xs
xsm
sm
md
lg

John Dalton: บิดาของทฤษฎีอะตอม

เผยแพร่:   ปรับปรุง:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน

ภาพเหมือน John Dalton โดย Thomas Phillips ในช่วงปลายของชีวิต
ในการเรียนวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสิ่งที่ตามองไม่เห็น หรือเสียงที่หูไม่ได้ยิน การสร้างจินตนาการก็อาจเป็นเรื่องจำเป็นที่จะช่วยให้เข้าใจเหตุการณ์ดีขึ้น และนี่ก็คือสิ่งที่นักเคมีชาวอังกฤษชื่อ John Dalton ได้ทำไปเพื่อให้ทุกคนเข้าใจทฤษฎีอะตอมของเขาได้ เมื่อเขาบอกว่า อะตอมเปรียบเสมือนทรงกลมที่ทำด้วยไม้ และมีรูเจาะเพื่อให้ชิ้นไม้ขนาดเล็กสอดเข้าไป เวลาอะตอมนั้นเข้าทำปฏิกิริยาเคมีกับอะตอมอื่น

ถึงวันนี้ทฤษฎีอะตอมที่ Dalton นำเสนอในตำราชื่อ New System of Chemical Philosophy ซึ่งถูกตีพิมพ์เผยแพร่เมื่อ 211 ปีก่อน ได้รับการยืนยันว่า ถูกต้องโดยการใช้กล้องจุลทรรศน์ เช่น scanning tunneling microscope ตรวจดู แต่ข้อแตกต่างคือ ไม่มีใครเห็นว่า อะตอมเหล่านั้นทำด้วยไม้เหมือนดังที่ Dalton คิด

John Dalton เกิดเมื่อวันที่ 6 กันยายน ค.ศ.1766 (ตรงกับรัชสมัยสมเด็จพระเจ้าเอกทัศน์) ที่เมือง Eaglesfield ในอังกฤษ บิดาเป็นช่างทอผ้า ครอบครัวมีฐานะยากจน และมีลูกหกคน โดย John เป็นคนหัวปี Dalton เป็นเด็กฉลาดที่สามารถเรียนหนังสือได้ด้วยตนเอง

เมื่ออายุ 12 ขวบ ด้วยความประสงค์จะช่วยหาเงินเข้าครอบครัว Dalton ได้เปิดโรงเรียนสอนพิเศษ ทำให้มีรายได้เล็กน้อย เมื่อว่างจากการสอนหนังสือ ก็จะเดินวัดและจดบันทึกสภาพของดินฟ้าอากาศในหมู่บ้านอย่างสม่ำเสมอ เพราะเป็นคนที่ชอบทุกสิ่งทุกอย่างเป็นตัวเลข แม้เวลาเล่นเปตองก็ชอบจดแต้มเปตองทุกครั้งไป ไม่ว่าจะแพ้หรือชนะ

เมื่อมีอายุพอสมควรครอบครัวได้โยกย้ายไปอยู่ที่เมือง Manchester เพื่อให้ Dalton ได้สอนหนังสือที่วิทยาลัยในเมือง แต่สถานภาพทางการเงินของวิทยาลัย มีแต่จะแย่ลงๆ ตลอดเวลา เพราะจำนวนนิสิตที่เข้าเรียนน้อยลงๆ Dalton จึงต้องลาออกมาสอนพิเศษเป็นการส่วนตัว แต่ก็ไม่มีมาคนเรียนมาก เพราะ Dalton มีสุ้มเสียงไม่ชวนฟัง และพูดมุขตลกไม่เป็น แม้ฐานะทางการเงินจะไม่เปลี่ยนแปลง และความสนใจด้านอุตุนิยมวิทยาของ Dalton ก็ยังคงอยู่

ในเวลานั้น Dalton รู้ว่าบรรยากาศโลกมีแก๊ส 4 ชนิดคือ oxygen, nitrogen, carbon dioxide กับ hydrogen และบรรยากาศในทุกภูมิภาคของโลกมีองค์ประกอบใกล้เคียงกัน หลังจากที่ได้เปรียบเทียบข้อมูลที่ตนวัดในอังกฤษกับข้อมูลในฝรั่งเศสที่ Gay-Lussac วัด Dalton จึงคิดว่าการที่เป็นเช่นนี้เพราะกระแสลมที่พัดทำให้แก๊สต่างๆ ปะปนกัน ดังนั้นอากาศจึงเป็นของผสม

