ในบางครั้งนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ เช่น Galileo และ Newton ก็ยังแก้ปัญหาวิทยาศาสตร์ไม่ได้ จนโลกจึงต้องพึ่งพาอาศัยช่างไม้ เช่น John Harrison ให้คิดวิธีหาตำแหน่งของเส้นแวง (longitude) ของโลก
นักเดินเรือทะเลได้รู้มาเป็นเวลานานแล้วว่า เขาสามารถหาตำแหน่งของเส้นรุ้ง (latitude) ได้จากการวัดมุมของดวงอาทิตย์เหนือขอบฟ้า แต่ไม่มีใครรู้วิธีหาตำแหน่งของเส้นแวงของโลก ซึ่งเป็นเส้นที่ลากจากขั้วโลกเหนือโค้งไปตามผิวโลกจนถึงขั้วโลกใต้ การไม่มีข้อมูลเส้นแวงทำให้นักเดินทางต้องประสบอุบัติภัยทางทะเลบ่อย เวลาเรือเกยหินโสโครกและอับปางลง ทำให้ชีวิตผู้คน และสินค้ามูลค่ามหาศาลต้องสูญเสียไป ดังนั้นในปี 1714 รัฐบาลอังกฤษจึงเสนอเงินรางวัล 20,000 ปอนด์ (ประมาณ 600 ล้านบาท ในราคาปัจจุบัน) ให้แก่นักประดิษฐ์คนแรกที่สามารถหาวิธีวัดเส้นแวงได้อย่างแม่นยำ
ในที่สุดคนที่ตอบปัญหานี้ได้ก็คือ John Harrison ผู้เป็นช่างไม้ชาวอังกฤษ และเป็นนักสร้างนาฬิกาที่เรียนเทคนิคการประดิษฐ์นาฬิกาด้วยตนเอง เพราะเขาเป็นบุคคลแรกที่เสนอ ให้ติดตั้งนาฬิกาที่เขาประดิษฐ์บนดาดฟ้าเรือที่กำลังเดินทาง และนาฬิกาเรือนนั้นเดินได้ตรงเวลามาตรฐานที่ Greenwich ดังนั้นเวลาเรืออยู่กลางทะเล กัปตันจึงสามารถเปรียบเทียบเวลาที่นาฬิกามาตรฐานบอก กับเวลานาฬิกาบนเรือแล้วก็รู้ตำแหน่งเส้นแวงของเรือในขณะนั้น เช่น ถ้าเวลาต่างกัน 1 ชั่วโมง นั่นแสดงว่า เรือได้เดินทางไป 15 องศาจากตำแหน่งเส้นแวง 0 องศา ที่ลากผ่านเมือง Greenwich
ปัญหาก็คือว่า ในเวลานั้นไม่มีใครสามารถสร้างนาฬิกาที่สามารถเดินได้เที่ยงตรงบนเรือเดินทะเล ทั้งนี้เพราะลูกตุ้มเพนดูลัมที่ใช้ทำนาฬิกาสมัยนั้นมิสามารถแกว่งได้อย่างสม่ำเสมอ ขณะเรือถูกคลื่นซัดจนเรือโคลงเคลง นอกจากนี้สภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง บนเรือก็สามารถทำให้นาฬิกาเดินไม่เที่ยงด้วย
Harrison จึงได้พยายามออกแบบนาฬิกาเพื่อการนี้ และใช้เวลานานถึงสิบปีจึงทำได้สำเร็จ ท่ามกลางการคัดค้านและต่อต้านจากนักวิทยาศาสตร์ และนักเทคโนโลยีทั้งหลายผู้ได้ปรามาสช่างไม้ Harrison ตลอดเวลาว่าทำไม่ได้
ในที่สุด Harrison ก็ได้พิสูจน์ว่า คนฉลาดสามารถมีได้ในทุกภาคส่วนของสังคม
