ปี 1896 (เมื่อ 130 ปีก่อน) เป็นรัชสมัยของสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว และเป็นเวลาที่ Antoine Henri Becquerel (1852-1908) ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส พบปรากฏการณ์แปลกประหลาด เมื่อได้เห็นรังสีที่สารประกอบของยูเรเนียม (potassium uranyl sulfate) เปล่งออกมา ทำให้ฟิล์มถ่ายภาพที่ห่อหุ้มสารอยู่มีสภาพมัวหมอง
ในทำนองเดียวกับรังสีเอกซ์ที่ Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) เคยพบเมื่อหนึ่งปีก่อนนั้น ด้วยการยิงอิเล็กตรอนให้พุ่งชนเป้าที่ทำด้วยโลหะ เช่น ตะกั่ว และ tungsten เพราะรังสีเอกซ์เกิดจากการที่อิเล็กตรอนถูกอะตอมที่มีในเป้าต่อต้าน ทำให้เกิดแรงหน่วง จึงผลทำให้อิเล็กตรอนต้องแผ่รังสีออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง) ที่มีความยาวคลื่นต่าง ๆ มากมาย จนมีลักษณะเป็น continuous spectrum และมีพลังงานบางส่วนของรังสีเอกซ์ที่ได้ถูกใช้ไปในการน็อคอิเล็กตรอนให้หลุดจากวงโคจรในอะตอม ให้อิเล็กตรอนตัวอื่นเคลื่อนที่ลงไปแทนที่ ทำให้เป้าเปล่งแสงออกมาเป็นเส้นสเปกตรัมที่บอกเอกลักษณ์เฉพาะ (ชนิด) ของอะตอมในเป้า (characteristic spectrum) ได้ และในเวลาต่อมา วิธีนี้ได้ช่วยให้นักฟิสิกส์ชื่อ Henry Moseley (1887–1915) รู้วิธีนับจำนวนโปรตอนที่มีในนิวเคลียสของอะตอมชนิดต่างๆ
เมื่อ Becquerel รู้ว่า รังสีเอกซ์ที่ผลิตได้โดยวิธีของ Röntgen เป็นรังสีเอกซ์ที่เกิดโดยฝีมือมนุษย์ เขาจึงคิดว่าวิธีผลิตรังสีลึกลับของเขาเกิดจากสารประกอบนี้ จึงนับเป็นวิธีผลิตรังสีโดยวิธีธรรมชาติ
ครั้นเมื่อโลกวิทยาศาสตร์ทราบข่าวนี้ Marie Curie (1867–1934) กับ Pierre Curie (1859–1906) ซึ่งเป็นสองสามีภรรยาชาวฝรั่งเศส ต่างก็ทิ้งงานวิจัยที่ตนกำลังทำ และหันมาศึกษาธรรมชาติของรังสีเบคเคอเรล (Becquerel's ray) ในทันที และได้พบว่า รังสีลึกลับมิได้เป็นรังสีที่มีประจุไฟฟ้า คือ เป็นบวกและลบ เพราะไม่สามารถเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแยกกันอย่างเห็นได้ชัด ถ้าความเข้มของสนามนั้นมีค่าต่ำ แต่ถ้าสนามมีความเข้มสูง รังสีจะสามารถแยกจากกันได้
ผลงานนี้ทำให้นักฟิสิกส์ทั้งสามได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1903 ร่วมกัน
