xs
xsm
sm
md
lg

Samuel Goudsmit ผู้ถูกเสนอชื่อให้รับโนเบลฟิสิกส์ถึง 48 ครั้ง ก็ยังไม่ได้

เผยแพร่:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน

Samuel Abraham Goudsmit
เมื่อสงครามโลกครั้งที่ 2 สิ้นสุดในปี 1945 Samuel Goudsmit วัย 43 ปี ได้ขับรถจิ๊บของกองทหารฝ่ายสัมพันธมิตรไปเยือนกรุง Hague ในเนเธอร์แลนด์ เพื่อดูสภาพของบ้านที่เคยอยู่ในสมัยที่ยังเป็นเด็ก ทั้งๆ ที่รู้อยู่เต็มอกว่าไม่มีโอกาสที่จะได้พบบิดากับมารดาอีก เพราะเมื่อ 2 ปีก่อนนั้น Goudsmit ได้รับจดหมายลา (ตาย) จากแม่ ที่เขียนจาก Westerbrook ซึ่งเป็นค่ายกักกันเชลยชาวยิว และเป็นสถานที่เดียวกันกับที่ Anne Frank เคยอยู่ ก่อนถูกส่งตัวไปตายที่ Auschwitz และเมื่อได้เห็นบ้านถูกระเบิดทำลายจนหมดสภาพ Goudsmit ได้ขับรถจากไป

นักฟิสิกส์ทุกวันนี้รู้จัก Goudsmit ว่าเป็นผู้ร่วมงานของ George Uhlenbeck ในการเสนอความคิดว่า อนุภาคมูลฐาน เช่น electron, neutrino ฯลฯ มีสมบัติเชิงควอนตัมอีกรูปแบบหนึ่งที่เรียกว่า spin คือ สามารถหมุนได้รอบตัวเองเหมือนโลก และลูกข่าง จึงมีเลขควอนตัม (quantum number) กำกับ ซึ่งเรียก spin quantum number นอกเหนือจากเลขควอนตัมพลังงาน (energy quantum number) เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม (angular quantum number) และเลขควอนตัมแม่เหล็ก (magnetic quantum number) การมีเลขควอนตัมทั้งหมดเท่ากับ 4 จำนวนเช่นนี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั้งโลกเข้าใจที่มาของรูปแบบการจัดตารางธาตุ อีกทั้งช่วยวางรากฐานในการพัฒนาทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมในเวลาต่อมาด้วย

หลังจากที่สงครามโลกครั้งที่ 2 ยุติ Goudsmit ได้งานเป็นอาจารย์สอนในมหาวิทยาลัยหลายแห่งในอเมริกา และได้ช่วยกองทัพอเมริกันในการค้นหาและเชื้อเชิญนักวิทยาศาสตร์เยอรมันที่มีความสามารถสูงมากไปทำงานในสหรัฐอเมริกา

แม้จะได้รับการเสนอชื่อให้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ถึง 48 ครั้ง แต่ไม่ได้ คงเพราะคณะกรรมการรางวัลโนเบลมีความเห็นว่า Goudsmit เก่ง “ไม่เท่า” Max Planck, Albert Einstein, Erwin Schroedinger, Werner Heisenberg และ Paul Dirac

Samuel Abraham Goudsmit เกิดเมื่อปี 1902 ที่กรุง Hague ในเนเธอร์แลนด์ ในครอบครัวที่มีเชื้อชาติยิว บิดาทำธุรกิจเครื่องสุขภัณฑ์ ส่วนมารดาเปิดร้านขายหมวกสุภาพสตรี เมื่ออายุ 11 ปี Goudsmit เริ่มรู้สึกรักวิชาฟิสิกส์ หลังจากที่ได้อ่านตำราเรื่อง spectroscopy ซึ่งว่าด้วยเทคนิคการวิเคราะห์แสงที่ธาตุและสารประกอบเปล่งออกมา จนทำให้นักฟิสิกส์รู้ความจริงว่า ดาวฤกษ์ที่อยู่ในอวกาศ และโลกต่างก็มีธาตุชนิดเดียวกัน โดยที่นักวิทยาศาสตร์ไม่มีความจำเป็นต้องเดินทางไปที่ดาวฤกษ์เหล่านั้นเลย

หลังจากที่เรียนจบระดับมัธยมศึกษา Goudsmit ได้ไปเรียนต่อสาขาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Leiden ในเนเธอร์แลนด์ ครั้นเมื่อได้เรียนกับ Paul Ehrenfest นักฟิสิกส์ผู้มีชื่อเสียงของประเทศ Goudsmit ก็รู้สึกดื่มด่ำกับฟิสิกส์ยิ่งขึ้นไปอีก จึงตัดสินใจเป็นนักฟิสิกส์ ซึ่งทำงานวิจัยฟิสิกส์โดยใช้สัญชาติญาณและสามัญสำนึกเป็นหลัก คือ ไม่ใช้เทคนิคการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ ทั้งนี้เพราะ Goudsmit มิได้มีความสามารถทางคณิตศาสตร์สูงนั่นเอง การสรุปความเห็นของ Goudsmit จึงเป็นไปในทำนองเดียวกับการสืบสวนของตำรวจที่พยายามค้นหาตัวฆาตรกร ด้วยการวิเคราะห์ลายมือ รอยเลือด รอยกระสุน เขม่าปืน พยาน และการปลอมแปลงหลักฐานต่างๆ