ชีวิตของ Harrison ได้ถูกนำมาเรียบเรียงเป็นหนังสือขายดี ชื่อ Longitude โดย Dava Sobel ซึ่งจัดพิมพ์โดย Walker and Co., New York ในปี 1995 แต่หนังสือก็มิได้ให้เหตุผลว่า หลังจากที่ได้ออกแบบนาฬิกาซึ่งทำงานได้ผลแล้ว ไฉน Harrison จึงไม่ยื่นสิ่งที่ตนเพียรประดิษฐ์มาเป็นเวลานานเพื่อรับรางวัล แต่หันไปทำงานวิจัยอื่นต่อไป
ในปี 1714 (ตรงกับรัชสมัยพระภูมินทรราชา) ที่คณะกรรมการ Board of Longitude แห่งอังกฤษซึ่งประกอบด้วยนักดาราศาสตร์แห่งราชสำนัก นักคณิตศาสตร์ นายพลเรือและสมาชิกสภาผู้แทนราษฎร ได้เสนอเงินรางวัลให้แก่ผู้ที่สามารถระบุเส้นแวงในทะเลระหว่างอังกฤษกับ West Indies ได้ และหลังจากนั้นอีกหนึ่งปีคณะกรรมการฯ ก็ได้ประชุมกันเป็นครั้งแรกเพื่อพิจารณาการทำงานของนาฬิกาของ Harrison
ในอดีตเวลาเรือเดินทะเลต้องการจะรู้ตำแหน่งของเรือ ซึ่งหาได้จากการหาจุดตัดระหว่างเส้นรุ้ง และเส้นแวง สำหรับเส้นรุ้งนั้นนักเดินทางสามารถวัดได้จากการดูมุมยกขึ้นของดวงอาทิตย์ แต่เขาไม่มีวิธีใดๆ ที่ไว้ใจได้สำหรับการวัดเส้นแวง ซึ่งถ้าจะได้รางวัล ตำแหน่งต่างๆ ที่วัดจะต้องผิดพลาดไม่เกิน 0.5 องศา นั่นคือ ในการเดินทางไป West Indies จากอังกฤษซึ่งต้องใช้เวลา 6 สัปดาห์ นาฬิกาจะต้องเดินผิดไม่เกินวันละ 3 วินาที แต่โลกเทคโนโลยีในขณะนั้น ไม่มีนาฬิกาใดที่เดินได้เที่ยงขนาดนี้
การแข่งขันสร้างนาฬิกาที่เดินเที่ยงที่สุดในโลกจึงเกิดขึ้น ระหว่าง John Harrison นักประดิษฐ์ผู้มีอาชีพช่างไม้กับ Nevil Maskelyne นักดาราศาสตร์แห่งราชสำนัก
John Harrison เกิดที่แคว้น Yorkshire เพราะบิดามีอาชีพเป็นช่างไม้ ดังนั้น Harrison จึงสนใจและถนัดการสร้างนาฬิกาเพนดูลัมที่ทำด้วยแท่งไม้ ในขณะที่ช่างทำนาฬิกาส่วนใหญ่พากันคิดว่า นาฬิกาที่เดินผิดไม่เกิน 3 วินาทีในหนึ่งวันเป็นเรื่องที่ไม่มีมนุษย์คนใดสามารถสร้างได้ แต่ Harrison กลับคิดว่า โจทย์นี้ท้าทายความสามารถของเขามาก จึงออกแบบเพนดูลัมที่ใช้แท่งโลหะยาวแกว่งไปมา โดยแท่งโลหะนี้ทำด้วยโลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวแตกต่างกัน แต่ยาวไม่เท่ากัน ดังนั้นเวลาอุณหภูมิของเพนดูลัมเปลี่ยนแปลง ความยาวของแท่งที่ใช้แกว่งจะไม่เปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ Harrison ก็ยังใช้ระบบเกียร์ซึ่งทำให้การแกว่งของเพนดูลัมที่จุดแขวนไม่ถูกต่อต้านโดยแรงเสียดทานใดๆ
ลุถึงปี 1728 ซึ่งเป็นเวลา 14 ปี หลังจากที่มีประกาศเชิญชวนให้มีการประกวด ก็ยังไม่มีนักประดิษฐ์คนใดเสนอนาฬิกาเพื่อขอรับรางวัล