การได้อ่านตำราของ Leucippus และ Democritus ซึ่งเป็นนักปราชญ์ชาวกรีกในสมัยเมื่อ 2,400 ปีก่อนที่เชื่อว่า สสารทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่ตามองไม่เห็น และเป็นสิ่งที่แบ่งแยกไม่ได้ หรือจะสร้างใหม่ก็ไม่ได้ Democritus จึงเรียกอนุภาคว่า atom (อะตอม) และ Dalton ได้นำแนวคิดนี้มาพัฒนาต่อยอดว่า รูปทรงของอะตอมเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดสมบัติของมัน ไม่ว่าจะเป็นเรื่องสี รส หรือมวล เช่น Dalton คิดว่า อะตอมของน้ำเป็นทรงกลมที่มีผิวลื่น น้ำจึงสามารถไถลไปบนผิวต่างๆ ได้ ส่วนอะตอมของเหล็กก็เป็นทรงกลมเช่นกัน แต่มีผิวหยาบ เหล็กจึงไถลไปบนผิวต่างๆ ได้ยาก

จากนั้น Dalton จึงได้เสนอทฤษฎีอะตอมของเขาเองว่า ธาตุของสสารทุกชนิดประกอบด้วยอะตอมที่มีสมบัติเฉพาะตัว ที่แตกต่างจากสมบัติของธาตุอื่น และเวลาอะตอมรวมกันจะได้สารประกอบ โดยทั่วไปมนุษย์จะแบ่งแยก สร้าง หรือทำลายอะตอมไม่ได้

Dalton ยังมีจินตนาการเกี่ยวกับรูปทรงของอะตอมต่อว่าเป็นทรงกลมที่มีขนาดต่างๆ กัน และได้ให้ทรงกลมเป็นสัญลักษณ์แทนอะตอมออกซิเจน ส่วนทรงกลมที่มีจุดตรงกลางแทนอะตอมไฮโดรเจน และทรงกลมที่มีเครื่องหมายกากบาทอยู่ตรงกลางแทนอะตอมกำมะถัน เป็นต้น และเวลาเกิดปฏิกิริยาเคมี อะตอมที่เกี่ยวข้องในปฏิกริยาจะมีการจับคู่และจัดคู่กันใหม่
ภาพโครงสร้างอะตอมและโมเลกุลต่างๆ ตามทฤษฎีของ John Dalton
เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม ค.ศ.1803 Dalton ได้รับเชิญไปแสดงปาฐกถาในที่ประชุมของสมาคม Manchester Literary and Philosophical Society ในการบรรยายครั้งนั้น Dalton ได้กล่าวถึงเรื่องมวลเชิงอะตอมด้วยว่า อะตอมแต่ละชนิดมีมวลแตกต่างกัน

แต่วงการวิทยาศาสตร์ในเวลานั้นยังไม่มีใครยอมรับทฤษฎีของ Dalton ด้วยเหตุผลว่า อะตอมที่ Dalton เชื่อว่ามีนั้น ยังไม่มีใครเคยเห็น นักวิทยาศาสตร์คนสำคัญที่ต่อต้านคือ Ernst Mach ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ ผู้มีชื่อเสียงจากการศึกษาคลื่นกระแทก และจำนวนมัคที่บอกอัตราส่วนระหว่างความเร็วของวัตถุกับความเร็วของเสียงในตัวกลาง กับนักเคมีชื่อ Wilhelm Ostwald เจ้าของรางวัลโนเบลเคมีปี 1909 จากผลงานเรื่อง catalysis (ตัวเร่งปฏิกริยา) (ก็คงเป็นเหตุผลเดียวกับที่นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ปัจจุบันยังไม่เชื่อเรื่องสสารมืด) ดังนั้น จินตนาการของ Dalton จึงเป็นไปในทำนองว่าเป็น metaphysics ที่ไม่มีหลักฐานยืนยัน ด้าน Antoine Lavoisier ซึ่งเป็นนักเคมีชื่อดัง และเป็นเจ้าของกฎสัดส่วนคงตัวก็คิดเช่นกันว่าอะตอมของ Dalton เป็นเพียงจินตนาการเท่านั้นเอง คือ ไม่มีตัวตน

นอกเหนือจากการขาดหลักฐานที่พิสูจน์ได้แล้ว ภูมิหลังของ Dalton ก็มีส่วนทำให้การยอมรับเป็นเรื่องยากด้วย เพราะ Dalton เป็นเพียงครูบ้านนอก ผู้ไม่เคยได้เรียนถึงระดับมหาวิทยาลัย ทั้งมหาวิทยาลัย Cambridge และ Oxford ต่างก็ปฏิเสธไม่รับ Dalton เข้าเรียน เพราะเขาเป็นพวก Quaker ที่ไม่นับถือศาสนาใดๆ และไม่ยอมเป็นทหารรับใช้ชาติ (คือ หนักแผ่นดิน) เพราะมีความเชื่อว่า การฆ่าคนเป็นเรื่องบาป อีกทั้งนิยมแต่งตัวง่ายๆ สวมถุงเท้าทับขากางเกง ใช้ผ้าพันคอสีขาว และเวลาเดินชอบถือไม้เท้า