คำถามที่นักวิทยาศาสตร์ทุกคนและคนทั่วไปมีต่อการค้นพบนี้คือ อะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้สารบางชนิดปล่อยรังสีเป็นสารกัมมันตรังสี และบางชนิดไม่เป็น และเมื่อเวลาในการเปล่งรังสีของธาตุต่างชนิดได้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องภายในเวลาที่แตกต่างกัน คำถามจึงมีว่า อะไรทำให้สารเหล่านี้เปล่งรังสี อะไรคือแหล่งพลังงานที่ทำให้เกิดเหตุการณ์นี้ และแหล่งนั้นมาจากสิ่งแวดล้อมหรือจากภายในตัวสารเอง สำหรับประเด็นอายุของการแผ่รังสีนั้นก็น่าสนใจ เพราะบางสารมีช่วงชีวิตสั้น และบางสารมีช่วงชีวิตนาน (นักฟิสิกส์ใช้คำว่าครึ่งชีวิต (half-life)) ในการบอกเวลาที่สารลดจำนวนอะตอมที่แสดงความเป็นกัมมันตรังสีลงเหลือครึ่งหนึ่งของจำนวนเดิม เช่น ครึ่งชีวิตของ carbon-14 มีค่าเท่ากับ 5,730 ปี ของ iodine-131 เท่ากับ 8 วัน ของ cobalt-60 เท่ากับ 5.3 ปี และของโปรตอน ที่ใครๆ ก็คิดว่าเสถียรนั้น สามารถมีชีวิตอยู่ได้นานถึง 10^34 ปี ซึ่งนับว่านานยิ่งกว่าอายุของเอกภพ (1.4x10^10 ปี) เสียอีก เวลาที่นานมากเช่นนี้ ได้ทำให้คนหลายคนคิดว่า ถ้าเรามีเวลา “คอย” เพียงพอ สรรพสิ่งทุกอย่างที่มีในเอกภพ (ไม่รวมความรัก) ก็จะสลายหมด
ความแตกต่างเรื่องค่าของครึ่งชีวิต ได้ทำให้นักฟิสิกส์พากันสงสัยว่า อะไรคือสาเหตุ คำตอบสำหรับคำถามนี้ ต้องอาศัยความรู้วิชากลศาสตร์ควอนตัม นอกจากนี้ก็มีประเด็นที่เป็นคำถามอีกว่า เวลาสารปล่อยรังสีออกมา องค์ประกอบของอะตอมในสารนั้นย่อมมีการเปลี่ยนแปลง และเมื่อคนทุกคนในเวลานั้นเชื่อว่าสสารประกอบด้วยอะตอม ดังนั้นอะตอมก็ย่อมมีการเปลี่ยนแปลงด้วย นี่จึงเป็นข้อสรุปที่ขัดแย้งกับความเชื่อของผู้คนที่ได้มีมานานร่วม 2,000 ปีว่า ไม่มีใครสามารถทำให้อะตอมเปลี่ยนแปลงได้ จะทำให้เกิดใหม่ก็ไม่ได้ และจะทำให้สูญหายไปก็ไม่ได้ ปรากฏการณ์กัมมันตรังสีที่พบใหม่จึงทำให้เกิดคำถามมากมายที่ท้าทายจะล้มล้างความเชื่อเดิม ๆ ที่โลกได้มีมานาน และนี่ก็คือวิกฤตการณ์ทางความเชื่อเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม ที่ได้เกิดขึ้นเมื่อ 130 ปีก่อน
ประวัติศาสตร์ได้มีการจารึกว่า มนุษย์เริ่มมีความคิดเรื่อง โครงสร้างอะตอม ตั้งแต่เมื่อ 2,500 ปีก่อน เมื่อ Democritus (460-370 ปีก่อนคริสตกาล) ได้แถลงความเชื่อว่า สสารประกอบด้วยอนุภาคทรงกลมและสสารต่างชนิดกัน มีอะตอมที่มีขนาดแตกต่างกัน นอกจากนี้อะตอมยังเป็นสิ่งที่มนุษย์ไม่สามารถแบ่งแยกได้ (atomos แปลว่า แบ่งแยกไม่ได้)
ครั้นเมื่อถึงยุคของ Aristotle (384–322 ปีก่อนคริสตกาล) ความเชื่อเรื่องโครงสร้างสสารก็ได้เปลี่ยนไป เพราะ Aristotle เชื่อว่า สสารทุกชนิดในเอกภพล้วน ประกอบด้วยดิน น้ำ ลม และไฟ ในอัตราส่วนต่าง ๆ กัน ดังนั้นสสารจึงมีเนื้อที่แสดงความต่อเนื่อง คือ มิได้แยกเป็นหน่วย ๆ ดังความคิดของ Democritus
