ในช่วงที่ยังมีชีวิตอยู่ Lord Kelvin เป็นนักฟิสิกส์ผู้ได้รับการยกย่องและนับถือมากที่สุดคนหนึ่งของอังกฤษ ในฐานะที่มีผลงานด้านความร้อนและไฟฟ้าที่สำคัญมาก ชื่อฐานันดรศักดิ์ Kelvin นั้นมาจากชื่อแม่น้ำที่ไหลผ่านมหาวิทยาลัยกลาสโก (Glasgow) ในสกอตแลนด์ซึ่ง Kelvin ใช้ชีวิตทำงานที่นั่น ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ใช้ชื่อ เคลวิน เป็นหน่วยวัดอุณหภูมิ
William Thomson (ชื่อเดิมของ Kelvin) เกิดเมื่อวันที่ 26 มิถุนายน ค.ศ.1824 ที่เมือง Belfast ในไอร์แลนด์เหนือ พ่อชื่อ James แม่ชื่อ Margaret ครอบครัวนี้มีลูก 6 คน ชาย 4 คนกับหญิง 2 คน และ Thomson เป็นลูกคนที่ 4 ที่ได้กำพร้าแม่ตั้งแต่อายุ 6 ขวบ บิดาเป็นลูกชาวนา ผู้มีอาชีพเป็นครูสอนคณิตศาสตร์ที่ Royal Belfast Academical Institute ซึ่งได้พร่ำสอนหนังสือให้ลูกชายที่บ้าน
เมื่ออายุ 8 ขวบ บิดาได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์คณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Glasgow จึงได้อพยพครอบครัวไป Glasgow เพื่อให้บุตรชายได้เข้าเรียนฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Glasgow เมื่อ William Thomson ได้อ่านตำรากลศาสตร์ (Mechanique Celeste, 1829) ของ Laplace และทฤษฎีการนำความร้อนในของแข็ง (The Analytical Theory of Heat Conduction, 1822) ของ Jean Baptiste Joseph Fourier เขารู้สึกตื่นเต้นมากที่เห็นความสำคัญของคณิตศาสตร์ในฟิสิกส์ จึงเปลี่ยนไปเรียนคณิตศาสตร์แทนที่วิทยาลัย Peterhouse แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge จนสำเร็จการศึกษาเมื่ออายุ 21 ปี
ขณะเรียนที่มหาวิทยาลัย Cambridge William Thomson ได้รับรางวัลเรียนดี (Smith Prize) และเป็นนิสิตที่มีความสามารถมากจนอาจารย์ต้องระมัดระวังเวลาสอนหนังสือ เพราะนิสิต Thomas ได้พบที่ผิดในตำราที่ศาสตราจารย์ Philip Kelland เขียน และได้แก้ไขให้ถูกต้อง นอกจากนี้ Thomson ก็ยังมีผลงานตีพิมพ์ถึง 10 เรื่องในวารสาร Cambridge Mathematical Journal ทั้งๆ ที่ขณะนั้นยังเป็นนิสิตปริญญาตรี เมื่อสำเร็จการศึกษาที่ Cambridge Thomson ได้เดินทางไปปารีสเพื่อทำงานวิจัยคณิตศาสตร์ร่วมกับ Joseph Liouville, Augustus Louis Cauchy และ Jean Baptiste Biot ปราชญ์คณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่แห่งฝรั่งเศส จนมีผลงานที่โดดเด่น คือ พบวิธีหาศักย์ไฟฟ้าในกรณีที่มีประจุไฟฟ้าอยู่หน้าแผ่นตัวนำขนาดมโหฬารโดยใช้วิธีภาพ (method of images) และสร้างทฤษฎีการนำความร้อนในของแข็งเอกรูป
เมื่ออายุ 22 ปี William Thomson ได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Glasgow และทำงานประจำที่นั่นจนเกษียณ แม้มหาวิทยาลัย Cambridge จะเสนอตำแหน่งศาสตราจารย์แห่งห้องปฏิบัติการ Cavendish ให้ถึง 3 ครั้ง แต่ Thomson ก็ปฏิเสธทุกครั้ง
