การสอนที่ดีมากของ Planck ทำให้ Franck อยากเรียนฟิสิกส์เป็นที่สุด จึงขออนุญาตบิดาเปลี่ยนวิชาเอก โดยให้เหตุผลว่า ถ้าไม่ได้เรียนฟิสิกส์ ลูกจะไม่มีความสุขเลยจนตลอดชีวิต ยิ่งเมื่อได้เข้าฟังสัมมนาที่ Albert Einstein (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1921) และ Walther Nernst (รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1920) บรรยาย Franck ก็ยิ่งเชื่อว่า การตัดสินใจเปลี่ยนวิชาเอกของเขาถูกต้องแล้ว Franck เริ่มทำวิทยานิพนธ์เรื่อง สภาพเคลื่อนที่ได้ (mobility) ของไอออนในหลอดปล่อยประจุ (discharge tube) ซึ่งเป็นการศึกษาพื้นฐานที่นำไปสู่การทดลองที่ทำให้ได้รับรางวัลโนเบลในที่สุด หลังจากที่สำเร็จการศึกษาระดับดุษฎีบัญฑิตในปี 1906 Franck ยังทำงานต่อเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ Berlin เพื่อตรวจสอบให้รู้ว่าปรากฏการณ์ควอนตัมจะเกิดในกระบวนการเปลี่ยนแปลงของอะตอมด้วยหรือไม่ ในปี 1907 Franck วัย 25 ปี ได้สมรสกับ Ingrid Josephson ซึ่งเป็นชาวสวีเดนและมีบุตรสาว 2 คน ในการทำงานวิจัยฟิสิกส์หลังปริญญาเอก Franck ต้องการจะรู้ว่า ถ้าผ่านกระแสไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) ไปในหลอดแก้วที่บรรจุไอปรอท อะไรจะเกิดขึ้น ในการทำงานวิจัยนี้ เขามี Gustav Hertz ช่วย (Gustav คือหลานของ Heinrich Hertz ซึ่งได้ทดลองยืนยันว่า แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง) ในงานวิจัยนั้น Franck กับ Hertz ได้พบว่า เมื่อความต่างศักย์เพิ่มกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มตาม จนกระทั่งถึงความต่างศักย์ค่าหนึ่ง แล้วกระแสจะตก จากนั้นเมื่อเพิ่มความต่างศักย์ต่อไปอีก กระแสก็จะเพิ่มอีก แล้วก็จะตกอีก ช่วงศักย์ไฟฟ้าที่ทำให้กระแสตกนี้มีค่า 4.9 โวลท์ ในเบื้องต้นทั้งสองคนคิดว่า พลังงาน 4.9 อิเล็กตรอนโวลท์ คือ พลังงานในการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมปรอท เพราะคนทั้งสองไม่ได้อ่านทฤษฎีอะตอมไฮโดรเจนที่ Bohr นำเสนอ จึงไม่ได้ผูกโยงผลการทดลองที่ได้กับทฤษฎีของ Bohr แต่เมื่อได้อ่านทฤษฎีของ Einstein ในการอธิบายปรากฏการณ์ photoelectric Franck กับ Hertz ก็ตระหนักในทันทีว่า พลังงาน 4.9 eV ที่วัดได้นั้น คือ พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่สูญเสียไป เพื่อกระตุ้นอะตอมปรอทให้อยู่ในสถานะถูกกระตุ้น ดังนั้นเวลาอะตอมกลับสู่สถานะพื้นฐาน จะมีแสงที่มีความยาวคลื่น 253.6 นาโนเมตรออกมา ซึ่งเป็นรังสีอัลตราไวโอเลต ดังที่ Robert Wood เห็น Franck รู้สึกยินดีมากกับผลการทดลองนี้ เพราะรู้ว่านี่เป็นอีกเทคนิคหนึ่งที่สามารถใช้หาค่าคงตัวของพลังค์ได้ และค่าที่ได้จากวิธีนี้น่าเชื่อถือกว่าค่าที่วัดได้จากกรณีการแผ่รังสีของวัตถุร้อน นอกจากนี้การทดลองของ Franck กับ Hertz ยังยืนยันอีกว่า แบบจำลองอะตอมของ Bohr ที่ให้อิเล็กตรอนในอะตอมมีพลังงานได้หลายค่า และทุกค่าเป็นค่าจำกัดนั้นเป็นแบบจำลองที่ถูกต้องทุกประการ เมื่อเกิดสงครามโลกครั้งที่ 1 ในเดือนสิงหาคม ค.ศ.1914 Franck ได้เข้ารับราชการทหารและถูกส่งไปปฏิบัติการที่ชายแดนทางตอนเหนือของฝรั่งเศส โดยให้อยู่ใต้บังคับบัญชาของ Fritz Haber (รางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 1918) ในโครงการใช้แก๊สพิษฆ่าศัตรู ถึงปี 1916 Franck ก็ได้ข่าวว่า ได้รับแต่งตั้งให้ดำรงศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Friedrich-Wilhelm ที่เคยเรียนจึงขอลาออกจากสังกัดหน่วยแก๊สสังหาร เพื่อไปวิจัยการใช้หน้ากากป้องกันแก๊สพิษแทน เพราะได้ล้มป่วยด้วยโรคเยื่อหุ้มปอดอักเสบ ในปลายปี 1918 เมื่อสงครามโลกครั้งที่หนึ่งยุติ Franck และ Hertz ได้ตีพิมพ์งานวิจัย เรื่องการแตกตัวเป็นไอออนและการกระตุ้นในอะตอมของแก๊ส ถึงปี 1926 Franck ก็ได้แถลงความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนพลังงานของอิเล็กตรอนเวลาโมเลกุลที่มีอะตอมคู่ถูกกระตุ้น หลักการนี้ได้รับการเสริมโดย Edward Condon ซึ่งใช้กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายจนเป็นที่ยอมรับกันในนาม “หลักการของ Franck-Condon” ที่มีความสำคัญมากในการศึกษาสเปกตรัมที่เกิดจากการกระตุ้นโมเลกุล | |||||
แต่ในขณะนั้น Franck ได้รับแต่งตั้งเป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Göttingen แล้ว ด้วยความช่วยเหลือของ Max Born เพื่อนเก่า Franck จึงไม่ไป Copenhagen เพราะที่ Göttingen มีนักคณิตศาสตร์ที่มีชื่อเสียงมากมาย เช่น David Hilbert, Richard Courant และ Carl Runge จึงมีบรรยากาศวิชาการที่ดีกว่า และเป็นศูนย์รวมของปราชญ์ ซึ่งต่างก็ทำงานโดยได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจากอุตสาหกรรมและเอกชน (มิใช่จากรัฐบาล ทั้งนี้เพราะรัฐบาลไม่มีงบประมาณจะให้) ครั้นเมื่อมูลนิธิ Rockefeller ได้เข้ามาสนับสนุนเรื่องทุน มหาวิทยาลัย Göttingen จึงมีนักวิจัยอัจฉริยะหนุ่มๆ มาร่วมกันทำงานหลายคน เช่น Werner Heisenberg (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1932) Wolfgang Pauli (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1945) Paul Dirac (รางวัลโนเบลฟิสิก์ปี 1933) นอกจากนี้ก็มี J.Robert Pooenheimer และ Edward Teller (ซึ่งเป็นบิดาของระเบิดปรมาณู และระเบิดไฮโดรเจนตามลำดับ) ด้วย