ในช่วงปี 1770-1790 Antoine Laurent de Lavoisier (1743–1794) นักเคมีชาวฝรั่งเศส ซึ่งเป็นบิดาของวิชาเคมียุคใหม่ ผู้ได้เปลี่ยนโฉมเคมีจากเคมีเชิงบรรยายมาเป็นเคมีเชิงปริมาณ และเป็นผู้ที่แถลงกฎทรงมวลของสสาร (Law of Conservation of Mass) ว่า ในปฏิกิริยาเคมี สสารสามารถเปลี่ยนรูปได้ แต่จะสร้างหรือทำลายไม่ได้ และมวลของสสารก่อนเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีค่าเท่ากับมวลของสสารหลังปฏิกิริยาเคมีเสมอ Lavoisier ยังได้พบก๊าซออกซิเจนด้วยตนเองอย่างเป็นอิสระจาก Carl Wilhelm Scheele และ Joseph Priestley แต่เพราะได้ตีพิมพ์ผลงานหลัง Priestley ดังนั้นเครดิตการพบออกซิเจน จึงตกเป็นของ Priestley กระนั้น Lavoisier ก็ได้เป็นคนตั้งชื่อ oxygen (จากคำกรีก oxys ที่แปลว่า กรด กับคำ gen ที่แปลว่า แหล่งกำเนิด) ในบั้นปลายชีวิต Lavoisier ได้ถูกศาลประชาชนชาวฝรั่งเศสตัดสินให้ถูกตัดศีรษะด้วยกิโยตีน เมื่อปี 1794 ด้วยข้อหาว่าได้ กระทำผิดอย่างร้ายแรง โดยการฉ้อราษฎรบังหลวง และโดยการเก็บภาษีโหด แต่ในเวลาต่อมาเมื่อถึงปี 1795 ศาลก็ได้พิพากษาประกาศนิรโทษกรรมทุกรูปแบบที่มหาปราชญ์แห่งชาติได้ถูกลงโทษอย่างรุนแรงจนเกินเหตุ
ทฤษฎีโครงสร้างของอะตอมได้รับการพัฒนาในเวลาต่อมาโดย John Dalton (1766-1844) ซึ่งเป็นนักเคมีชาวอังกฤษ ที่ได้เสนอความคิดว่า สสารทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กเรียกอะตอมที่ไม่มีใครสามารถแบ่งแยกได้ และแต่ละธาตุประกอบด้วยอะตอมที่มีรูปทรงไม่เหมือนกัน อีกทั้งมีมวลที่แตกต่างกันด้วย และปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นเมื่อเหล่าอะตอมพากันจับคู่และจัดคู่ใหม่ สูตรเคมีที่ปรากฏจึงแสดงให้เห็นว่า สารประกอบที่เกิดขึ้นมีอะตอมชนิดอะไร ในสัดส่วนอย่างไร ในความเห็นของ Dalton นั้น กฎทรงมวลก็ยังเป็นจริง แต่ Dalton ไม่ได้ระบุชัดว่า องค์ประกอบภายในของอะตอมมีอะไรบ้าง เพราะเขาคิดว่าเมื่อแบ่งแยกอะตอมไม่ได้ นักวิทยาศาสตร์ก็จะไม่มีวันรู้เรื่ององค์ประกอบของอะตอม
ดังนั้นเมื่อ J.J. Thomson (1856-1940) (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1906) ใช้หลอดรังสี Cathode พบ electron ว่าเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอม และอะตอมของธาตุทุกชนิดในโลกต่างก็มี electron ชนิดเดียวกัน ในปี 1897 ความรู้เรื่องโครงสร้างของอะตอมก็ต้องมีการปรับเปลี่ยนใหม่ โดย Thomson ได้เสนอแบบจำลองของอะตอมว่า อะตอมมีโครงสร้างที่เป็นแบบขนมพุดดิ้ง (pudding) ที่มีลูกพรุนอยู่ในเนื้อขนม โดยลูกพรุนเปรียบเสมือนอนุภาคอิเล็กตรอนที่ตนพบ และอิเล็กตรอนจะอยู่นิ่ง ๆ ในเนื้อพุดดิ้งที่มีสมบัติทางไฟฟ้าเป็นบวก ดังนั้นอะตอม จึงมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า