เมื่ออายุ 23 ปี Thomson ได้เข้าฟังสัมมนาของ James Prescott Joule และติดใจโดยเฉพาะประเด็นที่ว่า นอกจากพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ที่รู้จักกันดีในวิชากลศาสตร์แล้ว ความร้อนก็เป็นพลังงานอีกรูปแบบหนึ่งด้วย เขารู้สึกยินดีมากที่ Joule ชี้แนะความคิดใหม่ๆ ให้ จึงขอให้ Joule เป็นผู้ช่วยทดลองในห้องปฏิบัติการ ผู้มีหน้าที่ตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีต่างๆ ที่เขาคิด การร่วมมือกันทำงานทำให้คนทั้งสองได้พบปรากฏการณ์ Joule–Thomson และยังพบอีกว่า ที่อุณหภูมิ -273.15 องศาเซลเซียส สรรพสิ่งจะอยู่ในสภาพนิ่ง คือ ไร้การเคลื่อนที่ใดๆ
William Thomson ในวัย 27 ปี ได้รับเลือกเป็น Fellow of the Royal Society (F.R.S.) จึงนับว่าเป็นสมาชิกที่มีอายุน้อยที่สุดคนหนึ่งในประวัติศาสตร์ของสมาคมอันทรงเกียรตินี้
อีก 3 ปีต่อมา William Thomson กับ Rudolf Clausius ได้ตั้งกฎข้อที่ 2 ของวิชาความร้อน ซึ่งเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักรความร้อน และได้ศึกษาปริศนาอายุของโลก เพราะสนใจใคร่รู้อายุของโลกกับดวงอาทิตย์ มาตั้งแต่สมัยที่มีอายุ 20 ปี
สำหรับในการคำนวณหาอายุโลกนั้น William Thomson ได้ใช้ทฤษฎีการนำความร้อนของ Fourier โดยพิจารณาความร้อนที่ไหลจากใจกลางโลกผ่านชั้นหิน และดินซึ่งเป็นเนื้อโลกจนถึงผิวโลก เมื่อเขาพบว่าอัตราการไหลของความร้อนระหว่างตำแหน่ง 2 ตำแหน่งแปรผันโดยตรงกับผลต่างระหว่างอุณหภูมิที่ตำแหน่ง 2 ตำแหน่งนั้น และแปรผกผันกับระยะทางระหว่างตำแหน่งทั้งสอง และเมื่อเขารู้อีกว่า ที่ระดับลึก 1 กิโลเมตร อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น 36 องศาเซลเซียส และหินจะหลอมเหลวที่อุณหภูมิ 3,900 องศาเซลเซียส Thomson ก็คำนวณพบว่า โลกมีอายุไม่เกิน 20 ล้านปี (อายุของโลกจริงๆ เท่ากับ 4,567 ล้านปี) อายุที่สั้นเช่นนี้จึงไม่เพียงพอจะใช้อธิบายทฤษฎีวิวัฒนาการของ Darwin ได้ วงการวิชาการจึงตื่นเต้นมากเพราะเห็นความขัดแย้งระหว่างยักษ์ใหญ่ Darwin แห่งโลกชีววิทยา กับ Thomson ยักษ์ใหญ่แห่งโลกฟิสิกส์ แต่เมื่อถึงวันนี้ เราก็รู้แล้วว่าทฤษฎีของ Thomson ผิด เพราะเขามิได้พิจารณาความร้อนปริมาณมหาศาลที่เกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีใต้โลก
ส่วนผลงานอื่นๆ ที่สำคัญของ Thomson คือ การพัฒนาเทคนิคการวัดขนาดของอะตอม การสร้างกัลวาโนมิเตอร์แบบใช้กระจก และได้จดลิขสิทธิ์อุปกรณ์นี้ นอกจากนี้เขายังตั้งองค์กรให้คำแนะนำด้านวิทยาศาสตร์แก่บริษัทเอกชนที่สนใจโดยคิดค่าบริการ รวมถึงเป็นผู้รับผิดชอบโครงการวางสายเคเบิลโทรศัพท์ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกด้วย ผลงานนี้เองที่ทำให้ได้รับการโปรดเกล้าเป็น Sir เมื่ออายุ 42 ปี
