xs
xsm
sm
md
lg

Ernest Rutherford : มนุษย์คนแรกที่เล่นแร่แปรธาตุได้

เผยแพร่:   ปรับปรุง:   โดย: ผู้จัดการออนไลน์



ในปี 1931 Ernest Rutherford นักฟิสิกส์ในสังกัดมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษได้เขียนบทความรับเชิญลงในหนังสือพิมพ์ The Times เนื่องในโอกาสครบหนึ่งศตวรรษของการพบปรากฏการณ์เหนี่ยวนำไฟฟ้าโดย Michael Faraday โดยได้กล่าวยกย่อง Faraday ว่าเป็นนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่คนหนึ่งของโลก การเขียนสรรเสริญ Faraday ในทำนองนี้ สามารถนำมาใช้ได้ดีกับตัว Rutherford เอง เพราะเขาคือ ผู้พบนิวเคลียสในอะตอม พบอนุภาคโปรตอน เป็นคนที่สามารถเปลี่ยนไนโตรเจนเป็นออกซิเจนได้ และยังได้พบอีกว่าเวลานิวเคลียสของอะตอมสลายตัว จะเกิดปรากฏการณ์กัมมันตรังสี แม้จะเป็นผู้พบนิวเคลียสเป็นคนแรก แต่ Rutherford ก็ไม่รู้ว่าในนิวเคลียสมีพลังงานนิวเคลียร์ เพราะได้เคยแถลงว่า มนุษย์ไม่มีวันจะนำพลังงานในนิวเคลียสมาใช้งานได้ (Rutherford เสียชีวิตไปก่อนจะได้เห็นการยุติสงครามโลกครั้งที่สองโดยระเบิดปรมาณู และเห็นการใช้กระแสไฟฟ้าที่ผลิตจากโรงงานไฟฟ้าปรมาณู)

Albert Einstein ก็เคยกล่าวสดุดี Rutherford ว่าเป็นนักฟิสิกส์ด้านการทดลองผู้ยิ่งใหญ่ที่สุดของโลก เมื่อ Rutherford ถึงแก่กรรม Niels Bohr ซึ่งได้รับเกียรติเป็นผู้แถลงข่าวการเสียชีวิตของ Rutherford ถึงกับน้ำตาคลอ และในประเทศนิวซีแลนด์ ซึ่งเป็นบ้านเกิดของ Rutherford เขาคืออภิมหาปราชญ์ที่ชาวนิวซีแลนด์ทุกคนรักและภูมิใจ

Ernest Rutherford เกิดเมื่อวันที่ 30 สิงหาคม ค.ศ.1817 (รัชสมัยสมเด็จพระปิยมหาราช) ที่หมู่บ้าน Brightwater ใกล้เมือง Nelson ในประเทศ New Zealand ครอบครัว Rutherford มีลูกชาย 7 คน และลูกสาว 5 คน บิดา James มีอาชีพเป็นช่างซ่อมรถที่เมือง Perth ในประเทศออสเตรเลีย และได้อพยพครอบครัวไปอยู่ที่ประเทศ New Zealand เพื่อประกอบอาชีพทำฟาร์มเลี้ยงสัตว์ เพราะครอบครัวมีสมาชิกหลายคน ดังนั้นบิดาจึงหัดลูกทุกคนให้มีนิสัยประหยัด และทำงานหนัก ส่วนมารดา Martha มีนามสกุลเดิมว่า Thompson เป็นคนที่สนับสนุนให้ลูกทุกคนรักการเรียน การใช้ชีวิตที่เรียบง่ายตลอดเวลาในวัยเด็ก ทำให้ Rutherford เป็นคนมีนิสัยตรงไปตรงมา

Rutherford มิได้เป็นเด็กที่เรียนหนังสือเก่งมาก แต่เป็นคนมีความพยายามและความอดทนสูง จึงประสบความสำเร็จในชีวิตในที่สุด เพราะครอบครัวมีฐานะไม่ดี ดังนั้นเด็กชาย Rutherford จึงพยายามสอบชิงทุนทุกครั้งที่มีโอกาส เช่น เมื่อจบชั้นประถมศึกษา ได้สอบชิงทุนเรียนต่อระดับมัธยมศึกษา และสอบได้ที่สอง แต่เมื่อคนที่ได้ที่หนึ่งสอบภาษาอังกฤษไม่ผ่าน Rutherford จึงได้รับทุนแทน เมื่อสำเร็จการศึกษาระดับมัธยมศึกษา Rutherford ได้สอบชิงทุนไปเรียนต่อที่วิทยาลัย Canterbury ในเมือง Christchurch แม้จะสอบเข้าได้ แต่ก็ไม่ได้ทุน เพราะได้คะแนนสอบไม่ดี จึงต้องเรียนต่อที่โรงเรียนเดิมอีก 1 ปี และสอบเข้าอีก คราวนี้ได้ทุน เพราะคนที่สอบได้ที่หนึ่งสละสิทธิ์ ขณะเรียนที่วิทยาลัย แม้จะได้รับรางวัลในการสอบคณิตศาสตร์ทุกปี แต่ Rutherford ก็มิได้เรียนเก่งมาก เพราะในแต่ละปี มีคนได้รางวัลนี้ 4 – 5 คน

