ในฤดูร้อนของปี 1914 H.J. Moseley หนุ่มวัย 27 ปี ได้เดินทางไปออสเตรเลียกับมารดา เพื่อเข้าร่วมการประชุมที่จัดโดย The British Association for the Advancement of Science ที่นคร Sydney ทันทีที่เดินทางถึงออสเตรเลีย Moseley ทราบข่าวว่า อังกฤษได้ประกาศสงครามกับเยอรมนีแล้ว เหตุการณ์นี้ทำให้รู้ว่า เขาต้องเดินทางกลับอังกฤษเพื่อเข้าเป็นทหาร แต่ยังกลับไม่ได้ เพราะต้องนำเสนอรายงานในที่ประชุมเรื่อง โครงสร้างของนิวเคลียสของธาตุต่างๆ ก่อน
ดังนั้น เมื่อการประชุมสิ้นสุด Moseley ได้รีบเดินทางกลับ และอาจารย์กับเพื่อนๆ ได้ชี้แจงว่า Moseley อาจช่วยชาติได้มากกว่าโดยการทำงานวิจัยในห้องปฏิบัติการ และไม่จำเป็นต้องเป็นทหารกองหน้า แต่ Moseley ต้องการต่อสู้กับทหารข้าศึกโดยตรง ดังนั้นเมื่อได้รับอนุญาตจากกระทรวงกลาโหม Moseley ในฐานะวิศวกรสื่อสารแห่งกองทัพบกอังกฤษก็ได้เดินทางไป Gallipoli เมื่อวันที่ 13 มิถุนายน ค.ศ.1915
ในจดหมายที่เขียนถึงมารดาที่อังกฤษ Moseley มิได้กล่าวถึงความลำบาก หรือความสยดสยองของสงครามในสมรภูมิที่ช่องแคบ Dardanelles เลย แต่กล่าวถึงธรรมชาติของป่า และสัตว์ที่เห็น เพราะ Moseley เป็นคนที่สนใจธรรมชาติมาก เพราะได้รับแรงจูงใจจากเพื่อนสนิท ชื่อ Julian Huxley และ Charles Galton Darwin ผู้เป็นหลานของสองนักชีววิทยาผู้ยิ่งใหญ่ แต่หลังจากเวลาผ่านไปไม่ถึง 2 เดือน มารดาก็ไม่ได้รับจดหมายจาก Moseley อีกเลย
เพราะในวันที่ 10 สิงหาคม ค.ศ.1915 Moseley ถูกยิงที่ศีรษะ ขณะนอนบาดเจ็บที่ Suvla Bay Moseley พยายามส่งข่าวถึงเพื่อนๆ ในสงครามว่า กองทหารตุรกีที่อยู่ห่างออกไป 200 เมตร กำลังจะโจมตีกองทัพอังกฤษ
พินัยกรรมของ Moseley ระบุว่า ขอมอบอุปกรณ์วิทยาศาสตร์และสมบัติส่วนตัวทุกชิ้นให้ Royal Society ใช้วิจัยด้านพยาธิวิทยา สรีรวิทยา เคมี และฟิสิกส์ แต่ไม่ให้ใช้วิจัยด้านดาราศาสตร์และคณิตศาสตร์
เมื่อ R.A. Millikan (ผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 1923 จากผลงานการวัดประจุของอิเล็กตรอน) ทราบข่าวการเสียชีวิตของ Moseley เขากล่าวว่า สงครามได้ฆ่านักวิทยาศาสตร์หนุ่มวัย 27 ปี อย่างน่าเสียดาย เพราะ Moseley ได้เปิดประตูโลกของนิวเคลียส ส่วน Ernest Rutherford ผู้เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาของ Moseley ก็ได้กล่าวว่า กระทรวงกลาโหมอังกฤษได้ใช้ความสามารถทางวิทยาศาสตร์ของ Moseley ไปในทางที่ผิด