ในปี 1926 Franck กับ Hertz ได้ทราบข่าวว่าเป็นผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1925 ทั้งๆ ที่ Bohr ได้เสนอชื่อ Franck อย่างต่อเนื่องมาทุกปีตั้งแต่ปี 1921 ข่าวนี้ทำให้นิสิตมหาวิทยาลัย Göttingen ยินดีมากถึงกับจัดขบวนแห่คบเพลิงเดินมาที่บ้านของ Franck เพื่อแสดงความยินดี แม้ว่าขณะนั้นกองทัพนาซีจะทวีความเข้มแข็งขึ้นทุกวัน และทหารห้ามการเดินขบวน แต่สถาบันฟิสิกส์ที่ Göttingen ก็ยังเป็นพื้นที่ปลอดการเมือง หลังจากที่ได้รับรางวัลโนเบล ในปี 1932 Franck ก็ได้ข่าวว่ากำลังจะขึ้นครองตำแหน่งผู้อำนวยการของสถาบัน Principal Institute ที่ Berlin แทน Nernst แต่คำสั่งแต่งตั้งนี้ก็ถูก Hitler ยกเลิก เพราะ Franck มีสัญชาติยิว Franck จึงขอลาออกจากตำแหน่งที่ Göttingen เพื่อประท้วงการกดขี่ยิวของนาซี และเมื่อหนังสือพิมพ์รายงานข่าวลาออก หนังสือพิมพ์นั้นก็ถูก Hitler สั่งปิดทันที เหตุการณ์นี้ทำให้บรรดาเพื่อนๆ ของ Franck ในอเมริกา อังกฤษ เนเธอร์แลนด์ ตุรกี และเดนมาร์ก ต่างก็ได้เขียนจดหมายเชิญ Franck ไปทำงานด้วย จนกระทั่งปี 1933 Franck ก็ได้ตอบรับคำเชิญชอง Bohr ให้ไปทำงานที่ Copenhagen และ Franck ได้เปลี่ยนสนามวิจัยไปศึกษาเรื่องการสังเคราะห์อาหารของพืชด้วยแสง (photosynthesis) ในปี 1935 เมื่อมหาวิทยาลัย John Hopkins ในอเมริกาเสนอตำแหน่งศาสตราจารย์ให้อีก Franck ผู้รู้สึกต้องการหนีจากกำลังนาซีไปให้ไกล จึงตอบตกลง แต่ก็ทำงานที่ Hopkins ได้ไม่นาน เพราะมหาวิทยาลัยไม่มีทุนให้วิจัย Franck จึงไปรับตำแหน่งใหม่ที่มหาวิทยาลัย Chicago และ Franck ก็ทำวิจัยเรื่องการสังเคราะห์อาหารด้วยแสงต่อ โดยได้ศึกษาอิทธิพลของแสง ปริมาณ CO2 และอุณหภูมิต่อการสร้างอาหารของพืช ในช่วงเวลาที่อยู่ที่ Chicago Franck ได้ทำงานวิจัยด้านฟิสิกส์ของแข็งร่วมกับ Teller เรื่องการดูดกลืนแสงโดยผลึก งานชิ้นนี้ได้วางรากฐานของทฤษฎี exciton และ Franck กับ Teller ผู้ได้ใช้แนวคิดเรื่อง exciton อธิบายว่า แสงสีฟ้าสามารถกระตุ้น chlorophyll ให้ทำงานได้อย่างไร ในที่สุด Franck ก็ยอมรับว่า ชีววิทยาแตกต่างจากฟิสิกส์มาก เพราะในฟิสิกส์ คำตอบที่ง่ายที่สุดจะเป็นคำตอบที่ถูก แต่ในชีววิทยาเหตุการณ์กลับตรงกันข้าม เพราะธรรมชาติจะใช้วิธีที่ซับซ้อนในการปิดบังคำตอบ จะอย่างไรก็ตาม ในที่สุดผลงานของ Franck ในเรื่องนี้ก็ได้ทำให้ Franck ได้รับรางวัล Rumford Prize ของ American Academy of Arts and Science ในปี 1955 เหตุการณ์ที่ญี่ปุ่นโจมตี Pearl Harbor ในเดือนธันวาคม ค.ศ.1941 ได้มีผลให้สหรัฐฯ ประกาศเข้าร่วมสงครามโลกครั้งที่ 2 นักฟิสิกส์อเมริกันได้ถูกระดมกำลังเข้าร่วมโครงการสร้างระเบิดปรมาณู และเรดาร์โดยมี Arthur Compton (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1927) เป็นหัวหน้าหน่วยวิจัยชื่อ Metallurgical Laboratory ของโครงการ Manhattan และ Compton ได้ขอให้ Franck ทำหน้าที่เป็นหัวหน้าสาขาเคมีที่ห้องปฏิบัติการ ณ มหาวิทยาลัย Chicago ซึ่ง Franck ก็ตอบรับ ภายใต้เงื่อนไขว่า “ก่อนที่สหรัฐจะใช้ระเบิดจริง Franck ขอเข้าชี้แจงเหตุผลต่างๆ ด้วยตนเองต่อหน้าท่านประธานาธิบดีสหรัฐฯ” งานที่ Franck ทำในโครงการ Manhattan ส่วนใหญ่เป็นงานบริหาร เพราะงานเคมีจริงๆ Glenn Seaborg (รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1951) เป็นคนกำกับ ในปี 1944 เมื่อฝ่ายสัมพันธมิตรเริ่มได้เปรียบในสงครามและงานสร้างระเบิดปรมาณูที่ห้องปฏิบัติการของ Compton ก็ใกล้จะลุล่วงแล้ว นักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่ร่วมในโครงการตระหนักว่า ผลกระทบที่จะเกิดจากการมีระเบิดปรมาณูจะมากมหาศาล ไม่ว่าจะเป็นด้านสงครามหรือด้านการเมือง หลังจากที่กองทัพนาซีพ่ายแพ้ในเดือนพฤษภาคม ค.ศ.1945 ถึงวันที่ 11 มิถุนายนในปีเดียวกัน Franck ก็ได้นำเสนอรายงานที่เขียนว่า “การแข่งขันสร้างระเบิดปรมาณูจะเกิดขึ้นระหว่างสหรัฐกับรัสเซีย และถ้าเป็นไปได้ก็ขอให้กองทัพสหรัฐสาธิตอิทธิฤทธิ์ของระเบิดปรมาณูในที่ๆ ไม่มีมนุษย์อาศัยอยู่ แทนที่จะใช้โจมตีญี่ปุ่นโดยที่คนญี่ปุ่นไม่รู้ตัวล่วงหน้า รายงานของ Franck ไม่ได้ถูกนำเสนอในทันทีทันใด เพราะก่อนนั้นในเดือนเมษายน 1945 ท่านประธานาธิบดี Roosevelt ได้ถึงแก่กรรม และ Compton ได้รับเลือกเป็นที่ปรึกษาคนหนึ่งของประธานาธิบดี Harry Truman ซึ่งจะให้ความเห็นเรื่องระเบิดปรมาณูร่วมกับนักฟิสิกส์อื่นๆ เช่น Oppenheimer, Ernst Lawrence (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1939) และ Enrico Fermi (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1938) และคณะที่ปรึกษาได้พยายามนำรายงานของ Franck เสนอต่อรัฐมนตรีกลาโหม Henry Stimson แต่ท่านรัฐมนตรีไม่อยู่เพราะเดินทางไปต่างจังหวัด ดังนั้น Compton จึงทิ้งบันทึกแปะติดหน้ารายงานว่า “ถ้าใช้ระเบิดปรมาณู สงครามจะสิ้นสุดเร็ว เพราะการสู้รบจะไม่ยืดเยื้อไปอีกนาน” และชีวิตของประชาชนนับล้านจะไม่สูญเสีย ท่านประธานาธิบดี Truman เห็นด้วยกับการใช้ระเบิดปรมาณูที่ Hiroshima และ Nagasaki เพื่อยุติสงครามในทันที คำพยากรณ์ของ Franck เกี่ยวกับการแข่งขันสร้างระเบิดปรมาณูเป็นจริง เพราะเมื่อปี 1960 สหรัฐมีระเบิดปรมาณูประมาณ 30,000 ลูก และอีก 20 ปีต่อมารัสเซียก็สามารถสร้างระเบิดได้ในจำนวนมากเท่า หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 Franck ได้เริ่มช่วยเหลือเพื่อนๆ ที่ถูกฝ่ายนาซีรังแก ในการอพยพออกจากเยอรมนี และได้ขอให้นานาชาติช่วยเหลือชาวเยอรมันทั่วไป เพราะหลังสงครามคนเหล่านี้กำลังตกอยู่ในสภาพขาดแคลนอาหาร จนทารกเกิดใหม่ต้องเสียชีวิตประมาณ 80-90% Franck ยังได้ขอให้ Einstein เข้าร่วมในโครงการนี้ด้วย แต่ Einstein ปฏิเสธ เพราะไม่ต้องการข้องเกี่ยวกับคนเยอรมันอีก ในปี 1947 มหาวิทยาลัย Heidelberg ในเยอรมนีได้เสนอตำแหน่งศาสตราจารย์ให้ Franck แต่เขาปฏิเสธ และบอกว่าบ้านใหม่ของ Franck คืออเมริกาแล้ว แต่เขาก็ยังตอบรับเป็นสมาชิกของสมาคม Max Placnk และในปี 1951 Franck และ Hertz ก็ได้รับเหรียญ Max Planck ถึงปี 1964 Franck ได้หวนกลับไปเยี่ยมเพื่อนเก่าที่ยังพำนักอยู่ในเยอรมนี โดยไปที่ Göttingen เพื่อเยี่ยม Otto Hahn (รางวัลโนเบลเคมีปี 1944) และ Max Born ในวันที่ 21 พฤษภาคม ค.ศ.1964 หลังจากที่ได้ออกไปรับประทานอาหารเย็นกับ Hahn Franck ได้ล้มลง และเสียชีวิตด้วยโรคหัวใจวาย สิริอายุ 81 ปี ในหนังสือ Science and Conscience: The Life of James Franck ที่ Jost Lemmerich เรียบเรียง และ A.M. Hentschel แปล ซึ่งจัดพิมพ์โดย Stanford University Press ในปี 2011 ผู้เขียนได้รวบรวมชีวประวัติของ Franck อย่างละเอียด โดยการไปสัมภาษณ์คนที่รู้จัก Franck ดี ศึกษางานวิจัยและจดหมายที่ Franck เขียนถึงเพื่อนๆ เช่น Born, Bohr, Einstein และ Lise Meitner ฯลฯ จุดเด่นของงานเขียนนี้คือ การชี้ให้เห็นจิตสำนึกของ Franck ในการลาออกจากมหาวิทยาลัย Göttingen และในการเขียน Franck Report รวมถึงทัศนคติที่ Franck มีต่อประเทศบ้านเกิดหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ด้วย | |||||
สุทัศน์ ยกส้าน ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์ thx 4 http://www.manager.co.th/ |
ถึงวันนี้ Malvern และ Ward ได้เติบโตเป็นผู้ใหญ่ที่กำลังก้าวเข้าสู่วัยชราแล้ว ทั้งสองมีประวัติชีวิตพิเศษที่แตกต่างจากคนในวัยเดียวกัน คือ เป็นคนสองคนในจำนวน 16,695 คนที่เกิดในปี 1946 ในสหราชอาณาจักรอังกฤษที่นักสำรวจแห่งโครงการ National Survey of Health and Development ของหน่วยวิจัยแพทย์ศาสตร์ (Medical Research Council) ของอังกฤษได้เก็บข้อมูลสุขภาพซึ่งหมายถึงโรคภัยไข้เจ็บ การเลี้ยงดู และข้อมูลสภาพแวดล้อมตั้งแต่เกิด เป็นเวลาติดต่อกันนานร่วม 70 ปีแล้ว ข้อมูลชีวิตที่ถูกเก็บรวบรวม ได้แก่ อาชีพของบิดามารดา ของบรรพบุรุษ สภาพบ้านที่อยู่อาศัย รายได้ของครอบครัว สภาพที่ทำงาน ฯลฯ ตั้งแต่วัยเด็ก วัยหนุ่มสาว ตลอดจนถึงวัยชรา ไม่ว่าจะเป็นเรื่องอาหารการกิน การออกกำลังกาย หรือโรคที่กำลังคุกคามชีวิต ฯลฯ เพื่อให้ผู้เชี่ยวชาญด้านประชากรศาสตร์ได้วิเคราะห์ ข้อมูลด้านสุขภาพและด้านจิตใจ โดยการติดตามสัมภาษณ์บุคคลเหล่านี้ตลอดเวลาที่ยาวนาน คนกลุ่มนี้จึงเป็นกลุ่มคนที่ได้รับการวินิจฉัยสุขภาวะของร่างกายและจิตใจเป็นอย่างดีและต่อเนื่องกันนานที่สุดในโลก ซึ่งข้อมูลทั้งหลายที่ได้มาทำให้นักวิจัยสามารถติดตามความสำเร็จหรือความล้มเหลวในชีวิตของผู้ถูกสัมภาษณ์ได้ และช่วยให้รู้ด้วยว่า อะไรคือปัจจัยสำคัญที่มีส่วนควบคุมวิถีชีวิตของคนแต่ละคน | |||||
ตลอดเวลา 70 ปี ที่โครงการนี้ได้ดำเนินมา นักวิจัยในโครงการได้เผยแพร่ข้อมูลในรูปของบทความวิจัยกว่า 700 ชิ้น และหนังสือ 8 เล่ม โดยได้เสนอข้อสรุปที่สำคัญว่า ชีวิตเริ่มต้นของคนทุกคนมีความสำคัญต่อชีวิตของคนๆ นั้นในบั้นปลายมาก สำหรับประเด็นเรื่องโรคที่มักทำให้คนเหล่านี้เสียชีวิต ข้อมูลที่ได้จากการสำรวจระบุว่าส่วนใหญ่เกิดจากวิธีการดำเนินชีวิต และประสบการณ์สะสมของคนนั้นก่อนจะเป็นโรค ในกรณีคนที่ชราเร็วหรือชราช้า ผู้สำรวจก็ใคร่รู้ว่าเกิดจากสาเหตุใด คนที่ถูกสำรวจในโครงการนี้ทุกคนได้รับการตรวจสอบโดยแพทย์ที่ใช้อุปกรณ์การแพทย์ที่ทันสมัย เพื่อวัดความดัน วิเคราะห์ภาวะกระดูกเสื่อม ความสมบูรณ์ของกล้ามเนื้อ รวมถึงการวัดปริมาณไขมันในเลือด และวัดคุณภาพของความทรงจำ รวมถึงความคล่องแคล่วว่องไวของร่างกายเวลาจะลุกหรือนั่งเก้าอี้ด้วย ผู้ถูกสำรวจบางคนอาจได้รับการทดสอบในประเด็นว่า พันธุกรรมของคนได้รับผลกระทบเพียงใดจากประสบการณ์ชีวิต ซึ่งทำให้คนๆ นั้นเป็นโรคอ้วน หรือมะเร็ง งานวิจัยยังศึกษาด้วยว่า ความไม่เท่าเทียมกันในสังคมมีผลเช่นไรต่อการเปลี่ยนแปลงของยีน (gene) ดังนั้น การสำรวจนี้จึงเป็นการสำรวจที่ “ไม่ธรรมดา” เพราะได้เก็บข้อมูลและวิเคราะห์คนตัวเป็นๆ ตั้งแต่เกิดจน “ตาย” สำหรับผลกระทบทางสังคมที่ได้จากการสำรวจนั้นก็มีมากมาย ดังจะเห็นได้จากเรื่องการศึกษา เพราะในปี 1944 ที่รัฐบาลอังกฤษได้ออกกฎหมายให้มีการทดสอบเด็กอายุ 11 ขวบทุกคนทั่วประเทศ (ซึ่งเรียกว่า 11+ หรือ eleven plus) เพื่อให้เด็กที่ฉลาด ไม่ว่าจะมีฐานะทางสังคมเช่นไร ได้เข้าโรงเรียนที่มีชื่อเสียง การสำรวจได้ข้อมูลสรุปที่แสดงว่า เด็กฉลาดที่มีบิดามารดาเป็นชนชั้นกลางส่วนใหญ่จะสอบ 11+ ผ่าน และเรียนได้ดีกว่า เด็กฉลาดที่บิดามารดาเป็นชนใช้แรงงาน แต่งานวิจัยก็ได้แสดงว่าการได้ครูดี และการมีพ่อแม่ที่สนับสนุนลูกก็มีบทบาทมากในความสำเร็จของลูก หนังสือ “The Home and the School” และ “All Our Future” ที่โครงการนี้ตีพิมพ์เผยแพร่ในปี 1964 และ 1968 ตามลำดับได้มีส่วนช่วยให้บรรดาโรงเรียน comprehensive ของอังกฤษในยุค 19660 ไม่กำหนดเกณฑ์ในการเลือกเด็กเข้าเรียนจากฐานะทางสังคมของบิดามารดา | |||||