ขณะอยู่ในวัยเรียน Rutherford ชอบอ่านหนังสือวิทยาศาสตร์มาก และชอบประดิษฐ์ของเล่น เช่น กังหันน้ำและนาฬิกา แต่ไม่มีใครให้ความสนใจ เพราะครูทุกคนคิดว่า เมื่อ Rutherford มีอายุมากขึ้น ก็คงมีอาชีพเป็นชาวนาเหมือนพ่อ เมื่ออายุ 22 ปี Rutherford ก็สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี วิชาเอกฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ ด้วยคะแนนเกียรตินิยม จากนั้นได้ศึกษาต่อระดับปริญญาโทอีก 1 ปี เพื่อสอบชิงทุนไปศึกษาต่อที่ประเทศอังกฤษ

ขณะรอฟังข่าวผลการสอบชิงทุน Rutherford ไปทำงานเป็นครูสอนหนังสือในโรงเรียนมัธยม และหมั้นกับ May Newton ซึ่งเป็นบุตรสาวของเจ้าของบ้านที่ตนเช่าห้องพักอยู่ ในยามว่าง Rutherford ชอบใช้เวลาประดิษฐ์อุปกรณ์รับ-ส่งคลื่นวิทยุที่ Heinrich Hertz พบ และสามารถใช้สื่อสารทางไกลได้ ในที่สุดข่าวการได้ทุนก็มาถึง Rutherford ได้เล่าว่า ในวันนั้น เขากำลังขุดมันฝรั่งอยู่ในไร่ที่เมือง Pungarehu ทันทีที่มารดานำโทรเลขมาแจ้งข่าว Rutherford ได้วางจอบลงที่พื้นแล้วบอกแม่ว่า จากนี้ไปตนจะไม่ขุดมันฝรั่งอีกแล้ว

จากนั้น Rutherford วัย 24 ปี ก็ได้เดินทางเรือออกจากประเทศนิวซีแลนด์ถึงอังกฤษ ในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1895 เพื่อทำงานเป็นนักวิจัยผู้ช่วยของ J. J.Thomson (ผู้พบอิเล็กตรอนในปี 1895 และได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ในปี 1906) เพราะ Thomson เป็นคนที่เข้าใจปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าดีที่สุดในโลก ครั้นเมื่อ Thomson ได้เห็นอุปกรณ์รับ–ส่งคลื่นวิทยุที่ Rutherford ประดิษฐ์ ก็รู้สึกประทับใจมาก จึงให้ Rutherford ทำงานเป็นผู้ช่วยวิจัยประจำห้องปฏิบัติการ Cavendish โดยตั้งใจจะให้วิจัยเรื่องเครื่องรับ – ส่งสัญญาณคลื่นวิทยุต่อไป

แต่เมื่อถึงเดือนมกราคมของปี 1895 นั้นเอง โลกก็ได้รับข่าวสำคัญว่า Wilhelm Konrad Rontgen แห่งมหาวิทยาลัย Wurzburg ในประเทศเยอรมนี ได้พบรังสีเอกซ์ ซึ่งธรรมชาติของรังสีนี้เป็นปริศนาลึกลับที่ยังไม่มีใครรู้ ดังนั้น Thomson จึงกำหนดให้ Rutherford ศึกษาอิทธิพลของรังสีเอกซ์ที่มีต่อสมบัติการนำไฟฟ้าของแก๊ส และ Rutherford ก็ยินดี จึงเลื่อนกำหนดเวลาแต่งงานของตนออกไป


อีก 6 ปีต่อมา Antoine Henri Becquerel ก็ได้ทำให้คนทั้งโลกตกตะลึงอีก ด้วยการพบปรากฏการณ์กัมมันตรังสี ทันทีที่ Rutherford รู้ข่าวนี้ ก็รู้สึกสนใจมากเป็นพิเศษ ประจวบกับ ณ เวลานั้น บรรยากาศการทำงานที่ห้องปฏิบัติการ Cavendish ไม่สู้ดีนัก เพราะคนที่สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัย Cambridge มักดูถูกคนที่สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยอื่น โดยเฉพาะจากประเทศที่เป็นอาณานิคมของอังกฤษ ครั้นเมื่อ Rutherford ได้พบว่า แม้ตนจะได้ทำงานที่นี่มาแล้ว 2 ปี มหาวิทยาลัย Cambridge ก็ยังไม่มีตำแหน่งอาจารย์ให้ ดังนั้นเมื่อมหาวิทยาลัย McGill ในประเทศแคนาดา มีความประสงค์จะบรรจุอาจารย์ผู้รับผิดชอบในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ Rutherford จึงตัดสินใจลาออกจากมหาวิทยาลัย Cambridge โดยมี Thomson เป็นคนเขียนคำรับรองให้อย่างดีเลิศ Rutherford จึงได้ตำแหน่งอาจารย์ประจำที่มหาวิทยาลัย McGill