หนุ่ม Harrison จึงเดินทางไปลอนดอนเพื่อตรวจสอบความก้าวหน้าของการแข่งขัน และได้พบกับ Edmond Halley ผู้เป็นนักดาราศาสตร์แห่งราชสำนัก ซึ่งได้ให้การต้อนรับที่ดี และ Halley ได้เสนอแนะให้ Harrison นำเรื่องนี้ไปปรึกษากับ George Graham ซึ่งเป็นช่างทำนาฬิกาที่มีชื่อเสียงมากที่สุดแห่งลอนดอน เมื่อคนทั้งสองพบกัน Graham รู้สึกประทับใจในความคิดสร้างสรรค์ของ Harrison มาก จึงให้ Harrison ยืมเงินเพื่อสร้างนาฬิกา โดยไม่คิดดอกเบี้ย และไม่ต้องทำสัญญากู้ยืม
จนเวลาผ่านไป 7 ปี Harrison จึงสร้างนาฬิกาเรือนแรกได้ และให้ชื่อว่า H1 ครั้นเมื่อคณะกรรมการของ Royal Society ซึ่งมี Halley และ Graham เป็นกรรมการประกวดเห็นนาฬิกาของ Harrison ก็ได้แถลงว่า มันเป็นสิ่งประดิษฐ์ระดับสุดยอด ทั้งๆ ที่นาฬิกาดูใหญ่เทอะทะ และงุ่มง่ามแล้ว Graham ก็ได้เสนอแนะให้ Harrison นำนาฬิกาที่ประดิษฐ์นี้เสนอต่อ Board of Longitude
เมื่อ Board ได้รับนาฬิกาของ Harrison Board ก็ได้กำหนดให้นำไปทดสอบเป็นระยะทางสั้นๆ ก่อนที่จะทดลองใช้ในการเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก
ดังนั้น Harrison จึงนำนาฬิกา H1 ขึ้นเรือเดินทางไปและกลับกรุง Lisbon ในโปรตุเกสก่อน เมื่อสิ้นสุดการเดินทาง กัปตันเรือก็ได้แถลงว่า รู้สึกประทับใจในความเที่ยงตรงของนาฬิกา H1 มาก แต่เจ้าหน้าที่แผนที่ไม่เห็นด้วย เพราะได้คำนวณพบว่า ขณะเรืออยู่ห่างจากชายฝั่งอังกฤษ 90 ไมล์ นาฬิกา H1 ของ Harrison ระบุว่า เรือถึงฝั่งอังกฤษแล้ว ประสบการณ์การเดินทางในครั้งนั้น ได้ชี้ให้ Harrison เห็นวิธีปรับปรุงการทำงานของนาฬิกา จึงตัดสินใจไม่ส่ง H1 ประกวด แต่พยายามสร้างนาฬิกาใหม่ชื่อ H2
กระนั้น Board of Longitude ก็ยังยินดีมอบเงิน 500 ปอนด์ให้ Harrison เพื่อเป็นขวัญและกำลังใจในการพัฒนา H2
อีก 3 ปีต่อมา Harrison ก็สร้าง H2 ได้สำเร็จ และใช้เวลาอีก 2 ปีในการทดสอบการทำงานของ H2 บนบก
ถึงปี 1741 งานทดสอบก็เสร็จสิ้น แต่ยังไม่สามารถใช้ทดสอบในทะเลได้ เพราะอังกฤษกำลังทำสงครามกับฝรั่งเศส รัฐบาลอังกฤษจึงไม่กล้าเสี่ยงนำ H2 ออกทะเล เพราะเกรงจะถูกฝรั่งเศสยึดไป ดังนั้น H2 จึงไม่เคยถูกนำออกทดสอบในทะเล ในขณะที่กำลังคอยให้สงครามยุติ Harrison ได้สร้างนาฬิกาเรือนใหม่ขึ้นอีก ชื่อ H3 โดยได้รับเงิน 500 ปอนด์จาก Board เพื่อสนับสนุนการสร้าง แต่ H3 ทำงานไม่ได้ผลตามที่ Harrison คาดหวัง หลังจากที่เวลาผ่านไป 5 ปี Harrison ก็ล้มเลิกโครงการ และเริ่มสร้างนาฬิกาใหม่ชื่อ H4 ซึ่งแตกต่างจากนาฬิกาอื่นๆ ที่เขาเคยสร้างมาทั้งหมด