ในปี 1985 ข้อมูลที่เก็บได้จากการสำรวจแสดงว่า ทารกที่น้ำหนักตัวแรกเกิดค่อนข้างต่ำ เมื่อเติบโตเป็นผู้ใหญ่มักเป็นโรคความดันโลหิตสูง นั่นคือสภาพร่างกายของทารกมีแนวโน้มว่าสามารถกำหนดสุขภาพของคนในวัยกลางคนได้ โดยเฉพาะเด็กที่มีน้ำหนักตัวน้อยมากเมื่อคลอด จะมีโอกาสเป็นโรคหัวใจค่อนข้างสูง การสำรวจยังแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างสภาพชีวิตของทารกแรกเกิดกับโอกาสการเป็นโรคอ้วน โรคเบาหวาน โรคมะเร็ง และโรคจิตเภทด้วย เช่น ได้พบว่าเด็กที่ผอมตอนคลอด เวลาเป็นคนชรา กล้ามเนื้อของร่างกายมักไม่แข็งแรง ส่วนเด็กที่เติบโตเร็วมักมีโอกาสเป็นโรคหัวใจค่อนข้างสูง ความน่าสนใจในข้อสรุปนี้ จึงมีประเด็นว่า สภาพชีวิตของทารกแรกเกิด สามารถกำหนดสภาพชีวิตบั้นปลายได้อย่างไร แต่การสรุปในประเด็นนี้ นักวิชาการหลายคนไม่เห็นด้วย เพราะคิดว่า โรคภัยต่างๆ ที่เกิดขึ้นเป็นผลจากประสบการณ์สั่งสมที่คนๆ นั้นได้รับมาก่อนเป็นโรค และการศึกษาที่คนนั้นได้รับตลอดจนการบริโภคอาหารที่ถูกสุขลักษณะก็สามารถเปลี่ยนสุขภาพจากที่ไม่ดีให้เป็นที่ดีได้ นอกจากนี้ข้อมูลก็ยังแสดงให้เห็นอีกว่า คนที่มีอายุ 30-40 ปีถ้าได้ออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอ จะทำให้ความสามารถในการเรียนรู้สิ่งใหม่ๆ เป็นไปได้เร็วกว่าคนที่ไม่ออกกำลังกาย เมื่อถึงกลางทศวรรษของปี 1980 ขณะนั้นผู้ถูกสำรวจมีอายุ 50 ปี ควรมีรายได้พอสมควร มีการบริโภคอาหารดี และมีรถส่วนตัวใช้แล้ว งานสำรวจแสดงข้อมูลว่าทุกคนในทุกฐานะทางสังคมมีน้ำหนักตัวเพิ่มอย่างรวดเร็ว ข้อมูลด้าน IQ ก็แสดงให้เห็นว่า เด็กผู้หญิงที่มี IQ สูง จะหมดระดูช้ากว่าเด็กผู้หญิงที่มี IQ ต่ำกว่าเป็นเวลาหลายปี ซึ่งคำอธิบายในประเด็นนี้มีว่า พัฒนาการทางสมองของเด็กผู้หญิงมีผลต่อการผลิตฮอร์โมนเพศ ดังนั้นในสตรีที่มี IQ สูง สมองของเธอจะมีพัฒนาการรอบด้าน เธอจึงสามารถสืบพันธุ์ได้เป็นเวลานานกว่าคนที่มี IQ ต่ำ | |||||
ถึงวันนี้ผู้ถูกสำรวจประมาณ 15% ได้เสียชีวิตไปแล้ว และที่เหลือส่วนใหญ่ก็มีอายุเกิน 60 ปี ด้านสตรีที่มีฐานะทางสังคมดีก็ได้เสียชีวิตประมาณครึ่งครึ่งของคนกลุ่มอื่น บทเรียนหนึ่งที่ได้จากการศึกษานี้ คือ หลังจากที่คนกลุ่มนี้ได้ตายไป ไม่ว่าจะเป็นคนจนหรือคนรวย ผู้หญิงหรือผู้ชาย DNA ของเขาทุกคนจะยังถูกเก็บแช่แข็งอยู่ในไนโตรเจนเหลว และข้อมูล DNA เหล่านี้ได้ถูกส่งไปเก็บในคอมพิวเตอร์เพื่อเป็นข้อมูลประวัติส่วนตัวของคนๆ นั้นตลอดไป ไม่เพียงแต่ในอังกฤษเท่านั้นที่มีการสำรวจระยะยาวทำนองนี้ ในอเมริกาก็มีนักจิตวิทยาชื่อ Lewis Terman แห่งมหาวิทยาลัย Stanford ซึ่งมีความสนใจใคร่รู้ว่าอะไรคือปัจจัยที่ทำให้คนมีชีวิตยืนยาน มีสุขภาพดี และประสบความสำเร็จในการดำเนินชีวิตเช่นกัน โดยในปี 1921 Terman ได้คัดเลือกเด็กวัย 11 ปีที่มี IQ สูงประมาณ 1,500 คนจากโรงเรียนมัธยมในรัฐ California แล้วติดตามวิถีชีวิตของเด็กเหล่านี้จนกระทั่งเติบโตเป็นผู้ใหญ่ เพื่อวิเคราะห์ว่ามีปัจจัยอะไรที่ทำให้ชีวิตเด็กเหล่านี้ประสบความสำเร็จ ในปี 2011 นักจิตวิทยาชื่อ Howard S. Friedman และ Leslie R. Martin ได้เรียบเรียงหนังสือชื่อ “The Longevity Project: Surprising Discoveries for Health and Long Life from the Landmark Eight-Decade Study” ซึ่งจัดพิมพ์โดย Hudson Street Press/Hay House หนังสือนี้ได้นำโครงการที่ริเริ่มโดย Terman มาเสนอข้อมูลด้านสุขภาพ และอายุขัยของคนตั้งแต่วัยรุ่นจนถึงวัยชราซึ่งได้สำรวจมาตลอดเวลา 80 ปี แม้คนหลายคนในกลุ่มตัวอย่างจะเสียชีวิตไปแล้ว ผู้เขียนก็ได้นำมรณบัตรซึ่งบอกสาเหตุของการตายมาวิเคราะห์ด้วย ในภาพรวมหนังสือเล่มนี้ได้วิเคราะห์เหตุการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นในชีวิตของคนว่ามีบทบาทอย่างไรและเพียงใดในเรื่องสุขภาพของคนๆ นั้น และได้ข้อสรุปที่เป็นที่รู้กันดี เช่นว่า บุหรี่ทำให้ชีวิตสั้นจริง แต่ข้อสรุปบางเรื่องก็ได้ทำให้หลายคนประหลาดใจ เช่น การทำงานอย่างทุ่มเทเป็นเวลานานเพื่อความก้าวหน้าในชีวิตเป็นสิ่งดี สำหรับคนที่ต้องการมีสุขภาพดี และมีอายุยืน ส่วนคนที่ทำงานแบบเช้าชาม-เย็นชาม และไม่ทะเยอทะยานอะไรเลยจะมีอายุสั้น และสุขภาพไม่เอาไหน สำหรับเรื่องการแต่งงาน การมีคู่ครองจะให้ผลดีต่อผู้ชายมากกว่าผู้หญิง และเวลามีการหย่า จิตใจและสุขภาพของผู้ชายจะถูกกระทบกระเทือนมากกว่าผู้หญิง ดังจะเห็นได้ว่า หลังการหย่าร้างผู้ชายมักจะหันไปคลายทุกข์ด้วยการดื่มสุราหรือติดยา | |||||