Moseley เกิดเมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน ค.ศ.1887 เมื่ออายุ 4 ขวบ บิดา Henry Notidge Moseley ผู้เป็นศาสตราจารย์กายวิภาคศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Oxford ได้ถึงแก่กรรมด้วยโรคเส้นเลือดในสมองแตก Moseley จึงอยู่ในความดูแลของมารดาแต่เพียงผู้เดียว และได้เข้าโรงเรียนประจำที่ Weymouth เมื่ออายุ 13 ปี Moseley ได้ไปศึกษาต่อที่โรงเรียนมัธยม Eton ด้วยทุนเล่าเรียนหลวง และพบว่า รักคณิตศาสตร์มาก โดยเฉพาะวิชาพีชคณิต เพราะสามารถเรียนรู้ได้ด้วยตนเอง โดยไม่จำเป็นต้องมีครูสอน
หลังจากเรียนที่ Eton 5 ปี Moseley ได้ทุนไปเรียนต่อที่ Trinity College แห่งมหาวิทยาลัย Oxford และสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีด้วยคะแนนเกียรตินิยมอันดับหนึ่ง จากนั้นก็ใฝ่ฝันจะเป็นนักเคมีนิวเคลียร์จึงเดินทางไปหา Ernest Rutherford ที่มหาวิทยาลัย Manchester เพื่อขอทำวิจัยภายใต้การแนะนำของปราชญ์ผู้รู้เรื่องอะตอมดีที่สุดในโลก
Rutherford ให้ Moseley วิจัยเรื่อง กัมมันตรังสี ซึ่งเป็นเรื่องที่ Rutherford สนใจมากที่สุดในขณะนั้น และได้วางแผนฝึกฝน Moseley ด้วยการให้ทำโจทย์วิจัยต่างๆ ในเบื้องต้น Rutherford ให้ Moseley วัดจำนวนอิเล็กตรอนที่เรเดียม 1 อะตอมปล่อยออกมา เวลามันสลายตัว
Moseley ทำงานอย่างทุ่มเทในห้องปฏิบัติการตั้งแต่เช้าวันจันทร์ถึงเย็นวันศุกร์ ส่วนวันเสาร์-อาทิตย์นั้นให้เป็นเวลาสำหรับการเดินทางไปเยี่ยมมารดา เมื่อเวลาผ่านไปหนึ่งปี Moseley ได้นำผลงานนี้เสนอในที่ประชุมของ Royal Society ว่า เรเดียม 1 อะตอม โดยเฉลี่ยจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมา 1 ตัว รายงานนี้ทำให้ Sir William Crookes ผู้ซึ่งเป็นนายกของสมาคม Royal Society ออกปากชมเชย
ต่อมา Rutherford ให้ Moseley วัดครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสี actinium ที่สลายตัวเร็ว จนอุปกรณ์ทั่วไปวัดเวลาครึ่งชีวิตของมันไม่ได้ Moseley จึงต้องออกแบบและสร้างอุปกรณ์วัดด้วยตนเอง จนในที่สุดก็พบว่า ธาตุนี้มีครึ่งชีวิตสั้นกว่า 0.002 วินาที
ในปี 1912 Max von Laue แห่งมหาวิทยาลัย Zurich ในสวิสเซอร์แลนด์ได้พบว่า เวลารังสีเอ็กซ์ ซึ่งมีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงที่ตาเห็นประมาณ 10,000 เท่า ตกกระทบผลึก ระนาบของอะตอมในผลึกจะทำหน้าที่เสมือนเกรตติง (grating) ที่สามารถเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ได้ ซึ่งองค์ความรู้นี้ William Henry Bragg และ William Lawrence Bragg สองพ่อลูกแห่งมหาวิทยาลัย Leeds ในอังกฤษได้นำไปใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างของผลึกเกลือแกงจนพบว่า ผลึกเกลือแกงมีโครงสร้างรูปลูกบาศก์ที่มีด้านๆ หนึ่งยาวประมาณ 10-10 เมตร Moseley จึงคิดใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์โดยผลึกนี้ หาโครงสร้างของผลึกเกลือของ platinum บ้าง