ในปี 1807 Dalton ซึ่งเป็นคนที่ชอบอ่านหนังสือมาก จึงเข้าใจความรู้วิทยาศาสตร์ของ Robert Boyle, Newton, Claude Louis Bertholet, Humphrey Davy และ Lavoisier ได้รับเชิญให้ไปบรรยายเรื่องอะตอมที่ Royal Society of Scotland โดยมีนักวิทยาศาสตร์ เช่น William Hyde Wallaston ผู้เชี่ยวชาญเรื่องแสงในผลึก และ William James Mayo ซึ่งเป็นแพทย์เจ้าของคลินิก Mayo มานั่งฟังด้วย นักวิชาการทั้งสองคนเชื่อและยอมรับความคิดของ Dalton แต่ Humphrey Davy (ผู้พบ sodium potassium, chlorine, boron, calcium basium strontium) ยังไม่มั่นใจว่าจะยอมรับดีหรือไม่รับดี

บรรดาสมาชิกของสมาคมจึงเสนอแนะให้ Dalton ตีพิมพ์หนังสือ “A New System of Chemical Philosophy” ในปี 1808 เกี่ยวกับเรื่องที่เขาคิด และให้แยกออกเป็น 2 เล่ม โดยเล่มแรกมี 140 หน้า เป็นเรื่องเกี่ยวกับความร้อน และผลกระทบที่เกิดจากความร้อน ส่วนเล่มที่ 2 เป็นเรื่องที่เกี่ยวกับสารประกอบอนินทรีย์เป็นส่วนใหญ่ และทฤษฎีอะตอมที่ Dalton นำเสนอทั้งหมด 5 หน้า นั้นปรากฏอยู่ในส่วนท้ายสุดของเล่มที่ 1 โดย Dalton ได้อธิบายให้เห็นว่า เวลาธาตุ A ทำปฏิกิริยากับธาตุ B อะตอมของธาตุทั้งสองชนิดจะรวมกันเป็นอะตอมผสมในอัตราส่วน 1:1 หรือ 1:2 เช่น อะตอมของน้ำประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจน และออกซิเจนอย่างละ 1 อะตอม (ซึ่งไม่ถูกต้อง) และอะตอมของแอมโมเนียก็ได้จากอะตอมของไนโตรเจนมารวมกับอะตอมของไฮโดรเจนอย่างละ 1 อะตอม (ซึ่งก็ผิดอีก) อัตราส่วนที่ Dalton นำเสนอนี้ ในอีก 2 ทศวรรษต่อมา ได้รับการแก้ไขให้ถูกต้อง โดยนักเคมีชื่อ Jons Jakob Berzelius

ต่อจากนั้นอีก 5 ปี Berzelius ก็ได้เสนอให้ใช้อักษรเป็นสัญลักษณ์แทนธาตุ เช่น H2O แทนการวาดรูปทรงกลมของ Dalton ซึ่งได้ทำให้ Dalton ไม่สบายใจอีก เพราะเขาคิดว่าการใช้อักษรแทนภาพวาดทำให้วิชาเคมีไม่น่าสนใจ