Friedman และ Martin ยังได้เสนอการวิเคราะห์บุคลิกภาพของบุคคลว่ามีการอิทธิพลต่อวิถีชีวิตอย่างไร โดยใช้บันทึกที่ Terman ได้เก็บรวบรวมมาอย่างละเอียด จากการสัมภาษณ์บิดามารดา และครูของเด็กที่ถูกสัมภาษณ์ และได้พบว่า หลังจากที่เวลาผ่านไป 20 ปีบุคลิกต่างๆ ก็ยังปรากฏในคนๆ นั้นต่อไป นักวิจัยทั้งสองยังได้พบว่า ตัวพยากรณ์ที่ดีที่สุดในการทำให้คนมีชีวิตยืนนาน คือ จิตสำนึกที่ดี เพราะคนที่มีจิตสำนึกดี จะดำเนินชีวิตอย่างระมัดระวังและมุ่งเป้า จะไม่ทำกิจกรรมที่เป็นภัยต่อสุขภาพเช่น สูบบุหรี่ ดื่มเหล้า หรือติดยา ผลที่ตามมาคือโอกาสที่คนลักษณะนี้จะเสียชีวิตจึงมีน้อย นอกจากนี้นักวิจัยทั้งสองยังได้พบว่า การรู้จักออกกำลังกายตั้งแต่เด็กจนกระทั่งถึงวัยกลางคนเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้คนมีอายุยืน และใครจะเล่นกีฬาอะไรก็ได้ตราบใดที่รู้สึกสนุก แต่ก็ต้องทำอย่างสม่ำเสมอ การสำรวจยังแสดงให้เห็นอีกว่า คนวัยกลางคนที่มีจิตสำนึกดี และมีเพื่อนดีก็สามารถทำให้ชีวิตมีคุณภาพดีพอๆ กับการมีจิตสำนึกที่ดีตั้งแต่วัยเด็ก ในประเด็นอายุขัยของชายกับหญิงนั้น งานวิจัยก็ได้ข้อสรุปว่าพฤติกรรมมีผลต่อการมีชีวิตที่ยืนนาน เช่น ทั้งชายและหญิงที่มีอาชีพของผู้ชาย เช่น เป็นวิศวกร หรือนักบิน มักมีอายุขัยสั้นกว่าชาย-หญิงที่ประกอบอาชีพของผู้หญิง เช่น เป็นมัณฑนากร หรือครูอนุบาล ดังนั้น นักวิจัยจึงมีความเห็นว่า ความเชื่อหรือความนิยมของสังคมเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่เป็นตัวกำหนดอายุขัยของคน หนังสือเล่มนี้ยังมีบททดสอบให้ผู้อ่านได้ทดสอบตนเองในด้านสุขภาพ ความพอใจในชีวิต การออกกำลังกาย ความสุขในชีวิตสมรส ความสำเร็จและความพอใจในหน้าที่การงาน การมีเพื่อนสนิท อีกทั้งได้ชี้แนวทางให้ผู้อ่านสามารถปรับปรุงประเด็นเหล่านี้ แต่ละปัจจัยให้ดีขึ้นด้วย ในบทสุดท้ายนักวิจัยได้ให้ข้อสังเกตสำหรับคนอ่านว่า เมื่อแรกเริ่ม Terman ต้องการหาปัจจัยที่สามารถทำนายความสำเร็จหรือความล้มเหลวในชีวิตของคน และได้เลือกเด็กผิวขาวที่มี IQ สูงจากโรงเรียนต่างๆ ใน San Francisco ดังนั้นกลุ่มตัวอย่างนี้จึงไม่ครอบคลุมคนทุกประเภท ด้วยเหตุนี้ข้อสรุปบางข้อจึงอาจใช้ไม่ได้กับคนกลุ่มอื่นๆ หรือคนที่ได้รับการศึกษาระดับอื่น ฐานะทางสังคมอื่น หรือคนที่ตั้งรกรากในพื้นที่อื่น นอกเหนือจากความแตกต่าง และข้อจำกัดเหล่านี้แล้ว นักวิจัยทั้งสองก็ได้ตั้งข้อสังเกตว่า คนที่ถูกสัมภาษณ์เป็นคนที่เกิดตั้งแต่ปี 1910 ซึ่งชีวิตในช่วงเวลานั้นแตกต่างจากช่วงเวลานี้มาก นั่นคือสภาพและค่านิยมของสังคมได้เปลี่ยนไปมากแล้ว ดังนั้นข้อสรุปที่ว่าอาชีพของเพศเป็นตัวกำหนดอายุขัย จึงอาจไม่ถูกต้อง อย่างไรก็ตามนักวิจัยทั้งสองได้ทิ้งท้ายว่าการศึกษาเรื่องนี้ น่าจะได้ดำเนินต่อไป แม้จะเป็นเรื่องที่ยากแต่ก็น่าทำ | |||||
สุทัศน์ ยกส้าน ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์ thx 4 http://www.manager.co.th/ |
เมื่อราวปี 1935 Enrico Fermi นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีได้พบโดยบังเอิญว่า นักฟิสิกส์สามารถใช้นิวตรอนที่มีความเร็วต่ำในการศึกษาธรรมชาติภายในของวัสดุได้ ทั้งนี้เพราะนิวตรอนเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุ และมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนประมาณ 2,000 เท่า ดังนั้นเวลามันถูกยิงเข้าไปในสสาร มันจะไม่เบี่ยงเบนทิศทางหลังจากที่ชนอิเล็กตรอน แต่จะพุ่งตรงเข้าสู่นิวเคลียสของอะตอม ในทางตรงกันข้าม ถ้าเราใช้เอ็กซ์เรย์ รังสีเอ็กซ์จะถูกทำให้กระเจิงโดยกลุ่มอิเล็กตรอนในอะตอม ทำให้ “ไม่สามารถเห็น” นิวเคลียสของธาตุที่หนักได้ เพราะนิวเคลียสหนักมีอิเล็กตรอนห้อมล้อมเป็นจำนวนมาก และนี่ก็คือเหตุผลที่แสดงว่าเราจะไม่สามารถใช้รังสีเอ็กซ์ศึกษาอะตอมไฮโดรเจนได้ แต่ใช้นิวตรอนได้ ในปี 1946 Shull ได้ริเริ่มใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนนิวตรอน (neutron diffraction) เพื่อศึกษาโครงสร้างภายในของสสารทำนองเกี่ยวกับที่สองพ่อลูกตระกูล Bragg เคยใช้รังสีเอ็กซ์หาโครงสร้างของผลึก โดยอาศัยการมีสมบัติความเป็นคลื่นของอนุภาคนิวตรอน หลักการของเทคนิคที่ Shull คิดนี้มีว่า ถ้าสามารถทำให้นิวตรอนที่มีพลังงานเท่ากันทุกตัว (คือมีความยาวคลื่นเดียวกัน) ในการยิงอะตอมของสารที่ต้องการศึกษา การชนที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมกับนิวตรอน แทบจะเป็นการชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ โดยนิวตรอนจะเพียงเบนทิศการเคลื่อนที่และพุ่งออกจากสาร จากนั้นคลื่นนิวตรอนที่กระเจิงไปก็จะแทรกสอดกันทำให้ได้ภาพการเลี้ยวเบน ซึ่งสามารถบอกตำแหน่งของอะตอมต่างๆ ที่มีในสารได้ และถ้าสารนั้นมีสมบัติแม่เหล็ก (เพราะนิวตรอนมีโมเมนต์แม่เหล็ก) ดังนั้น Shull ก็สามารถใช้นิวตรอนหาโครงสร้างของสารแม่เหล็กได้ และได้พบว่า สารแม่เหล็กแบบ antiferromagnetism มีในธรรมชาติตรงตามที่ Louis Neel ได้เคยพยากรณ์ไว้ (Neel รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1970) | |||||
ในช่วงเวลาที่เกิดสงครามโลกครั้งที่สอง Shull ได้งานทำที่บริษัท Texaco ด้านฟิสิกส์ของแข็ง จนกระทั่งปี 1955 จึงได้ลาออกเพื่อเข้ารับตำแหน่งศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่ MIT และอยู่จนเกษียณในปี 1986 Shull เสียชีวิตเมื่อวันที่ 31 มีนาคม ค.