ในปี 1911 Rutherford ได้พบว่า อะตอมมีนิวเคลียสที่มีประจุบวก และ Rutherford กับลูกศิษย์ก็ยังพบอีกว่า ถ้ามวลเชิงอะตอมของธาตุมีค่ายิ่งมาก นิวเคลียสก็ยิ่งมีจำนวนโปรตอนมากด้วย แต่ไม่มีใครในโลกรู้วิธีนับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส
Rutherford จึงเสนอปัญหานี้ให้ Moseley แก้ Moseley คิดจะใช้รังสีเอ็กซ์ที่ธาตุต่างๆ ปล่อยออกมาเป็นพื้นฐานในการวิจัยเรื่องนี้ โดยใช้ความรู้ที่ว่า ตามปกติสเปกตรัมของรังสีเอ็กซ์จะประกอบด้วยสองส่วน คือ ส่วนหนึ่งเกิดจากการที่อิเล็กตรอนที่เป็นกระสุนถูกเร่งหรือถูกหน่วงจึงปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหลายความถี่ออกมาอย่างต่อเนื่อง และส่วนที่สองซึ่งเกิดจากการที่อิเล็กตรอนในวงโคจรนอกๆ กระโจนสู่ที่ว่างในวงโคจรวงใน ซึ่งเกิดจากการที่อิเล็กตรอนกระสุนพุ่งชนอิเล็กตรอนเป้าจนกระเด็นหลุดไปจากอะตอม การเปลี่ยนวงโคจรที่อยู่ห่างกันมากนี้ทำให้เกิดรังสีเอ็กซ์ที่มีความยาวคลื่นซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของธาตุที่เป็นเป้า รังสีนี้เป็นที่รู้จักในนามว่า รังสีเอ็กซ์ลักษณะเฉพาะ (characteristic x-ray) Moseley จึงใช้รังสีนี้ในการหาจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส
เพราะธาตุที่ต้องใช้ในการทดลองมีมากมาย ดังนั้น Moseley จึงต้องทำงานทั้งกลางวันและกลางคืนนานถึงวันละ 15 ชั่วโมง และได้บอกมารดาว่าไม่มีเวลากลับบ้านบ่อยเหมือนเดิมแล้ว เพราะต้องทำงานหนัก
ภายในเวลาเพียง 6 เดือน Moseley ก็ประสบความสำเร็จในการใช้ธาตุ 38 ธาตุเป็นเป้า เพื่อผลิตรังสีเอ็กซ์ที่ทุกธาตุให้คลื่นลักษณะเฉพาะ และทดลองได้ข้อสรุปว่า ธาตุต่างชนิดจะให้รังสีเอ็กซ์ที่มีความยาวคลื่นลักษณะเฉพาะแตกต่างกัน ธาตุที่มีมวลเชิงอะตอมยิ่งมากจะมีความยาวคลื่นลักษณะเฉพาะยิ่งสั้น ซึ่งเมื่อนำมาเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของคลื่นลักษณะเฉพาะกับ (Z-1)2 (เมื่อ Z เป็นเลขเชิงอะตอมของธาตุ ซึ่งก็คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส) กราฟที่ได้จะเป็นเส้นตรง นั่นแสดงว่า ความสัมพันธ์นี้ใช้ได้กับธาตุตั้งแต่ อะลูมิเนียม (Al) จนกระทั่งถึงทองคำ (Au)
เมื่อเสร็จสิ้นการทดลอง Moseley ได้เดินทางกลับ Oxford เพื่อพักผ่อน และนี่คือผลงานสำคัญชิ้นสุดท้ายในชีวิตที่ Moseley ทำ ซึ่งได้แสดงให้เห็นชัดเจนว่า นิวเคลียสของทุกธาตุมีปริมาณๆ หนึ่งที่จะเพิ่มอย่างสม่ำเสมอ สิ่งนั้นคือ เลขเชิงอะตอมของธาตุ