Rutherford เดินทางถึงเมือง Montreal ในประเทศแคนาดาเมื่อเดือนกันยายน ค.ศ. 1896 และเริ่มทำงานวิจัยเรื่องกัมมันตรังสี ซึ่งเป็นเรื่องที่นักฟิสิกส์ทุกคนกำลังสนใจทันที ตลอดเวลา 9 ปีที่ Rutherford ทำงานที่ McGill เขาได้พบว่าอะตอมของธาตุบางชนิด เช่น uranium, thorium, polonium และ radium ไม่เสถียร คือจะสลายตัวปล่อยรังสีแอลฟากับรังสีบีตาออกมา (ส่วนรังสีแกมมานั้น P.U. Villard เป็นผู้พบหลังการพบรังสีแอลฟาและบีตา) นอกจากนี้ Rutherford ก็ยังได้พบอีกว่า ธาตุกัมมันตรังสีบางชนิด จะสลายตัวอย่างต่อเนื่อง คือสลายแบบอนุกรม ผลงานนี้ทำให้ Rutherford ได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ MacDonald แห่งมหาวิทยาลัย McGill และได้ทำให้มหาวิทยาลัยมีชื่อเสียงว่าเป็นศูนย์กลางการวิจัยอะตอมที่ดีเด่นของโลก
เมื่อได้ตำแหน่งดีและงานเดิน Rutherford ก็เริ่มรู้สึกว่าชีวิตของตนมีความมั่นคงแล้ว ดังนั้นหลังจากที่ทำงานที่มหาวิทยาลัย McGill ได้ 2 ปี ก็เดินทางกลับ New Zealand เพื่อแต่งงาน แล้วนำภรรยา May มาพำนักที่ Canada หลังจากนั้นอีกหนึ่งปี Rutherford ก็ได้บุตรสาวชื่อ Eileen และเริ่มใช้ชีวิตในฐานะเป็นนักวิทยาศาสตร์เซเลบ เพราะได้รับเชิญไปบรรยายในที่ต่าง ๆ ทั่วโลก จนทำให้ไม่มีเวลาทำงานวิจัย

เมื่ออายุ 32 ปี Rutherford ได้รับคัดเลือกเป็นสมาชิก (F.R.S.) ของสมาคม Royal Society ของอังกฤษ ซึ่งนับว่ามีอายุค่อนข้างน้อยสำหรับการได้รับเกียรติที่สูงมากเช่นนี้ และยังได้รับเหรียญ Rumford ของสมาคมด้วย การมีชื่อเสียงที่โด่งดัง ทำให้มหาวิทยาลัยต่าง ๆ ทั่วโลกต้องการตัวมาก จึงเสนอเงินเดือนสูง ๆ ให้ไปทำงานด้วย แต่ Rutherford ได้ตัดสินใจจะไปทำงานที่มหาวิทยาลัย Manchester ในอังกฤษ เพราะที่นั่น คือ ศูนย์กลางการวิจัยฟิสิกส์ของโลกในขณะนั้น

เมื่ออายุ 33 ปี Rutherford ได้เขียนตำราเล่มแรก ชื่อ Radioactivity และได้ข่าวว่า Lord Rayleigh (หรือ William Strutt Raylergh) ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ ปี 1904 ส่วน William Ramsey ก็ได้รับรางวัลโนเบลเคมี Rutherford จึงบอกเพื่อน ๆ ว่า อีก 10 ปี ตนก็จะได้รับรางวัลโนเบลบ้าง แต่เขาคาดคะเนตัวเองผิด เพราะเวลาผ่านไปได้เพียง 4 ปี Rutherford ก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ไม่ใช่สาขาฟิสิกส์

ดังนั้นเมื่ออายุเพียง 36 ปี Rutherford ก็ได้เป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Manchester และได้รับรางวัลโนเบลเคมีประจำปี 1908 จากผลงานการศึกษาธรรมชาติการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี (รางวัลนี้ทำให้มหาวิทยาลัย Manchester มีชื่อเสียงโด่งดังพอ ๆ กับมหาวิทยาลัย Cambridge) เพราะ Rutherford ได้พบการสลายตัวของนิวเคลียส ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอะตอมของธาตุบางธาตุไม่เสถียร โดยจะสลายตัว ทำให้นิวเคลียสที่เหลือมีมวลน้อยลง และมีสมบัติเคมีที่แตกต่างไปจากเดิม และถ้านิวเคลียสที่เกิดใหม่ไม่เสถียร มันก็จะสลายตัวต่อไป กระบวนการสลายตัวจึงเกิดเป็นอนุกรม โดยมีกัมมันตรังสีออกมาด้วยในทุกขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลง

ในเวลานั้น นักฟิสิกส์รู้แล้วว่า กัมมันตรังสีชนิดบีตา (beta) คือ อนุภาคอิเล็กตรอน แต่ยังไม่มีใครรู้ธรรมชาติของกัมมันตรังสีชนิดแอลฟา (alpha) Rutherford จึงวิจัยเรื่องนี้จนพบว่า เวลามีสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กกระทำรังสีแอลฟาจะเบี่ยงเบนไปในทิศที่แสดงว่า เป็นอนุภาคที่มีประจุบวก นอกจากนี้รังสีแอลฟาที่เปล่งออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีทุกชนิดจะมีอัตราส่วนระหว่างประจุ/มวล ที่มีค่าเท่ากันเสมอ ทั้ง ๆ ที่มีความเร็วแตกต่างกัน ในที่สุด Rutherford ก็ได้แสดงให้ทุกคนเห็นว่า อนุภาคแอลฟามีประจุ +2 คือ มีค่าเป็นสองเท่าของอิเล็กตรอน และมีมวลประมาณ 4 เท่าของอะตอมไฮโดรเจน ดังนั้น Rutherford จึงสรุปว่า อนุภาคแอลฟา คือ อะตอมของธาตุฮีเลียมที่ปราศจากอิเล็กตรอน 2 อนุภาค


ในการวิจัยธรรมชาติของอนุภาคแอลฟาที่มหาวิทยาลัย Manchester Rutherford มีนักวิจัยผู้ช่วยชื่อ Hans Geiger ซึ่งเป็นคนออกแบบอุปกรณ์นับจำนวนอนุภาคแอลฟา ครั้นเมื่อ Rutherford นำเรเดียมใส่ลงในภาชนะแก้วที่มีผนังบาง เพื่อให้อนุภาคแอลฟาสามารถทะลุผ่านได้ และให้ภาชนะแก้วนั้น อยู่ภายในภาชนะแก้วอีกใบหนึ่งที่มีผนังหนามาก จนอนุภาคแอลฟาทะลุผ่านไม่ได้ แล้วทำให้บริเวณที่ว่างระหว่างภาชนะทั้งสองเป็นสุญญากาศและเมื่อเวลาผ่านไปนาน ๆ Rutherford ก็ได้พบว่า แก๊สที่อยู่ระหว่างภาชนะแก้วทั้งสอง เป็นฮีเลียม เพราะเมื่อนำแก๊สไปวิเคราะห์ ได้เห็นเส้นสเปกตรัมของฮีเลียม และเมื่อเวลาผ่านไปยิ่งนาน เส้นสเปกตรัมก็ยิ่งสว่างชัด Rutherford จึงรู้ว่าแก๊สฮีเลียมที่ได้มาจากอนุภาคแอลฟาที่ได้รับอิเล็กตรอนไปจากแก้ว แล้วกลายเป็นฮีเลียม จึงนำความรู้เรื่องธรรมชาติของอนุภาคแอลฟาไปบรรยายในงานฉลองการรับรางวัลโนเบลเคมี เมื่อปี 1908 ภายใต้ชื่อคำบรรยายว่า “The Chemical Nature of the Alpha Particles from Radioactive Substances” และได้กล่าวทิ้งท้ายว่า ไม่เพียงแต่ธาตุกัมมันตรังสีเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลงได้ แม้แต่ตัว Rutherford เองก็เปลี่ยนสถานภาพได้เช่นกัน คือ จากนักฟิสิกส์เป็นนักเคมี โดยเปลี่ยนได้เร็วยิ่งกว่าธาตุอีก แล้ว Rutherford ได้กล่าวสรุปว่า การศึกษากัมมันตรังสีจะทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจธรรมชาติของอะตอม

เมื่อกลับถึงมหาวิทยาลัย Manchester ในประเทศอังกฤษ Rutherford ได้ขอให้ Geiger ระดมยิงแผ่นทองคำเปลวด้วยกระแสอนุภาคแอลฟา และพบว่า ถ้าอนุภาคมีพลังงานสูง มุมกระเจิงของอนุภาคจะมีค่าน้อย ต่อมาในปี 1909 Rutherford ได้ให้ Ernest Marsden ซึ่งเป็นนิสิตปริญญาตรีมาช่วย Geiger ค้นหาอนุภาคแอลฟาที่ถูกกระเจิงออกไปเป็นมุมกว้าง และบอกว่าตนไม่คาดหวังจะเห็นอนุภาคใดสะท้อนกลับเป็นมุมกว้างเลย

แต่เมื่อ Marsden รายงานการเห็นอนุภาคแอลฟาบางตัวกระดอนกลับ Rutherford ก็ตระหนกตกใจที่สุดในชีวิต เพราะรู้สึกเหมือนกับการยิงแผ่นกระดาษบาง ๆ ด้วยกระสุนปืนใหญ่ แล้วกระสุนกระดอนกลับมาหาคนยิง

