Max Planck ผู้ให้กำเนิดความคิดเรื่องควอนตัมเคยกล่าวถึงกฎทรงพลังงานในวิชาวิทยาศาสตร์ว่าเป็นกฎที่สำคัญที่สุดกฎหนึ่งในธรรมชาติ กฎนี้มีใจความว่า ถึงแม้พลังงานจะสามารถเปลี่ยนรูปแบบได้ แต่พลังงานลัพธ์จะคงตัวเสมอ และสำหรับคำถามที่ว่าใครคือผู้พบกฎนี้ ประวัติศาสตร์ก็ได้บันทึกว่า นักวิทยาศาสตร์หลายคนพบกฎทรงพลังงาน คือ ต่างคนต่างพบ แต่บุคคลผู้มีบทบาทสำคัญในการพบและยืนยันในความถูกต้องสมบูรณ์ของกฎนี้คือ Hermann von Helmholtz ผู้เป็นทั้งนักฟิสิกส์ นักปรัชญา และแพทย์ การที่ Helmholtz เพราะพบกฎทรงพลังงาน เพราะเขาเป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีผู้มีความละเอียดรอบคอบ เป็นนักคณิตศาสตร์ และเป็นแพทย์ผู้รู้การทำงานของตา และหูของคน
Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz เกิดที่เมือง Potsdam เมื่อวันที่ 31 สิงหาคม พ.ศ. 2364 (รัชสมัยสมเด็จพระพุทธเลิศหล้านภาลัย) บิดามีอาชีพเป็นครูสอนภาษาเยอรมัน ปรัชญา คณิตศาสตร์ และฟิสิกส์ ที่โรงเรียนมัธยมแห่งหนึ่งในเมือง Potsdam ส่วนมารดาเป็นคนเฉลียวฉลาดที่ชอบแต่งตัวเรียบง่าย ครอบครัวมี Helmholtz เป็นบุตรคนโต
ในวัยเด็ก Helmholtz เรียนหนังสือได้ช้า และเพื่อไม่ให้บิดามารดาของ Helmholtz กังวลใจ ญาติคนหนึ่งของ Helmholtz จึงเขียนจดหมายบอกบิดามารดาของ Helmholtz ว่า ในสมัยที่ยังเป็นเด็ก Alexander von Humboldt ผู้ยิ่งใหญ่ ก็เรียนอะไรๆ ไม่รู้เรื่องเหมือนกัน แต่เมื่ออายุ 8 ขวบ แววอัจฉริยะของ Helmholtz จึงเริ่มฉายแสง
ครั้นเมื่อ Helmholtz เรียนสูงขึ้นๆ เขาก็ทำให้ครูที่สอนประหลาดใจ เมื่อพบว่า Helmholtz สามารถเรียนคณิตศาสตร์ โดยเฉพาะวิชาเรขาคณิตได้รวดเร็ว ทั้งนี้เพราะ Helmholtz รู้สึกว่าคณิตศาสตร์เป็นวิชาที่มีกฎและเป็นระเบียบ แต่สำหรับวิชาประวัติศาสตร์ Helmholtz ทำคะแนนได้ไม่ดี เพราะจำอะไร ไม่ค่อยได้ แต่เมื่อเรียนเรขาคณิตมากขึ้นๆ Helmholtz ก็รู้สึกว่าวิชานี้มีความเป็นนามธรรมสูงมาก เพราะตนต้องการสัมผัสสิ่งที่เป็นรูปธรรมมากกว่า ดังนั้น Helmholtz จึงตัดสินใจเรียนวิทยาศาสตร์แทน และเมื่อรู้ว่านักฟิสิกส์เชื่อว่า ปรากฏการณ์ในธรรมชาติเกิดขึ้นตามกฎเกณฑ์ที่มนุษย์สามารถค้นหาได้ Helmholtz จึงรู้สึกโดนใจมาก และความรู้สึกนี้ได้ติดตรึงใจเขาไปจนตลอดชีวิต