ศ.2001 สิริอายุ 85 ปี ด้าน Bertram Brockhouse นั้นใช้นิวตรอนในการศึกษาสภาพภายในของสารเช่นกัน แต่เทคนิคของ Brockhouse ใช้การกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นของนิวตรอน (ในขณะที่เทคนิคของ Shull เป็นการกระเจิงแบบยืดหยุ่น) ดังนั้นเวลาปะทะอะตอม นิวตรอนจะเปลี่ยนทั้งทิศการเคลื่อนที่และพลังงาน และจากข้อมูลพลังงานและโมเมนตัมที่เปลี่ยนไปนี้ นักวัสดุศาสตร์สามารถใช้อนุมานลักษณะการเคลื่อนไหวของอะตอมในสารได้ เทคนิคนี้จึงมีชื่อเรียกว่า neutron spectroscopy ตามปรกติความก้าวหน้าในโลกวิทยาศาสตร์หลายครั้งเกิดจากจินตนาการของนักคิดหลายคน ที่คนทั่วไปคิดว่าไม่น่าจะเป็นไปได้ หรือมีได้ในธรรมชาติ เช่น แนวคิดเรื่องอะตอมของ Dalton หรือนิวตริโนของ Pauli ตามประวัติศาสตร์ทุกคนทราบก็รู้ว่าในเบื้องต้นไม่มีใครเชื่อ จนกระทั่งอีกหลายสิบปีต่อมา เมื่อเทคนิคการทดลองได้รับการพัฒนามากขึ้นจนสามารถพิสูจน์ได้ว่า อะตอมและ neutrino มีจริง ในฟิสิกส์ของแข็งก็เช่นกัน นักฟิสิกส์ทฤษฎีได้จินตนาการว่า ในของแข็งมีอนุภาคควอนตัมอีกหลายชนิด เช่น magnon, phonon, exciton, polaron ฯลฯ แต่ก็ยังไม่มีใครเห็น จนกระทั่ง Bertram Brockhouse นำเทคนิค neutron spectroscopy มาใช้ และทำได้สำเร็จ เพราะนิวตรอนมีสมบัติของคลื่น คือมีความยาวคลื่นที่มีความยาวพอๆ กับระยะห่างระหว่างอะตอมในของแข็ง เมื่อเป็นเช่นนี้อันตรกริยาระหว่างนิวตรอนกับอะตอมจึงมีมาก และ Brockhouse ได้ใช้นิวตรอนที่เกิดในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูที่เมือง Oak Ridge รัฐ Tennessee เป็นอุปกรณ์ทดลอง เพราะที่นั่นมีความเข้มนิวตรอนสูงที่สุดในโลก | |||||
ในปี 1939 รัฐบาลแคนาดาได้ประกาศเข้าร่วมกับฝ่ายสัมพันธมิตรในสงครามโลกครั้งที่สอง Brockhouse ได้เข้ารับราชการทหารแห่งราชนาวี ในตำแหน่งทหารเรือที่เชี่ยวชาญการใช้ sonar ตรวจหาเรือดำน้ำ อีก 6 ปีต่อมาเมื่อสงครามโลกยุติเขาก็ถูกปลดประจำการ และได้ตัดสินใจเข้าเรียนปริญญาตรีฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย British Columbia ขณะนั้น Brockhouse อายุ 27 ปีแล้ว เมื่อสำเร็จการศึกษา Brockhouse ได้งานที่สภาวิจัยแห่งชาติของแคนาดา คือที่ National Research Council ที่เมือง Ottawa แล้วได้ไปเรียนต่อฟิสิกส์ระดับปริญญาโทกับเอกที่มหาวิทยาลัย Toronto โดยทำวิทยานิพนธ์ เรื่อง อิทธิพลของความดันและอุณหภูมิต่อสมบัติแม่เหล็กของสารแม่เหล็กเฟร์โร (ferromagnet) Brockhouse จบปริญญาเอกเมื่ออายุ 32 ปี และได้งานที่ห้องปฏิบัติการนิวเคลียร์ที่ Chalk River ซึ่งสามารถผลิตกระแสนิวตรอนได้มากให้ Brockhouse ใช้ศึกษาการดูดกลืน และการกระเจิงของนิวตรอนได้ดี Brockhouse ได้ออกแบบอุปกรณ์เพื่อศึกษาการเคลื่อนไหวของอะตอมต่างๆ ในผลึกของแข็ง ซึ่งการเคลื่อนไหวนี้ทำให้เกิดคลื่น ซึ่งมีสมบัติของอนุภาค คือมีทั้งพลังงาน และโมเมนตัม โดยนักฟิสิกส์ทฤษฎีเรียกอนุภาคนี้ว่า phonon แต่ยังไม่มีใครเคยเห็น phonon ตัว Brockhouse จึงได้ออกแบบสร้างอุปกรณ์สำสำหรับตรวจจับ phonon นี้ โดยจะวัดทั้งโมเมนตัม และพลังงานของมัน เมื่อใช้หลักการว่า ถ้าโมเมนตัมของนิวตรอนก่อนชนอะตอมมีค่า Ρ และโมเมนตัมหลังชนมีค่า P' โมเมนตัมที่เปลี่ยนไปของนิวตรอนจะมีค่า P'-P ซึ่ง Brockhouse ได้กำหนดให้มีค่าเท่ากับ Q และนี่ก็คือ โมเมนตัมของ phonon (ถ้าสารมี phonon จริง) อุปกรณ์ spectrometer ของ Brockhouse สามารถวัดโมเมนตัม Q ต่างๆ ของ phonon ได้ในสารหลายชนิดเช่น ตะกั่ว อลูมิเนียม ซิลิกอน และเจอมาเนียม นอกจากนี้ Brockhouse ก็ยังได้บุกเบิกการศึกษาสมบัติกายภาพของอนุภาค magnon ซึ่งเป็นอนุภาคของคลื่นแม่เหล็กในสารแม่เหล็ก และ exciton ในสนามผลึกด้วย ผลงานที่สำคัญนี้มีส่วนช่วยให้ทฤษฎีตัวนำยวดยิ่งของ John Bardeen, Leon Cooper และ Robert Schrieffer ซึ่งได้เสนอทฤษฎี BCS ว่า สภาพนำยวดยิ่งเกิดจากการที่อิเล็กตรอนในสารจับคู่กันโดยการแลกเปลี่ยน phonon ดังนั้นเมื่อ Brockhouse ได้แสดงให้เห็นว่า phonon มีจริง ทฤษฎี BCS จึงเป็นที่ยอมรับ และมีผลทำให้ Bardeen, Cooper และ Schrieffer ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1972 ในปี 1962 Brockhouse ได้ย้ายจากห้องปฏิบัติการที่ Chalk River กลับไปทำงานเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย McMaster ในแคนาดา เพราะที่นั่นมีแหล่งผลิตนิวตรอนที่มีทั้งปริมาณและคุณภาพดี และได้ฝึกนักวิจัยด้าน neutron spectroscopy ที่สถาบัน Brockhouse Institute for Materials Research ด้วย ทันทีที่ได้ข่าวว่าตนกับ Shull ได้พิชิตรางวัลโนเบลพร้อมกับ Brockhouse ซึ่งเป็นคนถ่อมตัวมาก ได้เอ่ยบอกนิสิตปริญญาตรีที่กำลังสอนว่า “ผมคิดว่า งานที่ผมทำนั้นก็ยังงั้นๆ แต่ตอนนี้ผมคิดว่า ผมคงต้องคิดใหม่แล้ว” ในยามว่าง Brockhouse ชอบขี่มอเตอร์ไซค์ และร้องเพลงโอเปรา ครอบครัว Brockhouse มีลูก 6 คน และมีหลาน 10 คน เมื่อ Brockhouse ตายในวันที่ 13 ตุลาคม ค.ศ.2003 อายุของเขาเท่ากับ 85 ปี ทุกวันนี้อนุภาค phonon, magnon, exciton ฯลฯ เป็นอนุภาคที่นักฟิสิกส์รู้จักดี แต่อาจจะไม่ดีมากเท่าอะตอมและโมเลกุล อ่านเพิ่มเติมจาก Theory of Neutron Scattering from Condensed Matter โดย S.W. Lovesey จัดพิมพ์โดย Oxford, Clarendon Press ปี 1984 | |||||
สุทัศน์ ยกส้าน ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์ thx 4 http://www.manager.co.th/ |