เพราะ H4 แทนที่จะมีโครงสร้างรุงรังและบอบบาง กลับดูกระชับ แข็งแรงเพราะอยู่ในตลับเหมือนนาฬิกาพกพา แม้จะมีขนาดใหญ่กว่านาฬิกาพกทั่วไป เพราะมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวถึง 5 นิ้ว แต่หลังจากที่ได้ทดลองให้เดินนาน 2 ปี Board ก็กำหนดให้ทดสอบเต็มรูปแบบ โดยให้ใช้ในการเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในปี 1761 ขณะนั้น Harrison มีอายุ 68 ปีแล้ว จึงไม่สามารถเดินทางไกลได้ และมอบให้บุตรชายชื่อ William Harrison เดินทางไปแทน
การทดสอบได้สิ้นสุดลงที่ Jamaica และ H4 ก็ได้พิสูจน์ให้เห็นว่า สามารถทำงานได้ดี เพราะบอกตำแหน่งผิดพลาดไม่เกิน 3 กิโลเมตร
เมื่อกลับถึงอังกฤษ สองพ่อลูกตระกูล Harrison รู้สึกยินดีมาก เพราะคิดว่าจะได้มีชื่อเสียงเสียที และจะได้รับเงินรางวัล 20,000 ปอนด์ด้วย แต่แล้วทุกสิ่งทุกอย่างก็เริ่มไม่แน่นอน เพราะทาง Board คิดว่า ผลการทดลองที่ถูกต้องนั้นอาจเป็นเรื่องบังเอิญ ดังนั้นจึงขอให้มีการทดสอบซ้ำอีก สองพ่อลูกจึงออกมาประท้วงอย่างรุนแรง เมื่อการโต้แย้งเกิดขึ้นเช่นนี้ ทางรัฐสภาอังกฤษจึงเสนอมอบเงิน 5,000 ปอนด์ให้ William Harrison เพื่อให้บอกรายละเอียดทุกอย่างในการสร้างนาฬิกา แต่ Harrison ปฏิเสธ และพยายามจะทดสอบ H4 อีก ในปี 1764 ในการเดินทางไป Barbados
ในขณะที่ Harrison พยายามสร้าง และทดสอบนาฬิกา H4 นั้น ที่อังกฤษก็มีคนอีกคนหนึ่งที่สนใจปัญหาวิธีวัดเส้นแวงเช่นกัน เขาคือสาธุคุณ Nevin Maskelyne ซึ่งเป็นสมาชิกของ Royal Society และเป็นอาจารย์สอนที่ Trinity College แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge
Maskelyne ไม่เคยศรัทธาในเทคนิคการสร้างนาฬิกาของ Harrison เขามีความเชื่อว่า การวิเคราะห์ตำแหน่งของดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์เป็นฟังก์ชันของเวลาที่ Greenwich ในทุก 2-3 วัน จะทำให้รู้ว่านาฬิกาที่เดินไม่เที่ยงตรงนั้น ต้องปรับเวลามากหรือน้อยเพียงใด แต่เทคนิคนี้ต้องใช้เวลาคำนวณมาก และผู้คำนวณมักคิดเลขผิดบ่อย