การที่บิดามีฐานะยากจนจึงไม่สามารถส่งเสีย Helmholtz ให้เรียนถึงระดับมหาวิทยาลัยได้ ดังนั้น Helmholtz จึงต้องหาทุนเรียนเอง โดยได้สมัครเรียนแพทย์เพื่อชิงทุนรัฐบาล ในปี 2381 Helmholtz ได้เข้าเรียนแพทย์ที่ Friedrich Wilhelm Institute of Medicine and Surgery ที่ Berlin โดยมี Johannes Muller เป็นอาจารย์สอน และเวลาต้องการพักผ่อนจากความคร่ำเคร่ง Helmholtz มักอ่านหนังสือคณิตศาสตร์ของ Euler, Bernoulli, d Alembert และอ่านกวีนิพนธ์ของ Goethe กับปรัชญาของ Kant
เมื่อสำเร็จการศึกษา Helmholtz ต้องรับใช้ชาติโดยการเป็นศัลยแพทย์ในกองทัพนานถึง 8 ปี แต่นับว่าโชคดีที่ Helmholtz สามารถทดลองวิทยาศาสตร์ในค่ายทหารได้ เขาจึงรู้สึกไม่เบื่อชีวิตนัก
โลกวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น มีคำถามหนึ่งที่ Justus von Liebig นักเคมีผู้ยิ่งใหญ่ได้เคยตั้งไว้ คือ พลังงานในสิ่งมีชีวิตเกิดจากกระบวนการเผาผลาญอาหารใช่หรือไม่
ในการตอบคำถามนี้ Helmholtz ได้พบว่า การเผาผลาญพลังงานในกล้ามเนื้อ ทำให้เกิดพลังงานความร้อน ซึ่งจะถูกร่างกายของสิ่งมีชีวิตขับออกมา
ในเวลาเดียวกัน Bernoulli, d Alembert และคนอื่นๆ ก็ได้พบกฎทรงโมเมนตัม เพราะการทดลองด้านอุณหพลศาสตร์ของ Helmholtz ทำให้เขารู้ว่าวิธีที่จะทำให้เครื่องจักรกลสามารถทำงานได้ คือ เปลี่ยนพลังงานที่ได้รับจากภาพนอก ให้ปรากฏเป็นพลังงานรูปอื่นเท่านั้น และนั่นก็หมายความว่า การจะสร้างเครื่องจักรกลให้ปล่อยพลังงานออกมาตลอดเวลา โดยไม่ให้พลังงานแก่เครื่องจักรกลเลยเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้
เมื่อประจักษ์ในความจริงนี้ ในปี 2390 Helmholtz จึงเสนอผลงานวิจัยของเขาต่อสมาคมฟิสิกส์ที่ Berlin เรื่อง On the Conservation of Energy ซึ่งมีใจความว่า พลังงานไม่สูญหายและพลังงานในจักรวาลมีค่าคงตัว จากนั้น Helmholtz ก็ได้ใช้กฎที่เขาตั้งขึ้นนี้ ศึกษาอะตอมในสสาร ซึ่งทฤษฎีอะตอมในสมัยนั้นแถลงว่า เวลาเกิดปฏิกิริยาเคมี สมบัติของอะตอมต่างๆ ไม่เปลี่ยนแปลง จะมีก็แต่เหตุการณ์อะตอมจัดเรียงตัวใหม่เท่านั้น Helmholtz ได้เพิ่มเติมความรู้เรื่องนี้ว่า ในการเรียงตัวใหม่ การเคลื่อนที่ของอะตอมหรือโมเลกุลขึ้นโดยตรงกับความร้อน นั่นคือ พลังงานความร้อนเป็นปฏิภาคตรงกับพลังงานจลน์ของอะตอม ด้วยเหตุนี้ Helmholtz จึงแถลงว่าในการอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้กฎทรงพลังงาน และกฎทรงมวลเป็นหลัก (อ่านต่อฉบับวันอังคารหน้า)
สุทัศน์ ยกส้าน ผู้เชี่ยวชาญพิเศษ สสวท