ขณะเป็นนิสิตเรียนหนังสือที่มหาวิทยาลัย Goudsmit ได้เลี่ยงการเรียนวิชากลศาสตร์แบบดั้งเดิมซึ่งต้องใช้คณิตศาสตร์มาก อาจารย์ Ehrenfest จึงจัดให้เรียนวิชาฟิสิกส์ภาคปฏิบัติและดาราศาสตร์แทน เมื่อไม่ได้เรียนกลศาสตร์ในระดับมหาวิทยาลัย Goudsmit จึงไม่ได้รับอนุญาตให้สอนกลศาสตร์ในโรงเรียน

เมื่อสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี Ehrenfest ได้จัดส่ง Goudsmit ไปทำงานวิจัยระยะสั้นที่กรุง Copenhagen ในเดนมาร์กกับ Niels Bohr (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1922) ซึ่งเป็นเพื่อนสนิทของ Ehrenfest ขณะ Bohr นำ Goudsmit ไปเยี่ยมชมพิพิธภัณฑ์ที่จัดแสดงอารยธรรมอียิปต์โบราณ Bohr ได้พยายามแปลคำบรรยายที่ป้ายจากภาษาเดนมาร์กเป็นภาษาดัชท์ให้ Goudsmit เข้าใจ Goudsmit ได้เอ่ยบอก Bohr ว่า ขอบคุณครับ แต่อาจารย์คงไม่จำเป็นต้องแปล เพราะผมอ่านอักษรภาพ hieroglyphic ของอียิปต์ออก

ปี 1925 เป็นช่วงเวลาที่วิชากลศาสตร์ควอนตัมกำลังถือกำเนิด โดยมี Niels Bohr (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1922), Erwin Schroedinger (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1933) Werner Heisenberg (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1932) ร่วมกันพัฒนาทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม เพื่อใช้อธิบายสมบัติทางกายภาพของอะตอมไฮโดรเจน และยืนยันความถูกต้องของทฤษฎี โดยการวิเคราะห์แสงที่อะตอมไฮโดรเจนเปล่งออกมา และที่ดูดกลืนเข้าไป จนได้ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมของอะตอมไฮโดรเจนที่สมบูรณ์ดีพอประมาณ เพราะเป็นทฤษฎีที่มีตรรกะและเหตุผลดีกว่าทฤษฎีของ Bohr มาก

แต่เวลาอะตอมไฮโดรเจนมีสนามแม่เหล็กมากระทำ ความผิดปรกติของเส้นสเปกตรัมที่เห็นก็จะเกิดขึ้นทันที คือจากเดิมเวลามีเส้นสเปกตรัมปรากฏเพียงเส้นเดียว เมื่อมีสนามแม่เหล็กมากระทำหรือพูดอีกนัยหนึ่ง คือ เวลาอะตอมอยู่ในสนามแม่เหล็ก เส้นสเปกตรัมได้แยกตัวจากเส้นเดียวออกมากมายหลายเส้น ซึ่งเรียกว่าปรากฏการณ์ anomalous Zeeman Effect เสมือนว่าพลังงานค่าเดียวที่อิเล็กตรอนมี ได้แตกแยกออกเป็นพลังงานหลายค่า

ไม่มีนักฟิสิกส์คนใดสามารถอธิบายที่มาของปรากฏการณ์นี้ได้ ในเวลานั้น Samuel Goudsmit กับ George Uhlenbeck ยังมีสภาพเป็นนิสิตระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัย Leiden จึงได้ครุ่นคิดจะตอบปัญหานี้ร่วมกัน แล้วเสนอคำอธิบายของปรากฏการณ์ anomalous Zeeman Effect ว่า เกิดจากการที่ตัวอิเล็กตรอนในอะตอมมีการหมุนรอบตนเอง เหมือนโลกที่หมุนจากทิศตะวันออกไปตะวันตก หรือลูกข่างที่หมุนแบบทวนเข็มนาฬิกากับตามเข็มนาฬิกา การมีทิศการหมุนใน 2 แนวเช่นนี้ ทำให้อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้า มีโมเมนต์แม่เหล็ก ที่มีทิศชี้ขึ้น หรือชี้ลง ดังนั้นเวลามีสนามแม่เหล็กมากระทำ โมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนจะมีอันตรกริยากับสนามแม่เหล็ก และโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอน ผลที่ตามมาคือ พลังงานของอิเล็กตรอนสามารถมีได้หลายค่า ตามทิศของสปิน นี่จึงเป็นที่มาของเส้นสเปกตรัมที่มีหลายเส้น