หลังจากที่ได้เสนอทฤษฎีอะตอมในปี 1803 Dalton ต้องคอยอีกนานถึง 19 ปี จึงได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ Royal Society of London ในเวลานั้น Dalton มีอายุ 56 ปี และได้รับเชิญให้ไปพบปะนักวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศสที่ปารีส เช่น Simon de Lapace ซึ่งเป็นคนที่เสนอทฤษฎีการถือกำเนิดของระบบสุริยะ และเป็นคนที่สามารถพิสูจน์ได้ว่า หลังจากที่พระเจ้าสร้างเอกภพแล้ว ทุกสิ่งทุกอย่างก็ดำเนินไปตามกฎของ Newton เอง ดังนั้นพระเจ้าจึงไม่มีบทบาทใดๆ ในการสร้างโลกอีกเลย นอกจากนี้ก็ได้พบ Baron Georges Leopold Cuvier ซึ่งเป็นนักกายวิภาคศาสตร์ที่มีชื่อเสียง และ Joseph Louis Gay-Lussac ผู้พบกฎข้อหนึ่งของแก๊สอุดมคติว่า ถ้าความดันมีค่าคงตัว ปริมาตรของแก๊สจะเป็นปฏิภาคโดยตรงกับอุณหภูมิ และเป็นคนชอบวิชาอุตุนิยมวิทยาเหมือน Dalton โดยได้ขึ้นบอลลูน เพื่อสำรวจบรรยากาศระดับสูงหลายครั้ง การต้อนรับที่อบอุ่น และแทบไม่มีใครต่อต้านความคิดได้ทำให้ Dalton รู้สึกประทับใจมาก ยิ่งเมื่อได้รับการคัดเลือกให้เป็นสมาชิกต่างชาติของสมาคม French Academy of Sciences Dalton ก็ยิ่งรู้สึกยินดี เพราะได้รับการยกย่องให้เป็นสมาชิกของ Royal Society of London ในอังกฤษด้วย ทำให้ Dalton เป็นคนเพียงไม่กี่คนในโลกที่ได้รับการยอมรับจากสมาคมวิชาการระดับสุดยอดในสองประเทศ ผลที่ตามมาคือ สมเด็จพระเจ้า William ที่ 4 แห่งอังกฤษทรงพระราชทานเหรียญทองคำให้ Dalton ในฐานะผู้มีผลงานวิทยาศาสตร์ดีเยี่ยม แต่ก็ยังมีอุปสรรคเล็กน้อย เพราะในการเข้ารับเหรียญพระราชทาน ผู้เข้ารับจะต้องสะพายดาบของทหาร ซึ่งขัดกับการเป็นสมาชิก Quaker ของ Dalton แต่เมื่อเป็นพระราชประสงค์ เจ้าหน้าที่ในวังจึงเสนอทางออกให้ Dalton สวมเสื้อปริญญาดุษฎีบัณฑิตกิตติมศักดิ์ที่ Dalton เพิ่งได้รับจากมหาวิทยาลัย Oxford เพื่อเข้ารับเหรียญ โดยไม่ต้องสะพายดาบ แม้เสื้อคลุมจะมีสีม่วง แต่ Quaker ไม่ชอบแต่งตัวสีฉูดฉาด กลับเห็นเสื้อคลุมนั้นมีสีเขียว เพราะ Dalton เป็นคนตาบอดสี จะอย่างไรก็ตาม ในการถวายตัวครั้งนั้น นับว่าดำเนินไปได้ด้วยดี เพราะกษัตริย์ William ทรงมีปฏิสันถารกับ Dalton นานเป็นชั่วโมง

ในปี 1833 เพื่อนๆ ของ Dalton ได้ขอให้รัฐบาลอังกฤษปูนบำนาญให้ Dalton แต่นายกรัฐมนตรีปฏิเสธโดยอ้างว่า สภาพเศรษฐกิจของประเทศอยู่ในภาวะลำบาก บรรดาเพื่อนของ Dalton จึงตำหนิรัฐบาลว่า ประเทศชาติจะยิ่งใหญ่ไม่ได้ ถ้ารัฐบาลไม่อุ้มชูดูแลปราชญ์ นายกรัฐมนตรี Lord Gray จึงอนุมัติ

เมื่ออายุ 71 ปี Dalton ได้ล้มป่วยด้วยโรคเส้นเลือดในสมองอุดตัน เพราะเครียด ทำให้เป็นอัมพฤกษ์ครึ่งตัว และพูดไม่ชัด ส่วนการทำงานคำนวณนั้น Dalton ไม่สามารถทำได้เลย และการทำงานทดลองในห้องปฏิบัติการเคมีก็ทำได้ช้ามาก

Dalton ยังคงวัดอุณหภูมิอากาศในบริเวณบ้านต่อไป จนถึงวันที่ 26 กรกฎาคม ค.ศ.1844 และยังได้รายงานว่า วันนี้มีฝนตกเล็กน้อย แล้วเข้านอน จนถึงเวลาเช้าของวันต่อมา คนใช้ได้พบว่า นายได้ตกเตียง และเสียชีวิตแล้ว สิริอายุ 78 ปี

ในพิธีศพที่ Manchester มีผู้มาเข้าร่วมไว้อาลัยประมาณ 4 หมื่นคน

ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตร์รู้จักทฤษฎีอะตอมของ Dalton กฎความดันแยกส่วนของ Dalton และเรียกอาการตาบอดสีว่า Daltonism

หลุมอุกกาบาตบนดวงจันทร์มีชื่อว่า หลุมดอลตัน

วารสารอนินทรีย์เคมีของสมาคม Royal Society มีชื่อว่า Dalton Transactions

ถนนสายหนึ่งในเมือง Manchester ที่ Dalton เคยพำนักในบ้านบนถนนสายนี้ มีชื่อว่า Dalton Street

ที่สถาบัน Royal Manchester Institution มีรูปปั้นครึ่งตัวของ Dalton

ที่มหาวิทยาลัย Manchester มีตึก John Dalton และหอพักนิสิต Dalton เพื่อเป็นอนุสรณ์ระลึกถึงปราชญ์ผู้เป็นบิดาของทฤษฎีอะตอม

อ่านเพิ่มเติมจาก A New System of Chemical Philosophy โดย John Dalton จัดพิมพ์โดย R. Bickerstaff ปี 1808

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...