ช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 เป็นช่วงเวลาที่ฟิสิกส์กำลังจะมีการปฏิวัติครั้งยิ่งใหญ่ อาทิเช่น James Clerk Maxwell ได้เสนอทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ Thomson คิดว่าทฤษฎีนั้นมีลักษณะเป็นคณิตศาสตร์มากไป และในขณะที่ Henri Becquerel พบปรากฏการณ์กัมมันตรังสี Thomson กลับอธิบายว่ากัมมันตรังสีเกิดจาก ether และเมื่อ Ernest Rutherford เสนอทฤษฎีการสลายตัวของอะตอม Thomson ก็ปฏิเสธไม่ยอมรับความคิดนี้เด็ดขาด เพราะยังยึดมั่นว่าอะตอมแตกตัวหรือแยกตัวไม่ได้
การรู้ผิดและมีความเห็นต่อต้านนักฟิสิกส์ที่มีความคิดก้าวไกลเกินตนเองมากเช่นนี้ได้ทำให้สิงห์เฒ่า Thomson เป็นที่เอือมระอาในวงการฟิสิกส์ แต่ขณะเดียวกันเขาก็ยังเป็นที่ยำเกรงของทุกคน เพราะในวัย 68 ปี Thomson ได้รับโปรดเกล้าฯ เป็น Baron Kelvin of Largs และเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกของอังกฤษที่ได้ตำแหน่ง Lord ฐานันดรศักดิ์นี้มิใช่ได้มาเพราะความสามารถ แต่เพราะเขาเป็นหัวหอกในการชักชวนคนสก็อตให้ต่อต้านชาวไอริชที่จะมีระบบการปกครองของตนเอง
เมื่ออายุ 71 ปี Kelvin ได้เคยพยากรณ์ว่า มนุษย์ไม่สามารถสร้างเครื่องบินได้ แต่อีก 8 ปีต่อมา Orville และ Wilbur Wright ก็ประสบความสำเร็จในการบินที่ Kitty Hawk นอกจากนี้ Kelvin ยังเคยโจมตีเทคโนโลยีวิทยุของ Guglielmo Marconi ว่าจะไม่มีบทบาทใดๆ ในสังคมสารสนเทศของมนุษย์เลย แต่การพัฒนาระบบวิทยุนี้ขึ้นมาได้ทำให้ Marconi ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1909
ตลอดชีวิต Kelvin มีผลงานวิจัยตีพิมพ์ 130 ชิ้น ได้รับปริญญากิตติมศักดิ์จากมหาวิทยาลัยฯ 9 สถาบัน และเกษียณชีวิตทำงานเมื่ออายุ 75 ปี
ในด้านชีวิตครอบครัว Kelvin เคยหลงรักหญิงสาวคนหนึ่งชื่อ Sabina Smith แต่เธอได้ปฏิเสธการขอแต่งงานของเขาถึง 3 ครั้ง ครั้นเมื่อ Kelvin มีชื่อเสียง Smith จึงรู้สึกเสียใจที่พลาดโอกาสยืนเคียงข้างคนดัง และ Kelvin ได้เข้าพิธีสมรสถึง 2 ครั้ง แต่ไม่มีทายาทสืบสกุล
Kelvin เสียชีวิตเมื่อวันที่ 17 ธันวาคม ค.ศ.1907 เมื่ออายุ 83 ปี ที่ Larg ในสกอตแลนด์ ศพถูกนำไปฝังที่ Westminster Abbey ใน London เคียงข้าง Isaac Newton
วาทะ และแนวคิดที่สำคัญของ Kelvin ที่ประทับใจอนุชนรุ่นหลังมีมากมาย เช่น Kelvin เชื่อว่า ถ้านักทดลองวัดอะไรเป็นตัวเลขไม่ได้ สิ่งที่คนนั้นรู้ไม่ใช่วิทยาศาสตร์ และระบบวิทยาศาสตร์ถ้าไม่มีแบบจำลอง ก็จะทำให้คนที่ศึกษาไม่เข้าใจระบบนั้นอย่างแท้จริง