ดังนั้นในฤดูใบไม้ผลิ ปี 1909 Geiger กับ Marsden จึงได้รายงานผลการค้นพบนี้ในวารสารวิชาการ และ Rutherford ได้ครุ่นคิดต่อว่าสาเหตุที่อนุภาคแอลฟากระดอนกลับคงเกิดจากการที่อนุภาคแอลฟาได้พุ่งชนแก่นกลางที่มีความหนาแน่นมากของอะตอมอย่างตรง ๆ ดังนั้นโครงสร้างอะตอมของ Rutherford จึงมีรูปแบบที่แตกต่างไปจากแบบจำลองอะตอมของ Joseph John Thomson ที่เชื่อว่าอะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลม ที่เนื้อภายในมีค่าไฟฟ้าเป็นบวก และมีอิเล็กตรอนจำนวนมากแฝงอยู่ในเนื้อนั้น นอกจากนี้แบบจำลองอะตอมของ Thomson ก็ยังพยากรณ์มุมกระเจิงของอนุภาคแอลฟาอีกว่าจะมีค่าน้อย ดังนั้นแบบจำลองอะตอมของ Thomson จึงไม่สามารถอธิบายการทดลอง Geiger กับ Marsden ได้

Rutherford จึงเสนอแบบจำลองของอะตอมใหม่ โดยให้ตรงกลางอะตอมมีนิวเคลียสที่มีประจุบวก แล้วนิวเคลียสก็จะผลักอนุภาคแอลฟาด้วยแรงไฟฟ้า เพราะอนุภาคทั้งสองมีประจุบวกเหมือนกัน และ Rutherford ก็ได้ใช้กลศาสตร์ของ Newton คำนวณมุมกระเจิงของอนุภาคแอลฟา จนได้สูตรซึ่งให้คำทำนายสอดคล้องกับผลการทดลองของ Geiger และ Marsden ทุกประการ ด้วยเหตุนี้ในฤดูใบไม้ผลิของปี 1911 Rutherford จึงเป็นบุคคลแรกที่รู้ โครงสร้างของอะตอม ทั้ง ๆ ที่มิได้เป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎี แต่เป็นนักฟิสิกส์ทดลอง

การพบนิวเคลียสนำชื่อเสียงมาให้ Rutherford มาก จนทำให้นักฟิสิกส์ทุกคนในเวลานั้นต้องการมาทำงานร่วมกับ Rutherford ที่มหาวิทยาลัย Manchester และหนึ่งในบรรดาเหล่านั้น คือ Niels Bohr จากมหาวิทยาลัย Copenhagen ในประเทศเดนมาร์ก ซึ่งได้เดินทางมาหา Rutherford เมื่อเดือนมีนาคม ค.ศ. 1912 คนทั้งสองทำงานเข้ากันได้ดีมาก เมื่อ Bohr ประสบความสำเร็จในการเสนอทฤษฎีอธิบายที่มาของเส้นสเปกตรัมที่ได้จากอะตอมไฮโดรเจน โดยใช้แบบจำลองอะตอมของ Rutherford เป็นพื้นฐานร่วมกับสมมติฐานเรื่อง quantum ของ Max Planck ผลงานทั้ง 3 ชิ้นที่ Bohr นำเสนอในปี 1913 ได้ทำให้ Rutherford รู้สึกยินดีและชื่นชม Bohr มาก


นอกจาก Bohr แล้ว ในห้องปฏิบัติการของ Rutherford ยังมีนักฟิสิกส์หนุ่มอีกคนหนึ่งชื่อ Henry Moseley ซึ่งได้ศึกษาสเปกตรัมของรังสีเอกซ์ที่ธาตุต่าง ๆ ซึ่งนักทดลองใช้เป็นเป้าให้อิเล็กตรอนพุ่งชน เมื่อ Moseley ใช้แบบจำลองของ Bohr – Rutherford เขาก็สามารถใช้ข้อมูลของรังสีเอกซ์ที่เกิดขึ้นในการบอกจำนวนอนุภาคโปรตอนที่มีในนิวเคลียสของธาตุต่าง ๆ ได้ทุกชนิด

เมื่อเกิดสงครามโลกครั้งที่หนึ่งในปี 1914 บรรดาชายฉกรรจ์ที่ทำงานในห้องปฏิบัติการ Cavendish ได้ถูกเกณฑ์ไปเป็นทหารซึ่งรวมถึง Moseley ด้วย และ Moseley ได้ประสบอุบัติเหตุเสียชีวิตเพราะเครื่องบินถูกยิงตก