การใช้คำว่า มืด ในที่นี้จึงเป็นคำที่เหมาะสม เพราะนักฟิสิกส์เองก็ยังไม่รู้ว่า มันมาจากไหนและเป็นอะไร แต่เราก็รู้ว่าถ้าเรารู้ธรรมชาติที่แท้จริงของสสารมืดเมื่อใด เราก็จะรู้ว่าอะไรทำให้กาแล็กซี่ต่างๆ อยู่กันเป็นกระจุกได้ และถ้าเราเข้าใจธรรมชาติของพลังงานมืด เราก็จะรู้ว่า เอกภพจะถึงจุดจบในลักษณะใด ย้อนอดีตไปเมื่อ 17 ปีก่อนวงการดาราศาสตร์ได้ตกตะลึงกับข่าวการเห็นอิทธิพลของพลังงานมืด โดยคณะนักดาราศาสตร์และนักดาราฟิสิกส์สองคณะซึ่งได้ศึกษาการระเบิดของ supernova ชนิด 1a ที่อยู่ไกลโพ้น เพื่อวิเคราะห์ธรรมชาติของการขยายตัวของเอกภพ นับตั้งแต่ที่เกิด Big Bang คือเมื่อ 13,700 ล้านปีก่อนจนถึงปัจจุบัน ความคาดหวังของนักดาราศาสตร์ทุกคนคือจะเห็นความเร็วในการขยายตัวช้าลงๆ เมื่อเวลาผ่านไป เพราะกาแล็กซี่หนึ่งจะถูกดึงดูดด้วยแรงโน้มถ่วงจากกาแล็กซี่อื่นๆ ทั้งหมดในเอกภพ แต่กลับได้เห็นความเร็วในการขยายตัวของเอกภพเพิ่มขึ้นตลอดเวลา นั่นคือ เอกภพกำลังขยายตัวด้วยความเร่ง เสมือนว่าถูกแรงลึกลับที่ไม่มีใครรู้จักมาก่อนทั้งผลักทั้งดันกาแล็กซี่ต่างๆ ให้มันมีความเร็วยิ่งขึ้นๆ Michael Turner จึงได้ตั้งชื่อพลังงานปริศนานั้นว่า พลังงานมืด การค้นพบที่ยิ่งใหญ่สำคัญและน่าตกตะลึงนี้ทำให้ Adam Riess กับ Brian Schmidt แห่ง Australian National University ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2011 ร่วมกับ Saul Perlmutter แห่ง Lawrence Berkeley National Laboratory ในสหรัฐอเมริกา เมื่อไม่มีใครรู้เกี่ยวกับธรรมชาติที่แท้จริงของพลังงานมืด ปัญหานี้จึงเป็นปัญหาที่ฮ็อตมากที่สุดในวงการดาราศาสตร์ปัจจุบัน ที่นักเอกภพวิทยาและนักดาราฟิสิกส์ทุกคนสนใจ นักดาราฟิสิกส์บางคนคิดว่า พลังงานมืดเป็นแรงชนิดใหม่ที่มีอยู่ทั่วไปในอวกาศ เหมือนอากาศที่มีอยู่ในบอลลูน หรืออาจจะเป็นเพียงภาพลวงตา คือไม่มีจริง แต่ถ้าพลังงานมืดไม่มีในธรรมชาติ นั่นแสดงว่า นักฟิสิกส์ยังไม่เข้าใจทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein อย่างถ่องแท้ หรือพลังงานมืดอาจเป็นสมบัติหนึ่งของสุญญากาศที่สามารถทำให้อวกาศขยายตัวได้ ตามแนวความคิดเรื่องค่าคงตัวของเอกภพ (cosmological constant) ที่ Einstein ได้เคยนำมาใช้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปตั้งแต่ปี 1917 โดย Einstein คิดว่า ค่าคงตัวของเอกภพที่มีในสุญญากาศมีอิทธิพลต่อต้านแรงโน้มถ่วง ในการหาคำตอบสำหรับปัญหานี้ ประเด็นสำคัญประเด็นหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ต้องหาคำตอบให้ได้เป็นประการแรกคือ ขณะที่เอกภพกำลังขยายตัวนี้ ความหนาแน่นของพลังงานมืดเปลี่ยนแปลงเช่นไร หรือไม่ เพราะถ้าพลังงานมืดคือค่าคงตัวของเอกภพ ความหนาแน่นของพลังงานมืดก็ย่อมไม่เปลี่ยน คือ ต้องมีค่าคงตัวตามชื่อ แต่ถ้าพลังงานมืดเป็นอะไรบางอย่างที่แอบแฝงเต็มในเอกภพ ดังนั้นเมื่อเอกภพขยายตัว ค่าความหนาแน่นของพลังงานมืดย่อมมีค่าลดลงตามกาลเวลา | |||||
วิธีแรก เป็นการวิเคราะห์ประวัติการขยายตัวของเอกภพ โดยการศึกษา supernova ชนิด 1a ซึ่งระเบิดตัวเองและปลดปล่อยแสงออกมา เพราะ supernova ชนิด 1 a ทุกดวงจะปล่อยแสงออกมาในปริมาณเท่ากันเวลาจะจบชีวิต ดังนั้นนักดาราศาสตร์จะสามารถระบุได้ว่า supernova นั้นอยู่ห่างจากโลกเพียงใด โดยการวัดความสว่างของแสงที่เห็น แต่ในขณะเดียวกันเอกภพก็กำลังขยายตัวด้วย ซึ่งมีผลทำให้ supernova เคลื่อนที่หนีจากโลก ดังนั้นแสงจาก supernova เมื่อเดินทางถึงโลกจะมีความยาวคลื่นมากขึ้น (แสงต่างๆ จะมีสีแดงขึ้นคือถูก redshifted) ปริมาณความยาวคลื่นที่เปลี่ยนไปจะบอกให้รู้ว่า supernova ดวงนั้นมีความเร็วเพียงใด ส่วนการวัดระยะทางที่ supernova อยู่ห่างจากโลก ก็สามารถกระทำได้โดยการวัดความเข้มแสงที่จะลดลงตลอดเวลาด้วยเหตุนี้ จากข้อมูลความเร็วและเวลานักดาราศาสตร์ก็สามารถระบุได้ว่า เอกภพกำลังขยายตัวอย่างไรตลอดระยะเวลาที่ผ่านมา วิธีวัดวิธีที่สอง คือ ศึกษาผลกระทบที่พลังงานมืดกระทำต่อกระจุกกาแล็กซี่ ซึ่งอยู่ในตำแหน่งใกล้ๆ กันเป็นกลุ่ม โดยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ทำให้กาแล็กซี่เคลื่อนที่เข้าหากัน แต่พลังงานมืดมีอิทธิพลตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง ดังนั้นมันจะผลักกาแล็กซี่ออกจากกันทำให้ความพยายามในการเกาะกลุ่มเป็นกระจุกของกาแล็กซี่เชื่องช้าลง ด้วยเหตุนี้ถ้านักดาราศาสตร์ศึกษากระจุกกาแล็กซี่ที่มีสมาชิกต่างๆ กัน ข้อมูลที่ได้จะแสดงให้เห็นธรรมชาติของพลังงานมืดได้ ในปี 2013 คณะนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ 120 คนที่ทำงานวิจัยในโครงการ Dark Energy Survey (DES) มูลค่า 1,600 ล้านบาท ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตรที่ Cerro Tololo Inter – American Observatory ใน Chile ศึกษากาแล็กซี่ประมาณ 200 -300 ล้านกาแล็กซี่ ที่อยู่กันเป็นกระจุก (cluster) ประมาณ 100,000 กระจุก และได้วิเคราะห์ supernova 4,000 ดวงที่ระเบิดในกาแล็กซี่ต่างๆ (กาแล็กซี่บางกาแล็กซี่ ณ เวลาที่สังเกตอาจไม่มีการระเบิดของ supernova) เพื่อวัดความหนาแน่นของพลังงานมืด และวัดค่าคงตัวของเอกภพ และค้นหาแรงชนิดใหม่ในธรรมชาติ เพื่อจะตอบคำถามที่ว่า เอกภพมีพลังงานมืดหรือไม่ และทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยังสมบูรณ์ดี หรือบกพร่อง นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์บางกลุ่มก็กำลังสนใจค้นหาสสารมืดที่หลายคนคิดว่ามีอยู่ระหว่างกาแล็กซี่ เพื่อวิเคราะห์แรงโน้มถ่วงที่เกิดจากสสารมืดว่าจะเบี่ยงเบนรังสีของแสงจากกาแล็กซี่ ขณะเคลื่อนที่ผ่านสสารมืดว่าเป็นอย่างไร ซึ่งถ้าการเบี่ยงเบนเป็นจริง ภาพของกาแล็กซี่ที่เห็นจะบิดเบี้ยวเล็กน้อย ปรากฏการณ์นี้เรียก weak lensing ด้านนักวิทยาศาสตร์ยุโรปแห่ง European Space Agency ก็ได้วางแผนจะปล่อยจรวดนำกล้องโทรทรรศน์อวกาศชื่อ Euclid มูลค่า 19,000 ล้านบาทขึ้นอวกาศเพื่อศึกษาปรากฏการณ์ weak lensing ด้วย และในเวลาเดียวกันนักวิทยาศาสตร์สหรัฐฯ ก็ได้เสนอโครงการ Large Synoptic Survey Telescope ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่เลนส์ของกล้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 8.4 เมตร และกล้องมีมูลค่า 15,500 ล้านบาทเพื่อศึกษาธรรมชาติของพลังงานมืดด้วย | |||||