แต่โครงสร้างของอะตอมในลักษณะนี้ถูกล้มเลิกอีก เมื่อ Ernest Rutherford (1871–1937) นักฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์ รางวัลโนเบลเคมี ปี 1908 ใช้รังสีแอลฟา (อนุภาค alpha) ที่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสียิงแผ่นทองคำเปลว โดยให้ศิษย์ที่ชื่อ Hans Geiger (1882–1945) กับ Ernest Marsden (1889–1970) ดำเนินการ ผลการทดลองได้แสดงให้เห็นว่าอะตอมทองคำมีแก่นกลางที่มีความหนาแน่นมากเรียกนิวเคลียส ซึ่งทำให้อนุภาค alpha บางตัว ที่พุ่งมาชน บางตัวต้องกระดอนกลับ และหลายตัวเบี่ยงเบนไป
แบบจำลองอะตอมของ Thomson จึงถูกแทนที่ใหม่โดยแบบจำลองอะตอมของ Rutherford ที่มีนิวเคลียสซึ่งมีประจุบวกเป็นแก่นกลาง และมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่โดยรอบ เหมือนบรรดาดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่แบบจำลองนี้ก็ได้นำมาซึ่งปัญหาใหญ่ เพราะอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม จะมีความเร่งเข้าสู่ศูนย์กลาง จึงต้องแผ่รังสี จนทำให้มันสูญเสียพลังงานไปตลอดเวลา และจะเข้ารวมตัวกับนิวเคลียสที่มีประจุบวก นั่นคือ ในที่สุดอะตอมก็จะไม่เสถียร หรือพูดอีกนัยหนึ่งได้ว่า สสารก็ไม่สามารถดำรงตั้งอยู่ได้
การพบ nucleus ของธาตุไฮโดรเจนว่ามีประจุบวก ทำให้ Rutherford ได้ชื่อว่า เป็นผู้พบอนุภาคโปรตอนเมื่อปี 1919 แต่ผลงานที่สำคัญยิ่งกว่าอีกผลงานหนึ่งของ Rutherford ก็คือ การได้พบว่า อะตอมสามารถเปลี่ยนชนิดได้
การได้พบว่า ธาตุไนโตรเจนสามารถเปลี่ยนไปเป็นธาตุออกซิเจนได้เช่นนี้ ทำให้ Rutherford ต้องระล่ำระลักบอก Soddy ว่า อย่าเพิ่งรีบตีพิมพ์เผยแพร่ผลงานนี่เลย เพราะใคร ๆ ก็จะพากันประณามว่าเราสองคนเพี้ยน ที่เชื่อว่าสามารถชุบชีวิตคนที่ตายไปแล้วให้ฟื้นคืนชีพได้ และความเกรงกลัวนี้ก็ได้กลายเป็นความจริง เพราะคนทั้งสองถูกทัวร์นักวิชาการลงว่าพยายามจะฟื้นฟูวิทยาการเล่นแร่แปรธาตุ ให้กลับมามีชีวิตอีกครั้งหนึ่ง แม้แต่ J.J. Thomson เอง ก็ได้กล่าวตำหนิ Rutherford ว่า ได้เสียผู้เสียคนในคราวนี้เอง แต่เมื่อ P.M.S. Blackett (1897–1974) รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1948 ได้ออกมายืนยันว่า การค้นพบของ Rutherford ถูกต้อง