ในบทบาทนักเทคโนโลยี Kelvin เป็นนักวิชาการที่ใช้หลักการวิทยาศาสตร์ในการออกแบบอุปกรณ์วิทยาศาสตร์เพื่อธุรกิจ จนประสบความร่ำรวย และเวลาเดินทางไปอเมริกา ข่าวการเยือนอเมริกาของ Kelvin จะขึ้นหน้าหนึ่งหนังสือพิมพ์ New York Times Kelvin ชอบให้สื่อมวลชนมาสัมภาษณ์ และเปิดโอกาสให้ถามทุกเรื่อง ไม่ว่าจะเป็นเรื่องวิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม การค้า หรือการเมือง เขาก็จะให้ความเห็นอย่างละเอียด การเปิดเผยเช่นนี้ทำให้ Kelvin เป็นขวัญใจของสื่อมวลชน
ในบทบาทของครู Kelvin ได้เขียนตำราฟิสิกส์ที่ครอบคลุมฟิสิกส์ในสมัยนั้นทุกแขนง ตำราที่เขียนร่วมกับ Peter Guthrie Tait ได้กลายเป็นตำราฟิสิกส์คลาสสิกที่ครูอังกฤษใช้สอน และนักเรียนใช้เรียนเป็นเวลานานร่วม 20 ปี
ในการวิเคราะห์ความคิด “เพี้ยนๆ” ของ Kelvin ในบั้นปลายของชีวิตนั้น Joseph Larmor นักฟิสิกส์ผู้มีชื่อเสียงคิดว่า คงเกิดจากการที่ Kelvin สนใจเทคโนโลยีและมุ่งหาเงินมากเกินไป เขาจึงใช้เวลาหมกมุ่นไปกับเรื่องนี้มากจนทำให้ไม่อาจรับแนวคิดใหม่ๆ ที่เกิดขึ้นพร้อมกันมากมายได้ เช่น ทฤษฎีควอนตัม ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทฤษฎีอะตอม ฯลฯ การทุ่มเทชีวิตไปในเรื่องที่มิใช่ฟิสิกส์ทำให้ Kelvin ตามกระแสโลกฟิสิกส์ไม่ทัน
Kelvin ก็ไม่ต่างกับ Einstein ตรงที่ว่า ในวัยหนุ่มคนทั้งสองมีความสามารถมาก แต่มาพลาดท่าในวัยชรา อาทิเช่น Einstein ปฏิเสธการยอมรับทฤษฎีควอนตัม และ Kelvin ปฏิเสธปรากฏการณ์กัมมันตรังสี แต่วงการวิชาการไม่ปรักปรำ Einstein เพราะผลงานเรื่องสัมพัทธภาพพิเศษและสัมพัทธภาพทั่วไปของเขายิ่งใหญ่ระดับเทพ ในขณะที่ผลงานของ Kelvin ยิ่งใหญ่ระดับธรรมดา
ดังจะเห็นในปี 1999 เมื่อบรรดาสมาชิกของสมาคมฟิสิกส์ในอังกฤษได้ลงคะแนนเลือกนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ตลอดกาล ชื่อของ Kelvin ไม่ติดอันดับ 30 คนแรก ทั้งๆ ที่ในปี 1964 ชื่อ Kelvin ได้รับเกียรติให้เป็นชื่อของ หน่วยวัดอุณหภูมิที่ได้กำหนดให้จุดร่วมสาม (triple point) ของน้ำซึ่งเป็นอุณหภูมิที่น้ำในสถานะของแข็ง ของเหลว และแก๊สอยู่ในสมดุล ว่ามีค่า 273.16 เคลวิน ในขณะที่อุณหภูมิ 0 เคลวินมีค่า -273.15 องศาเซลเซียส
เพราะการกำหนดเช่นนี้ไม่มีเหตุผลเชิงวิทยาศาสตร์ เช่นว่า เหตุใดจึงต้องใช้น้ำเป็นมาตรฐาน และช่วงสเกลที่เป็นเลขทศนิยมก็สร้างได้ยาก คือ มีค่า 273.16 ดังนั้นในปี 2011 สถาบันมาตรวิทยานานาชาติจึงได้กำหนดคำจำกัดความของเคลวินใหม่ให้เป็นอุณหภูมิที่เปลี่ยนพลังงานจลน์ไป 1.38065 x 10-23จูล ตามค่าคงตัวของ Boltzmann ครับ
หาอ่านเพิ่มเติมได้จากหนังสือ Kelvin: Life, Labours and Legacy โดย Raymond Flood, Mark McCartney และ Andrew Whitaker เป็นบรรณาธิการ จัดพิมพ์โดย Oxford University Press ปี 2008 หนา 376 หน้า
*********************
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน - ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์
ประวัติการศึกษา - ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