เมื่อสงครามโลกยุติ Rutherford ได้หันมาสนใจการยิงนิวเคลียสของธาตุเบาด้วยอนุภาคแอลฟาต่อ ในปี 1919 ได้เสนองานวิจัย เรื่อง “An Anomalous Effect in Nitrogen” ซึ่ง ได้ผลว่า เวลาอะตอมไนโตรเจนถูกยิงด้วยอนุภาคแอลฟา นิวเคลียสของไนโตรเจนจะเปลี่ยนแปลง และมีอนุภาคชนิดใหม่เกิดขึ้น ชื่อโปรตอน (proton) นี่จึงเป็นการสาธิตเรื่องการเล่นแร่แปรธาตุที่นักเคมีตั้งแต่สมัยโบราณได้เคยพยายามทำ แต่ทำไม่ได้โดย Rutherford ได้พบว่า เมื่ออนุภาคแอลฟารวมกับนิวเคลียสของไนโตรเจนจะให้ นิวเคลียสของออกซิเจนและโปรตอน ตามสมการ


นี่เป็นผลงานสำคัญชิ้นสุดท้ายที่ Rutherford ทำที่มหาวิทยาลัย Manchester

ในปี 1921 หลังจากที่ได้พบโปรตอน แล้ว Rutherford ได้คาดหวังจะพบอนุภาคที่มีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้าด้วย แต่ไม่สำเร็จ (James Chadwick ได้พบนิวตรอนในอีก 9 ปีต่อมา)

ตามปกติเวลาวิจัย Rutherford ไม่ชอบการคำนวณที่ต้องใช้คณิตศาสตร์ที่ยุ่งยากและซับซ้อน เช่น กลศาสตร์ควอนตัม ดังนั้นจึงชอบกลศาสตร์ของ Newton ยิ่งกว่ากลศาสตร์ของ Einstein และมักคิดว่า บรรดานักฟิสิกส์ทฤษฎีทั้งหลายชอบเล่นเกมที่มีแต่ตัวอักษรกับสัญลักษณ์คณิตศาสตร์ ส่วนนักฟิสิกส์ทดลองนั้นชอบเล่นของจริง ดังจะเห็นได้จากอุปกรณ์ที่ Rutherford ออกแบบในการทดลอง มักมีขนาดเล็ก มีราคาไม่แพง และใช้คนเพียง 2 – 3 คนก็ได้ผล ในขณะที่อุปกรณ์ฟิสิกส์ปัจจุบัน เช่น เครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider (LHC) ต้องการเงินร่วมล้านล้านบาท อีกทั้งต้องใช้คนจำนวนนับพัน เพราะอุปกรณ์มีขนาดใหญ่เท่าภูเขา

เมื่ออายุ 43 ปี Rutherford ได้รับโปรดเกล้าฯ ให้เป็น Sir แต่ก็ยังทำงานต่อที่มหาวิทยาลัย Manchester จนอีก 15 ปี ต่อมาเมื่อ J. J. Thomson ต้องเกษียณจากมหาวิทยาลัย Cambridge Rutherford จึงเข้ารับตำแหน่งผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ Cavendish แทน


เมื่อเข้ามาทำงานบริหาร Rutherford ก็มีเวลาทำวิจัยน้อยลง และได้พยายามหาเวลาสนทนากับบรรดาศิษย์ ซึ่งกว่าครึ่งเป็นคนต่างชาติ เมื่อคนเหล่านี้สำเร็จการศึกษาก็ได้แยกย้ายกลับบ้านเกิดเมืองนอน Rutherford มีศิษย์ร่วม 20 คน ที่ได้รับรางวัลโนเบลและอีก 54 คน ได้รับเลือกเป็น Fellow of the Royal Society (F.R.S.) กับอีก 10 คนได้เป็น Sir

ตามปกติ Rutherford เป็นคนมีพลังในการทำงานมาก มักพูดจาโผงผางและชอบกล่าวคำสบถสาบานโดยอ้างว่า คำสาบานจะทำให้ผลการทดลองดีขึ้น เป็นคนไม่ฝักใฝ่การเมือง เวลาเขียนหนังสือ ชอบใช้ปากกาคอแร้งหรือดินสอ เวลาว่างชอบขับรถ เล่นกอล์ฟ และสูบบุหรี่ ใช้เวลาในการตัดสินใจค่อนข้างน้อยและมักไม่เปลี่ยนใจ การมีนิสัยโผงผางทำให้ในบางครั้งดูเป็นคนหยาบคาย ครั้นเมื่ออารมณ์เย็นลงก็จะกล่าวคำขอโทษ ศิษย์ทุกคนจึงทำงานให้อย่างทุ่มเท เวลาได้ทุนวิจัย Rutherford จะใช้เงินส่วนหนึ่งในการสนับสนุนการศึกษาของศิษย์ เช่น Niels Bohr ให้เดินทางมาทำงานร่วมกันที่มหาวิทยาลัย Manchester

นอกจากจะมีบ้านที่ Cambridge แล้ว Rutherford ยังมีบ้านพักที่ Snowdonia และที่ Hamshire ด้วย โดยบริเวณรอบบ้านมีสวน และในห้องทำงานมีหนังสือพิมพ์มากมาย