นอกจากพลังงานมืดแล้ว วงการนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็สนใจศึกษาธรรมชาติของสสารมืดด้วย นักดาราศาสตร์นั้นได้รู้มานานแล้วว่า ในอวกาศมีอะไรบางอย่างที่ส่งแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงกระทำต่อบรรดาดาวฤกษ์ที่อยู่ในกาแล็กซี่จนทำให้กาแล็กซี่สามารถคงรูปได้ ความสงสัยว่าเอกภพมีสสารมืดได้เกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 1933 เมื่อนักดาราศาสตร์ชาวสวิสชื่อ Fritz Zwicky ได้พบว่า กาแล็กซี่ต่างๆ ที่อยู่เป็นกลุ่มในกระจุกกาแล็กซี่ Coma ต่างก็เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง จนแรงโน้มถ่วงที่มีในกระจุกไม่น่าจะเพียงพอในการทำให้มันทรงสภาพเป็นกระจุกได้ Zwicky จึงสันนิษฐานว่า จะต้องมีสสารลึกลับบางชนิดที่ตามองไม่เห็นซึ่งกำลังทำให้กระจุกกาแล็กซี่ทรงสภาพอยู่ได้ เขาจึงเรียกสสารลึกลับนั้นว่า dunkle materie หรือ dark matter ความคิดของ Zwicky เกี่ยวกับสสารมืดได้รับการสนับสนุนในอีก 40 ปีต่อมา เมื่อนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์สตรีชาวอเมริกันชื่อ Vera Rubin ได้พบว่า ความเร็วของดาวฤกษ์ต่างๆ ในกาแล็กซี่ ขณะโคจรไปรอบจุดศูนย์กลางของกาแล็กซี่นั้นมีความเร็วสูงเกินที่จะทำให้มันสามารถคงอยู่ในกาแล็กซี่ได้ นั่นคือ Rubin ได้พบว่า ดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลจากจุดศูนย์กลางของกาแล็กซี่มีความเร็วใกล้เคียงกับดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ศูนย์กลาง เสมือนดาวเคราะห์แคระพลูโตมีความเร็วพอๆ กับดาวพุธ เธอจึงสันนิษฐานว่า ในแต่ละกาแล็กซี่มีสสารมืดที่ดึงดูดดาวฤกษ์ไว้ ทำให้ดาวฤกษ์ดวงนั้นเป็นสมาชิกดวงหนึ่งของกาแล็กซี่ นี่คือหลักฐานชิ้นแรกๆ ที่ชี้นำว่า สสารมืด มีจริง แต่หลักฐานที่มีน้ำหนักที่สุด คือ หลักฐานที่ได้จากการศึกษา cosmic microwave background หรือรังสีไมโครเวฟภูมิหลัง (CMB) ที่เกิดหลังการระเบิด Big Bang ที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศของ NASA ชื่อ Wilkinson Microwave Anisotropy Probe ได้วัดความแปรปรวนของอุณหภูมิของรังสี ภูมิหลังจากการระเบิดใหม่ๆ ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่สสารธรรมดากับสสารมืดมีอันตรกริยากันอย่างรุนแรง การวัดอุณหภูมิที่ละเอียดแสดงให้เห็นว่า สสารที่มีในเอกภพ 72% เป็นสสารมืด | |||||
แต่ในการได้มาซึ่งโครงสร้างระยะเริ่มต้นของเอกภพ นักฟิสิกส์ทฤษฎีได้สมมติว่าสสารมืดมีอุณหภูมิค่อนข้าง “ต่ำ” เพราะมันประกอบด้วยอนุภาคที่มีมวลประมาณ 1000 เท่าของโปรตอน และเคลื่อนที่ค่อนข้างช้า ผลที่ตามมาประการหนึ่ง คือ สสารมืดที่มีอุณหภูมิต่ำนี้ จะทำให้บริเวณแกนกลางของกาแล็กซี่เป็นสถานที่สสารมืดอยู่กันอย่างแออัดจนบริเวณใจกลางมีความความหนาแน่นมาก ซึ่งไม่ตรงกับความจริง เพราะกาแล็กซี่ที่มีในธรรมชาติ อันตรกริยาระหว่างสสารมืดกับสสารธรรมดาทำให้ความหนาแน่นของสสารมืดที่บริเวณแกนกลางมีค่าไม่สูง ทางออกสำหรับข้อขัดแย้งนี้คือ ให้สสารมืดมีอุณหภูมิสูงกว่าปกติเล็กน้อย และให้ประกอบด้วยอนุภาคที่เบากว่าโปรตอนประมาณ 1 ล้านเท่า แบบจำลองที่ได้ให้ผลสอดคล้องกับผลการสังเกตดีขึ้น จึงเป็นว่า นักฟิสิกส์ที่สนใจเรื่องอุณหภูมิของสสารมืด ต้องค้นหาทางออกต่อไปโดยการศึกษาธรรมชาติของกาแล็กซี่แคระ (dwarf galaxy) ที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์น้อยกว่า 1 แสนดวง ด้านนักฟิสิกส์อนุภาคมูลฐานก็สนใจเรื่องสสารมืดเช่นกัน เพราะมีทฤษฎีชื่อทฤษฎี supersymmetry ที่ได้พยากรณ์ว่า ธรรมชาติยังมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่ง ที่มีมวลประมาณ 200-300 เท่าของโปรตอน แต่มีอันตรกริยาค่อนข้างน้อยกับอนุภาคอื่นๆ และอนุภาคมวลมากแต่มีอันตรกริยาน้อย (weakly interacting massive particle หรือ WIMP) นี้อาจเป็นสสารมืดของนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ก็ได้ และนักฟิสิกส์เหล่านี้ก็กำลังหวังว่าเครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider (LHC) ที่ CERN ในสวิสเซอร์แลนด์สามารถสร้างอนุภาค Wimp นี้ได้ ถ้ามีการเพิ่มพลังงานของโปรตอนที่จะพุ่งมาชนกัน ไม่ว่านักฟิสิกส์จะพบหรือไม่พบ WIMP แฝงอยู่ในเครื่องเร่งอนุภาค LHC ก็ตาม นักดาราศาสตร์ก็คงไม่คิดจะเปลี่ยนวิธีค้นหาสสารมืดตามแนวที่ตนได้วางไว้ คือ หาจากการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของกาแล็กซี่ต่างๆ เช่น จากกระจุกกาแล็กซี Abell 1689 ที่นักดาราศาสตร์สงสัยว่ามีสสารมืดแอบแฝงอยู่มาก และจากกาแล็กซี Aquarius ที่มีขนาดใหญ่พอๆ กับทางช้างเผือกของเรา อ่านเพิ่มเติมจาก “The Dark Matter Problem” โดย Robert H. Sanders จัดพิมพ์โดย Cambridge University Press, 2010 | |||||
เกี่ยวกับผู้เขียน สุทัศน์ ยกส้าน ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์ thx 4 http://www.manager.co.th/ |
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)