ในปี 1912 Moseley วัย 26 ปี ได้ตีพิมพ์กฎของเลขเชิงอะตอม (Law of Atomic Number) ที่แสดงให้เห็นว่า ตารางธาตุของ Mendeleev ซึ่งใช้มวลเชิงอะตอมเป็นเกณฑ์ในการจัดลำดับนั้นไม่ถูกต้อง และผิดพลาดหลายที่ นักเคมีควรใช้ตารางธาตุที่มีการจัดลำดับของธาตุตามจำนวนโปรตอน (เลขเชิงอะตอม) ที่มีในนิวเคลียสของธาตุมากกว่า
ตารางธาตุของ Moseley มีธาตุแรกคือ hydrogen ซึ่งมีเลขเชิงอะตอม = 1 และธาตุสุดท้ายคือ uranium ซึ่งมีเลขเชิงอะตอม = 92
ตารางธาตุของ Moseley ยังแสดงให้เห็นว่า เลขเชิงอะตอมของ potassium = 19 และของ argon =18 จากเดิมที่นักเคมีเคยคิดว่าธาตุที่ 19 คือ argon และธาตุที่ 18 คือ potassium
ส่วนธาตุ coronium, nebulium, cassiopium และ asterium ที่นักดาราศาสตร์อ้างว่าพบในดาวฤกษ์นั้น ไม่มีในธรรมชาติ แต่ในขณะเดียวกัน ธาตุ cobalt, nickel, iodine และ tellurium ก็ถูกจัดลำดับใหม่ เพราะตารางธาตุเดิมนักเคมีจัดลำดับผิด
ตารางธาตุของ Moseley จึงแสดงให้เห็นว่า เลขเชิงอะตอม เป็นปริมาณสำคัญที่น่าเชื่อถือ เพราะนักทดลองสามารถวัดได้ละเอียดและถูกต้องยิ่งกว่ามวลเชิงอะตอม ความสำเร็จนี้ได้รับการตอกย้ำเมื่อ George Urbain แห่งมหาวิทยาลัย Paris ได้เดินทางมาปรึกษา Moseley ว่า ในตารางระหว่าง barium และ tantalum มีธาตุอีก 15 ธาตุ ที่มีสมบัติเคมีใกล้เคียงกันมาก จน Mendeleev เองก็ไม่สามารถจัดลำดับธาตุเหล่านี้ได้ แต่เมื่อ Moseley ได้วิเคราะห์บรรดาธาตุหายาก (rare earth) เหล่านี้ เขาใช้เวลาเพียง 2 วันก็สามารถสรุปได้ว่า ธาตุ erbium, thallium, ytterbium และ lutetium ที่ Urbain ได้พยายามจัดลำดับนั้น มีเลขเชิงอะตอมเท่ากับ 68, 69, 70 และ 71 ตามลำดับ หลังจากนั้นนักเคมีคนอื่นๆ ก็ได้ศึกษารังสีเอ็กซ์ลักษณะเฉพาะของธาตุ rare earth ที่เหลือและพบว่า
เลขเชิงอะตอมของ La lanthanum = 57, Ce cerium = 58, Pr praseodymium = 59, Nd neodymium = 60, Pm promethium = 61, Sm samarium = 62, Eu europium = 63, Gd gadolinium = 64, Tb terbium = 65, Dy dysprosium = 66, Ho holmium = 67, Er erbium = 68, Tm thalium = 69, Yb ytterbium = 70 และ Lu lutetium = 71
ตารางธาตุของ Moseley ได้ช่วยให้นักเคมีพบธาตุที่มีเลขเชิงอะตอม 43, 61, 72, 75, 85, 87 และ 91 อันได้แก่ธาตุ technetium, promethium, hafnium, rhenium, astatine, francium และ protactinium
โดยในปี 1917 Otto Hahn และ Lise Meitner พบ protactinium
ปี 1923 George von Hevesy กับ Dirk Coster พบ hafnium
ปี 1925 Walter Noddack กับ Ida Tacke พบ rhenium
ปี 1937 Perrier, Segre และ Cacciapuoti พบ technetium
ปี 1939 Marguerite Perey พบ francium
และในปี 1940 E. Segre พบ astatine