เมื่ออายุ 50 ปี Rutherford ได้รับแต่งตั้งเป็นศาสตราจารย์แห่ง Royal Institution อีกหนึ่งปีต่อมาก็ได้รับเหรียญ Copley Medal ของสมาคม Royal Society จากนั้นอีก 3 ปี ได้รับโปรดเกล้าฯ ให้ครองตำแหน่ง Order of Merit (O.M.) ซึ่งเป็นเกียรติสูงสุดที่กษัตริย์อังกฤษจะทรงประทานแก่ประชาชน และได้เป็น Baron Rutherford of Nelson ตามชื่อเมืองที่ Rutherford เกิด นอกจากนี้ก็ยังได้เป็นนายกของสมาคม British Association ด้วยเมื่อมีอายุ 56 จนถึง 61 ปี Rutherford ได้รับเลือกให้เป็นนายกของสมาคม Royal Society และดำรงตำแหน่งท่าน Lord เมื่ออายุ 60 ปี

ในวันที่ 15 ตุลาคม ค.ศ. 1937 Rutherford วัย 66 ปี รู้สึกไม่สบาย เพราะเป็นโรคไส้เลื่อน แม้การผ่าตัดจะประสบความสำเร็จ แต่อีก 4 วันต่อมา ก็เสียชีวิต เถ้าอังคารถูกนำไปฝังที่มหาวิหาร Westminster Abbey ณ ตำแหน่งที่ห่างจากหลุมฝังศพของ Isaac Newton เพียงเล็กน้อย และที่เมือง Nelson ในประเทศ New Zealand ก็มีการสร้างอนุสาวรีย์ให้ Rutherford เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่ไปเยือนเมืองจะได้ระลึกและแสดงความคารวะต่อนักสำรวจโลกอะตอมผู้ยิ่งใหญ่ และเป็นผู้ที่ได้พบ

1. ธรรมชาติที่แท้จริงของอนุภาคแอลฟา
2. อธิบายการเปลี่ยนแปลงธาตุกัมมันตรังสี โดยใช้กฎการสลายตัว และให้ทุกคนรู้จักคำว่า ครึ่งชีวิต
3. พบนิวเคลียสในอะตอม
4. พบและตั้งชื่ออนุภาคที่พบว่า proton
5. ทำนายว่าในธรรมชาติมีอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า ชื่อ neutron และได้พยายามหาอนุภาคนี้ แต่ไม่พบ
6. พบธาตุ tritium และ helium 3

โลกมีสองคำถามที่นักประวัติวิทยาศาสตร์หลายคนสนใจ นั่นคือ เหตุใด Rutherford จึงไม่ได้รับรางวัลโนเบลครั้งที่สอง ทั้ง ๆ ที่ผลงานที่ทำหลังจากได้รับรางวัลโนเบลครั้งแรกแล้ว ยิ่งใหญ่กว่าผลงานแรกมาก และเหตุใดรางวัลโนเบลจึงเป็นรางวัลสาขาเคมี

การศึกษาประวัติการพิจารณารางวัลโนเบล ซึ่งถูกเก็บอยู่ที่พิพิธภัณฑ์โนเบล (Nobel Archives) ในกรุง Stockholm ประเทศสวีเดน ได้แสดงให้เห็นว่า ในการจะได้รับรางวัลโนเบล ผู้พิชิตรางวัลจะต้องได้รับการเสนอชื่ออย่างน้อยหนึ่งครั้ง ในปี 1907 Rutherford ได้ถูกเสนอชื่อให้รับรางวัลในสาขาฟิสิกส์ 7 ครั้ง และในสาขาเคมี 1 ครั้ง

ถึงปี 1908 Rutherford ก็ได้รับการเสนอชื่อในสาขาฟิสิกส์อีก 5 ครั้ง และในสาขาเคมีอีก 3 ครั้ง รวมทั้งสิ้น 16 ครั้ง
โดยคนที่เสนอชื่อ Rutherford เป็นชาวเยอรมัน 13 คน ชาวสวีเดน 2 คน และชาวแคนาดา 1 คน เช่น Adolf von Baeyer, Herbert Ebert, Vincentz Czermy, Emil Fischer, Phillip Lenard, Max Planck, Emil Warburg และ Avante Arrhenius แต่ไม่มีนักวิทยาศาสตร์อเมริกาและอังกฤษคนใดเสนอชื่อ Rutherford เลย


