xs
xsm
sm
md
lg

Wolfgang Ernst Pauli อัจฉริยะ “ทายาท” ของไอน์สไตน์ (1)

เผยแพร่:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน

Wolfgang Ernst Pauli
W.E. Pauli เกิดที่กรุง Vienna ในออสเตรียเมื่อวันที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2443 ได้เข้าศึกษาชั้นมัธยมที่โรงเรียน Doblingen Gymnasium ใน Vienna เมื่ออายุ 16 ปี ได้อ่านผลงานของ Einstein เพราะเบื่อฟิสิกส์ง่ายๆ ที่ครูสอน และอีก 2 ปีต่อมา ได้ตีพิมพ์งานวิจัยชิ้นแรกซึ่งว่าด้วยทฤษฎีสนามรวมของแรงโน้มถ่วงกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่ออายุ 18 ปี Pauli สำเร็จปริญญาตรีจากมหาวิทยาลัย Munich ระดับเกียรตินิยม และสำเร็จการศึกษาระดับดุษฎีบัณฑิตเมื่ออายุ 21 ปี โดยมี Arnold Sommerfeld เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ และก่อนสำเร็จการศึกษาสองเดือน Sommerfeld ได้ให้ Pauli เขียนรายงานเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ซึ่ง Pauli ก็ได้วิเคราะห์และวิพากษ์ทฤษฎีของ Einstein อย่างลึกซึ้งออกมาเป็นหนังสือที่หนา 237 หน้า จนทำให้ Einstein รู้สึกชื่นชมและแปลกใจมาก เมื่อรู้ว่าคนเขียนมีอายุเพียง 21 ปี เมื่อสำเร็จปริญญาเอก Pauli ได้ไปทำงานเป็นผู้ช่วยของ Max Born (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ 2497) ที่มหาวิทยาลัย Gottingen และได้พบกับ Niels Bohr (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2465) ด้วย

ผลงานที่โดดเด่นที่สุดของ Pauli คือ การพบหลักการห้ามซ้อนทับ (Exclusion Principle) ซึ่งทำให้ได้รับรางวัลโนเบล ปี 2488 (ก่อนอาจารย์ Max Born เสียอีก) และการตั้งสมมติฐานที่ได้รับการพิสูจน์ในเวลาต่อมาว่าจริง คือ ธรรมชาติมีอนุภาค neutrino เพราะถ้าไม่มี กฎทรงพลังงานที่ศักดิ์สิทธิ์จะใช้ไม่ได้ และเป็นบุคคลแรกที่รู้ว่า อนุภาคอิเล็กตรอนมี spin ซึ่งเป็นสมบัติเชิงควอนตัมที่แสดงให้เห็นว่า อิเล็กตรอนหมุนได้รอบตัวเอง จึงมีโมเมนตัมเชิงมุมด้วย

การสืบค้นประวัติความเป็นมาของตระกูล Pauli ทำให้รู้ว่า ปู่ของ Pauli มีฐานะร่ำรวยและมีบ้านอยู่ที่จัตุรัสในเมือง Prague ของประเทศเชโกสโลวะเกีย และปู่มีลูกชายชื่อ Wolfgang Joseph Pauli ซึ่งมีอาชีพเป็นแพทย์ ผู้ต่อมาได้อพยพไปตั้งคลินิกที่ Vienna ในออสเตรีย เมื่อแต่งงานกับ Berta Camilla Schultz ก็ได้ลูกคนแรกชื่อ Wolfgang Ernst Pauli หลังจากนั้นไม่นาน บิดาก็เลิกอาชีพแพทย์ และหันไปสนใจเคมี จนได้รับแต่งตั้งให้เป็นศาสตราจารย์เคมีแห่งมหาวิทยาลัย Vienna การมีพ่อเป็นนักเคมีทำให้ Pauli สนใจฟิสิกส์ และเคมีมาตั้งแต่เด็ก Pauli รู้สึกศรัทธานักฟิสิกส์ชื่อ Ernst Mach ซึ่งเป็นครูที่สอนตนมา จึงขอชื่อ Ernst ของครูมาเป็นชื่อกลางของตน

Pauli ได้พบ Einstein ตัวจริงเป็นครั้งแรกในที่ประชุมฟิสิกส์ที่เมือง Bad Nauheim ในเยอรมนี เมื่อวันที่ 16 - 25 กันยายน พ.ศ. 2463 และพบอีกครั้งในอีก 7 ปีต่อมา ในการประชุม Solvay ครั้งที่ 5 และได้ยินจากปากของ Einstein ว่าไม่ชอบแนวคิดของทฤษฎีควอนตัม

ขณะทำงานที่มหาวิทยาลัย Gottingen กับ Born Pauli ได้พบหลักห้ามซ้อนทับกันของอิเล็กตรอน ซึ่งมีใจความสั้นๆ ว่า อิเล็กตรอน 2 ตัวในอะตอมไม่สามารถมีสมบัติการเคลื่อนที่ที่เหมือนกันทุกประการได้ ก่อนที่ Pauli จะพบหลักการนี้ นักวิทยาศาสตร์ทุกคนรู้ความจริงว่า อนุภาค 2 ตัวจะอยู่ที่เดียวกัน ณ เวลาเดียวกันไม่ได้ แต่ Pauli ได้พบความจริงเพิ่มเติมว่า อนุภาค 2 ตัว จะมีสภาพการเคลื่อนที่เหมือนกันทุกประการไม่ได้ (ซึ่งสภาพการเคลื่อนที่นั้นหมายถึง มีโมเมนตัมในแนว X, Y, Z และหมุนทวนเข็มนาฬิกาหรือตามเข็มนาฬิกา) ความรู้นี้ไม่มีใครรู้มาก่อน ดังนั้น เมื่อ Pauli นำมาใช้อธิบายโครงสร้างของอะตอมในตารางธาตุ (periodic table) หลักการนี้ก็ได้ทำให้นักเคมีเห็นความแตกต่างเชิงกายภาพของธาตุต่าง ๆ ในธรรมชาติได้หมด และทำให้เข้าใจที่มาของตารางธาตุของ Mendelev ได้อย่างสมบูรณ์ รวมถึงเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างสถิติกับ spin ด้วย

นอกจากนี้ หลัก Exclusion Principle ก็ยังสามารถนำไปใช้อธิบายธรรมชาติของอนุภาคมูลฐาน โครงสร้างของนิวเคลียส และธรรมชาติของอิเล็กตรอนในโลหะได้ด้วย

สำหรับผลงานอื่นๆ ที่สำคัญของ Pauli คือ การอธิบายที่มาของ hyperfine structure ของ spectrum ซึ่งเป็นเส้นแสงความเข้มน้อยที่อยู่ใกล้เส้นแสงความเข้มมากและเด่นในสเปกตรัมของธาตุ การอธิบายสมบัติ paramagnetism ของโลหะ และการนำทฤษฎีควอนตัมมาใช้อธิบายสมบัติเชิงกายภาพของโลหะ

สุทัศน์ ยกส้าน เมธีวิจัยอาวุโส สกว.
Einstein
กำลังโหลดความคิดเห็น