ผลงานของ Moseley จึงนำเลขเชิงอะตอมเข้าใช้มาแทนมวลเชิงอะตอมในการจัดลำดับของธาตุ เหมือนดังที่ J.J. Thomson ได้พบว่า อะตอมของธาตุทุกชนิดมีอิเล็กตรอน และ Ernest Rutherford ได้พบว่า อะตอมของธาตุทุกชนิดมีโปรตอน และ Moseley ได้พบว่า จำนวนโปรตอนที่มีในนิวเคลียส (เลขเชิงอะตอม) มิใช่มวลเชิงอะตอม คือปริมาณสำคัญที่ใช้ระบุชนิดของธาตุ และชนิดของ isotope เพราะ isotope อาจมีมวลเชิงอะตอมแตกต่างกัน เช่น neon ซึ่งมีมวลเชิงอะตอมแตกต่างกัน คือ 20 กับ 22 แต่ธรรมชาติมี 20Ne และ 22Ne อยู่ 90% กับ 10% ตามลำดับ ดังนั้น มวลเชิงอะตอมโดยเฉลี่ยจึงเป็น 20.2
ผลงานของ Moseley ทำให้นักฟิสิกส์รู้วิธีนับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมของทุกธาตุ และผลงานนี้จึงทำให้วิชาเคมีและฟิสิกส์อะตอมมีความเป็นเอกภาพ และตารางธาตุมีหลักการในการจัดอันดับธาตุอย่างสมบูรณ์อีกทั้งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นหาธาตุชนิดใหม่ได้ด้วย
ถ้า Moseley ยังมีชีวิตอยู่ เขาคงได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์หรือเคมี เพราะในปี 1915 Svante Arrhenius ได้เสนอชื่อให้ Moseley ได้รับรางวัลโนเบลทางฟิสิกส์และเคมี แต่ในปีนั้นรางวัลตกเป็นของ 2 พ่อ - ลูกตระกูล Bragg
เมื่อถึงปี 1916 คนที่ได้รับการเนอชื่อได้แก่ Einstein, Perrin, Planck และ Stark แต่สถาบันโนเบลไม่มอบรางวัลในปีนั้นให้ใคร เพราะยุโรปกำลังอยู่ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง
เมื่อถึงปี 1917 ได้มีการเสนอชื่อ Einstein, Planck และ Stark รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ส่วน Nernst รับทางเคมี ซึ่งสถาบันโนเบลไม่ให้รางวัลโนเบลสาขาเคมีในปีนั้น แต่ให้ทางฟิสิกส์แก่ C.G. Barkla ในฐานะผู้พบรังสีเอ็กซ์ลักษณะเฉพาะของธาตุ ทั้งๆ ที่ Barkla ได้รับการเสนอชื่อโดย Rutherford เพียงคนเดียว และ Moseley ได้ใช้องค์ความรู้ที่ Barkla พบนี้เป็นรากฐานในการนับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส
ดังนั้นจึงเป็นไปได้มากว่า ถ้า Moseley ยังมีชีวิตอยู่ เขาคงได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ร่วมกับ Barkla
อ่านเพิ่มเติมจาก H.G.J. Moseley, The Life and Letters of an English Physicist โดย S.L. Heilborn จัดพิมพ์โดย University of California Press, 1974
*********************
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน - ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์
ประวัติการศึกษา - ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
*********
สำหรับผู้สนใจต่อยอดความรู้ หนังสือ "สุดยอดนักผจญภัย" โดย ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน มีวางจำหน่ายแล้วในราคาเล่มละ 250 บาท