แต่ข้อเสนอเรื่อง spin ของอิเล็กตรอนก็ยังไม่เป็นที่ยอมรับในทันทีจากบรรดานักฟิสิกส์คนอื่นๆ เพราะหลายคนในเวลานั้นคิดว่า ถ้าอิเล็กตรอนมีลักษณะเป็นทรงกลม ที่มีรัศมียาวเท่ากับ r (ซึ่งหาได้จากสูตร e2/mc2 โดยที่ e คือประจุของอิเล็กตรอน m คือมวลของอิเล็กตรอน และ c คือ ความเร็วแสง) ความเร็วของจุดบนเส้นศูนย์สูตรของอิเล็กตรอนจะมีค่ามากกว่าความเร็วแสง ซึ่งขัดกับหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษที่ว่าไม่มีอะไรจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสง

แต่เมื่อบทความวิจัยของคนทั้งสองปรากฏในวารสารวิทยาศาสตร์ชั้นนำของเยอรมนีและของโลกชื่อ Naturwissenschaften ฉบับวันที่ 17 ตุลาคม ปี 1925 Paul Dirac (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1933) ได้นำความคิดของ Goudsmit และ Uhlembuk ไปอธิบายที่มาของ spin อิเล็กตรอนว่า เกิดจากการที่อิเล็กตรอนในอะตอมมีความเร็วสูงมาก ดังนั้น การศึกษาการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจึงจำเป็นต้องใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ ไม่ใช่ใช้ทฤษฎีกลศาสตร์ของนิวตันควบคู่ไปกับทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม

การค้นพบ spin ของอิเล็กตรอนทำให้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า อนุภาคมูลฐานทุกชนิดต้องมีสมบัติ spin นอกเหนือจากการมีมวล และประจุ การค้นพบนี้ยังช่วยวางรากฐานให้ Wolfgang Pauli (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1945) ได้พบหลักการกีดกัน (Exclusion Principle) ด้วย และได้ใช้หลักการนี้ในการสร้างตารางธาตุ (periodic table) ให้นักฟิสิกส์และนักเคมีใช้ในการศึกษาสมบัติของธาตุต่างๆ ที่มีในธรรมชาติ
Samuel Goudsmit (ที่ 2 จากซ้าย) และ Wolfgang Pauli (ซ้ายสุด)
หลังจากที่สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก Goudsmit ได้อพยพไปอเมริกา เพื่อหนีการคุกคามจากทหารนาซี ที่รู้ว่าตนมีสัญชาติยิว ประจวบกับในปี 1938 นั้น Goudsmit ได้ทราบข่าวว่า Otto Hahn พบปรากฏการณ์ fission ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นหลักการในการสร้างระเบิดปรมาณู กองทัพฝ่ายสัมพันธมิตรภายใต้การนำของนายพล Leslie Groves จึงจัดทีมนักวิชาการเพื่อค้นหาหลักฐานมายืนยันว่า กองทัพนาซีกำลังคิดจะสร้างระเบิดปรมาณูหรือไม่ และ Groves ได้มอบให้ Goudsmit เป็นหัวหน้าทีมสำหรับเรื่องนี้ เพราะ Goudsmit รู้จักนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันหลายคนเป็นการส่วนตัว และจำนวนนักฟิสิกส์ของเยอรมันที่เก่งในเวลานั้นมีไม่กี่คน

ภารกิจของ Goudsmit ในสงครามโลกครั้งที่สอง ได้ถูกบันทึกในสมุดความทรงจำของเขาว่าได้ลอบฟังการสนทนาระหว่าง Heisenberg ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ระดับสุดยอดของเยอรมันกับเพื่อนๆ ขณะถูกกักขังที่ Farm Hall ในอังกฤษ ข้อความที่ดักฟังแสดงให้โลกรู้ว่า เยอรมนีไม่ประสบความสำเร็จในการสร้างระเบิดปรมาณู และเมื่อสร้างไม่ได้ บรรดาเพื่อนๆ ของ Heisenberg จึงกล่าวตำหนิ Heisenberg ว่า สู้นักฟิสิกส์ฝ่ายสัมพันธมิตรไม่ได้

ในบั้นปลายชีวิต Goudsmit ได้รับตำแหน่งเป็นเจ้าหน้าที่ระดับสูงของกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ และทำหน้าที่เป็นบรรณาธิการของวารสาร Physical Review Letters ที่ออกเผยแพร่เป็นฉบับแรกในปี 1958 และได้กลายมาเป็นวารสารฟิสิกส์ชั้นนำของโลกในวันนี้

Goudsmit จากโลกไปในปี 1978 สิริอายุ 76 ปี

อ่านเพิ่มเติมจาก Sam Goudsmit and the Hunt for Hitler’s Atom Bomb โดย Martin van Calmthout จัดพิมพ์โดย Prometheus ในปี 2018

สุทัศน์ ยกส้าน

ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์


กำลังโหลดความคิดเห็น...