โดยการใช้ห้องเมฆ (cloud chamber) ถ่ายภาพปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในปี 1924 ทุกคนก็ยอมรับว่า มนุษย์สามารถเล่นแร่แปรธาตุได้ และในเวลาต่อมาการค้นพบนี้ ก็ได้นำนักฟิสิกส์ไปสู่การสร้างนิวเคลียสกัมมันตรังสี โดยวิธีเหนี่ยวนำ และสู่โลกเทคโนโลยีของเตาปฏิกรณ์ nuclear fission กับ nuclear fusion เพื่อสร้างพลังงานสะอาด ให้มนุษย์ได้ใช้อย่างนิจนิรันดร์ในอนาคต
การค้นพบธรรมชาติที่แท้จริงของอนุภาค alpha ว่าเป็นนิวเคลียสของธาตุ helium ได้ทำให้ Rutherford ได้รับรางวัลโนเบลเคมีประจำปี 1908 แม้การค้นพบนิวเคลียสในอะตอม กับการพบว่ามนุษย์สามารถเปลี่ยนแปลงนิวเคลียสได้จะเป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่กว่ามากก็ตาม แต่ Rutherford ก็ไม่ได้รับรางวัลโนเบลเพิ่มอีก จากการได้รับรางวัลโนเบลเคมี เหตุการณ์นี้ทำให้ Rutherford ถึงกับกล่าวว่า การที่เขาสามารถเปลี่ยนแปลงธาตุได้ ได้ทำให้เขารู้สึกประหลาดใจมาก แต่ก็ยังไม่มากเท่ากับความประหลาดใจที่เกิดขึ้น เมื่อสถาบันรางวัลโนเบลของสวีเดนได้มอบรางวัลโนเบลเคมีให้แก่เขาที่เป็นนักฟิสิกส์
ในประเด็นวิกฤตการณ์ที่เกี่ยวข้องกับกฎทรงพลังงานนั้นก็เช่นกัน การพบปรากฏการณ์กัมมันตรังสี ได้เข้ามามีบทบาทในการเปลี่ยนแปลงใจความของกฎนี้เช่นกัน
ในปี 1775 ที่ Paris ในประเทศฝรั่งเศส สถาบัน Academy of Sciences (Academie Royale) ได้ประกาศแถลงการณ์ว่า สถาบันไม่รับพิจารณาโครงการวิจัยใด ๆ ที่อ้างว่า มีคนที่สามารถจะแบ่งมุม ๆ หนึ่ง ออกเป็นสามส่วนเท่า ๆ กันได้ และจะไม่สนใจพิจารณาความพยายามของนักวิจัยคนใด ที่จะสร้างสี่เหลี่ยมจัตุรัสให้มีพื้นที่เท่ากับวงกลมได้ โดยใช้เพียงไม้บรรทัดกับวงเวียนเท่านั้น ตลอดจนถึงจะไม่รับพิจารณา ความพยายามของผู้ใดที่จะสร้างเครื่องจักรกล ที่มีประสิทธิภาพ 100% หรือเครื่องจักรกลใดๆ ที่สามารถทำงานได้ชั่วนิจนิรันดร์ โดยไม่ต้องการเชื้อเพลิง ทั้งนี้เพราะหลักการหนึ่งที่นักฟิสิกส์ทุกคนในเวลานั้นเชื่อมั่นและยึดมั่นอยู่ ก็คือหลักการทรงพลังงาน ที่มีใจความว่า พลังงานทั้งหมดของระบบก่อนการเปลี่ยนแปลงจะต้องมีค่าเท่ากับพลังงงานทั้งหมดของระบบหลังการเปลี่ยนแปลงเสมอ และพลังงานดังที่กล่าวมานี้ได้แก่ พลังงานกล พลังงานไฟฟ้า พลังงานแม่เหล็ก พลังงานความร้อน พลังงานเคมี พลังงานแสง นอกจากนี้พลังงานเสียง และพลังงานต่างชนิดก็สามารถเปลี่ยนรูปได้