แม้ Maskelyne จะมิได้เป็นกรรมการคนหนึ่งของ Board แต่ Board ก็ได้ขอให้ Maskelyne เดินทางไป Barbados ร่วมกับ Harrison เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของนาฬิกา H4
ผลปรากฏว่า H4 สามารถบอกตำแหน่งเส้นแวงของเมือง Bridgetown ซึ่งเป็นเมืองหลวงของ Barbados ผิดพลาดไม่เกิน 15 กิโลเมตร หลังจากที่ได้เดินทางไกลร่วม 8,000 กิโลเมตร ส่วนเทคนิคการวัดมุมระหว่างดวงจันทร์กับดวงอาทิตย์ของ Maskelyne ได้ผลที่ผิดมากกว่า ดังนั้น วิธีการของ Maskelyne จึงถูกตัดสินไม่ให้ได้รับรางวัล แต่ Board ให้ Harrison รับเงินเพียง 10,000 ปอนด์ เพราะ Harrison ยังไม่ได้ชี้แจงรายละเอียดในการสร้าง H4 ให้ช่างทำนาฬิกาที่ Board แต่งตั้งขึ้นมารู้ข้อมูล เพื่อให้สามารถสร้างได้ นอกจากนี้ Harrison ก็ยังไม่ได้มอบนาฬิกา H4 ให้ Board ใช้ทดสอบความเที่ยงตรงในระยะยาวด้วย
บังเอิญในช่วงเวลานั้น นักดาราศาสตร์แห่งราชสำนัก 2 คนได้เสียชีวิตลง เมื่อตำแหน่งนี้ว่าง ทันทีที่ Maskelyne เดินทางกลับจาก Barbados ถึงลอนดอน เขาก็ได้รับโปรดเกล้าให้เป็นนักดาราศาสตร์แห่งราชสำนักคนใหม่ และนั่นก็หมายความว่า Maskelyne ได้เข้ามาเป็นกรรมการคนหนึ่งของ Board ด้วย เพราะ Maskelyne ไม่เคยศรัทธาในนาฬิกาของ Harrison ดังนั้นรายงานการทดสอบ H4 ของ Board จึงปรากฏออกมา ในทำนองว่าเป็นนาฬิกาที่เชื่อถือไม่ได้
Harrison ซึ่งขณะนั้นมีอายุ 80 ปีแล้ว รู้สึกเหนื่อยอ่อนด้วยความพยายามจะสร้างนาฬิกาเรือนใหม่ H5 เพื่อนำไปใช้ทดสอบในแถบอาร์กติก จึงถวายฎีกาให้สมเด็จพระเจ้า George ที่ 3 ทรงช่วย และพระองค์ก็ทรงเมตตา โดยทรงนำนาฬิกา H5 มาติดตั้งที่หอดูดาวในพระองค์ และทรงแถลงว่าจะเสด็จมาเป็นพยานช่วย Harrison หากถูก Board กลั่นแกล้งอีก
เมื่อถึงขั้นนี้ ทาง Board ก็ไม่สามารถกักเงินรางวัลที่จะต้องให้ Harrison อีกต่อไป และได้มอบนาฬิกา H4 ให้กัปตัน James Cook เพื่อใช้ในการเดินทางไปสำรวจมหาสมุทรแปซิฟิกครั้งที่ 2 ซึ่งก็ได้ทำให้ Cook ยินดีและพอใจมาก
ในปี 1776 Harrison ก็ถึงแก่กรรม โดยไม่ได้คืนดีกับ Maskelyne อีกเลย
อ่านเพิ่มเติมจาก Greenwich Time and the Discovery of the Longitude โดย D. Howse จัดพิมพ์โดย Oxford University Press ในปี 1980
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
*******************************
*******************************
