ร่วมฉลอง 100 ปีมหัศจรรย์ของไอน์สไตน์ด้วยผลงานไขปริศนา ว่าทำไมแสงจึงกระเด้งอิเล็กตรอนให้หลุดจากโลหะทั้งที่ไม่น่าจะเป็นไปได้อย่าง “ปรากฏการณ์โฟโตอิเลกตริก” ทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าแสงเป็นได้ทั้งอนุภาคและคลื่น 1 ใน 3 ผลงานยิ่งใหญ่ที่นำโลกเข้าสู่ยุคใหม่ รวมถึงเป็นพื้นฐาน “กลศาสตร์ควอนตัม” วิชาการเพื่อเทคโนโลยีไฮเทค
ปีนี้ถือเป็นปีที่มีความสำคัญต่อวงการวิทยาศาสตร์ เนื่องจากโอกาสครบ 100 ปีมหัศจรรย์ (Miraculous Year) ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) โดยในปี พ.ศ.2448 นักฟิสิกส์ชื่อก้องโลกแต่ไม่เป็นที่รู้จักในขณะนั้น ใช้เวลาว่างระหว่างทำงานเป็นเสมียนตรวจสอบสิทธิบัตรที่เบิร์น (Bern) สร้างสรรค์ผลงานทางวิชาการถึง 5 ผลงาน ในระยะเวลาเพียง 4 เดือน ซึ่ง 3 ผลงานที่ปฏิวัติโลกคือ “ปรากฏการณ์โฟโตอิเลกตริก” (Photoelectric Effect) “การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน” (Brownian Motion) และ “ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ” (Special Theory of Relativity)
...วันนี้ไปทำความรู้จัก “ปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริก” ของไอน์สไตน์กันคร่าวๆ ...
วันที่ 17 มี.ค.ในปีที่ไอน์สไตน์สร้างผลงานมหัศจรรย์นั้น เพิ่งผ่านวันครบรอบ 26 ปีของเขาได้เพียง 3 วัน เขาก็สร้างผลงานชิ้นแรกที่สะเทือนวงการวิทยาศาสตร์ นั่นคือเอกสารหัวข้อ “มุมมองจากการค้นคว้าเกี่ยวกับผลและการเปลี่ยนรูปของแสง” (A heuristic point of view concerning at the time) ที่ตีพิมพ์ในวารสารเยอรมัน “อันนาเลน แดร์ ฟิสิก” (Annalen der Physik)
เอกสารฉบับนี้ไขข้องใจพฤติกรรมแปลกๆ ของแสงซึ่งทฤษฎีเท่าที่มีอยู่ในเวลานั้นไม่สามารถอธิบาย ไอน์สไตน์สามารถอธิบายปริศนาว่าทำไมแสงหรือแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ จึงทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากโลหะได้ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่าโฟโตอิเลกทริก (Photoelectric Effect) ด้วยแนวคิดแสงเป็นก้อนพลังงาน (light quantum) ทำให้บอกได้ว่าเพราะอะไร ผลงานของเขายืนยันว่าแสงเป็นอนุภาคได้ ทุกวันนี้เราเรียกอนุภาคแสงที่มีพฤติกรรมดังกล่าวว่า “โฟตอน” (photon)
ความคิดว่าแสงเป็นอนุภาคนี้มีแรงกระตุ้นมาจากผลงานของ แมกซ์ พลังค์ (Max Planck) นักวิทยาศาสตร์คนสำคัญของวงการอีกคน พลังค์ได้เสนอกฎการแผ่รังสีของวัตถุดำ (black-body) จากการตั้งสมมติฐานว่าพลังงานส่องสว่างที่วัตถุดำดูดกลืนหรือปลดปล่อยนั้นจะออกมาเป็นจำนวนที่ไม่ต่อเนื่อง เรียกก้อนพลังงานดังกล่าวว่า “ควอนตัม” (quantum)
ดังนั้นมุมมองของไอน์สไตน์เกี่ยวกับอนุภาคแสงจึงแย้งกับความคิดของ เจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวล (James Clerk Maxwell) และนักฟิสิกส์ทุกคน สมการของแมกซ์เวลล์ (Maxwell’s equations) เป็นที่รู้จักกันดีในหมู่นักศึกษาและนักฟิสิกส์ สมการของเขาอธิบายพฤติกรรมแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงว่าเป็นคลื่น อีกทั้งยังมีการทดลองอีกนับไม่ถ้วนที่ยืนยันว่าแสงเป็นคลื่น อย่างไรก็ดีปัจจุบันเราทราบกันดีว่าแสงสามารถแสดงพฤติกรรมเป็นอนุภาคหรือคลื่นก็ได้
ถึงแม้ว่าจะมีการทดลองที่ยืนยันว่าความคิดของไอน์สไตน์ถูกต้อง แต่ก็ไม่เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวาง จนกระทั่งเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี พ.ศ.2464 ด้วยผลงานเกี่ยวกับโฟโตอิเลกทริก จากนั้นนักฟิสิกส์สวนใหญ่ก็เริ่มเชื่อว่าความคิดของเขาถูกต้อง คือแสงประพฤติตัวเป็นอนุภาคก็ได้ นอกจากนี้คำอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเลกทริกยังเป็นพื้นฐานวิชา “กลศาสตร์ควอนตัม” ที่มีความสำคัญต่อการพัฒนาเทคโนโลยีโลกยุคใหม่อีกด้วย
สำหรับการฉลองครบรอบ 100 ปีมหัศจรรย์นี้ ทางสหภาพสากลแห่งฟิสิกส์บริสุทธิ์และประยุกต์ (The International Union of Pure and Applied Physics: IUPAP) ได้ถือเป็นโอกาสอันดีในการเผยแพร่ความรู้ทางด้านฟิสิกส์ จึงประกาศให้เป็น “ปีแห่งฟิสิกส์โลก” (World Year of Physics) และต่อมาทางองค์การศึกษา วิทยาศาสตร์ และวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติหรือยูเนสโก ได้ประกาศให้ปี พ.ศ.2548 เป็น “ปีฟิสิกส์สากล” (International Year of Physics)