บุคคลเหล่านี้ได้เสนอชื่อ Rutherford ให้รับรางวัลเพียงคนเดียว บางคนก็เสนอให้รับรางวัลร่วมกับ Frederick Soddy สำหรับ J.J. Thomson นั้น ได้เสนอชื่อของ Rutherford ช้าไป เพราะการเสนอชื่อผู้รับรางวัลได้ปิดรับสมัครก่อน และต่อมาการตัดสินก็ได้ยุติ สำหรับผลงานเรื่องกัมมันตรังสีจากเรเดียมนั้น คณะกรรมการรางวัลโนเบลมีความเห็นในปี 1907 ว่า การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีเป็นปรากฏการณ์ทางเคมี ไม่ใช่ทางฟิสิกส์ ดังนั้น จึงพิจารณาให้รางวัลแก่ Rutherford ในสาขาเคมี ทั้ง ๆ ที่ Rutherford ใช้เทคนิคทางฟิสิกส์ แต่เมื่อผลการค้นพบมีความสำคัญต่อเคมี คณะกรรมการจึงตัดสินใจไม่ได้ว่าจะให้รางวัลแก่Rutherford ในสาขาใด ดังนั้นจึงเลื่อนการพิจารณาไม่ให้รางวัลในปี 1907 แต่เมื่อถึงปี 1908 ที่ประชุมร่วมกันของคณะกรรมการรางวัลโนเบลทั้งสาขาฟิสิกส์และเคมี ได้พิจารณาเรื่องของ Rutherford อีก และในปีนั้น Rutherford มีคู่แข่งคนสำคัญคือ William Crookes ซึ่งมีอาวุโสกว่า Rutherford ประมาณ 40 ปี กับ Frederick Soddy ซึ่งเป็นศิษย์ของ Rutherford โดย Crookes มีผลงานเรื่อง รังสี cathode และการพบธาตุ uranium X ตั้งแต่ปี 1900 ซึ่งนับว่า “โบราณ” เพราะคณะกรรมการประสงค์จะพิจารณาเฉพาะผลงานที่ทันสมัยและร่วมสมัยเท่านั้น ดังนั้น Crookes จึงหมดสิทธิ์ ส่วน Soddy ก็เป็นศิษย์ของ Rutherford ดังนั้นคณะกรรมการรางวัลโนเบลจึงมีความเห็นว่า

(1) Rutherford ได้พบกัมมันตรังสีในธาตุ thorium ก่อน Crookes พบ uranium X
(2) Rutherford มีผลงานทั้งด้านทดลอง และด้านทฤษฎี
(3) Rutherford พบความสัมพันธ์ระหว่างธาตุกัมมันตรังสีที่เปลี่ยนไป
(4) Rutherford สามารถวัดปริมาณรังสีที่ถูกส่งออกมาได้
(5) Rutherford พบธรรมชาติที่แท้จริงของอนุภาคแอลฟาและบีตา

ดังนั้นผลงานของ Rutherford จึงเกี่ยวข้องกับเคมียิ่งกว่าฟิสิกส์ เพราะองค์ความรู้ที่พบได้ทำปฏิรูปความคิดพื้นฐานของวิชาเคมี แม้จะมี Soddy จะมีส่วนร่วมด้วย แต่ประวัติการให้รางวัลโนเบลเคมีก็ไม่เคยมีรางวัลเคมีใดที่มีผู้รับมากกว่าหนึ่งคน ดังนั้น ศิษย์ Soddy จึงไม่สมควรได้รับคู่กับอาจารย์ Rutherford สำหรับ Crookes นั้น ก็คงต้องคอย เพราะการพบของ Rutherford ยิ่งใหญ่และสำคัญกว่ามาก ดังนั้น รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1908 จึงตกเป็นของ Rutherford แต่เพียงผู้เดียว

สำหรับการพิจารณาสาเหตุที่ทำให้ Rutherford ไม่ได้รับรางวัลโนเบลครั้งที่สอง ทั้ง ๆ ที่มีผลงานสำคัญมากมาย เช่น ได้พัฒนาเครื่องตรวจจับรังสีร่วมกับ Hans Geiger จนอุปกรณ์ได้ถูกพัฒนาไปเป็นเครื่อง Geiger–Muller และรางวัลโนเบลฟิสิกส์ที่ได้มอบให้คนที่พัฒนาเครื่องตรวจจับอนุภาคก็มีคนได้รับมาแล้วถึง 9 รางวัล เป็นรางวัลโนเบลที่มอบให้แก่ผู้พบ electron, neutron, meson ฯลฯ ถึง 26 รางวัล แต่ก็ไม่ได้ให้แก่คนที่พบ nucleus และ proton หรือในกรณีการพบปรากฏการณ์กัมมันตรังสีประดิษฐ์ (artificial radioactivity) รางวัลโนเบลน่าจะมอบให้แก่ Rutherford ในฐานะมนุษย์คนแรกที่เล่นแร่แปรธาตุได้ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งแปลงไนโตรเจนเป็นออกซิเจน เหล่านี้คือเหตุผลที่ทำให้ทุกคนคิดว่า Rutherford สมควรจะได้รางวัลโนเบลครั้งที่สองเหมือน Madame Curie แต่ไม่ได้ เพราะแม้จะได้รับรางวัลโนเบลเพียงรางวัลเดียว Rutherford ก็ดังไม่รู้เรื่องแล้ว และการรับรางวัลโนเบลครั้งที่สองก็คงไม่ได้ทำให้มีชื่อเสียงโด่งดังขึ้นอีกสักเท่าใด

อ่านตอนต่อไปในวันศุกร์หน้า เรื่อง ความตื่นเต้นและประโยชน์ของการเล่นแร่แปรธาตุ


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...