เช่น James Prescott Joule (1818-1889) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้วัดค่าสมมูลกลของความร้อน (Mechanical Equivalent of Heat) เมื่อปี 1843 และพบว่า งาน 4.186 จูล สามารถทำให้เกิดความร้อน 1 แคลอรีได้ และผลงานของ Joule ในเรื่องนี้ได้นำโลกไปสู่การมีกฎข้อที่หนึ่งของวิชาความร้อน ซึ่งมีใจความว่า มนุษย์ไม่สามารถจะสร้างพลังงานใหม่ จากสุญญากาศหรือความว่างเปล่าได้ แต่สิ่งที่มนุษย์ทำได้ก็คือ เปลี่ยนพลังงานรูปหนึ่ง ให้เป็นพลังงานอีกรูปหนึ่งได้เท่านั้นเอง Joule ยังได้พบอีกว่า เวลาให้ก๊าซขยายตัวผ่านเยื่อพรุนไปในสุญญากาศ อุณหภูมิของก๊าซจะลดต่ำ นี่จึงเป็นวิธีหนึ่งที่สามารถทำให้ก๊าซมีอุณหภูมิลดลงได้ ปรากฏการณ์นี้จึงมีชื่อเรียก ปรากฏการณ์ Joule–Thomson เพราะ Joule ได้พบปรากฏการณ์นี้ร่วมกับ Thomson (Lord Kelvin) และผลงานสำคัญที่สุดของ Joule คือ การพิสูจน์ได้ว่า ความร้อนเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งแต่ไม่ใช่สสารที่ไหลได้ (caloric)
ด้าน Sadi Carnot (1796-1832) วิศวกรชาวฝรั่งเศส ก็เป็นบิดาคนหนึ่งของวิชาอุณหพลศาสตร์ (thermodynamics) ผู้สนใจการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน (heat engine) และ Michael Faraday (1791-1867) ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ผู้พบหลักการสร้างไฟฟ้า โดยการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก และ Hermann von Helmholtz (1821–1894) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ผู้พบกฎทรงพลังงานในระบบชีวภาพ กับ Gottfried Wilhelm Leibnitz (1646-1716) ผู้ได้พบว่า การที่สิ่งมีชีวิตสามารถเคลื่อนที่ได้ เพราะในตัวมี Vis Viva (Living Force หรือพลังชีวิต) แม้ว่านักฟิสิกส์ผู้ค้นพบหลักการเหล่านี้ จะไม่ได้แถลงออกมาชัดเจนว่า พลังงานที่ทำให้ทุกอย่างเคลื่อนที่เป็นพลังงานที่รู้จักในระบบมหภาค (macroscopic system) คำถามก็ยังมีอีกว่า ในระบบจุลภาค หลักการทรงพลังงานจะยังคงใช้ได้หรือไม่
กระนั้นกฎทรงพลังงาน ก็ยังเป็นหลักการสำคัญที่นักฟิสิกส์ทุกคนยอมรับ ไม่ว่าจะเป็น Julius Robert Mayer (1814-1878) แพทย์ชาวเยอรมัน James Prescott Joule, Hermann von Helmholtz (1821-1894) พหสูตชาวเยอรมัน, Sadi Carnot, Lord Kelvin (1824-1907) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ และ Rudolf Clausius (1822-1888) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ทุกคนต่างก็ได้พบความจริงในแต่ละด้านของหลักทรงพลังงาน จนทำให้นักฟิสิกส์พากันยอมรับว่ามันเป็นกฎสากลข้อที่หนึ่งของวิชาความร้อน
ในปี 1905 เมื่อ Albert Einstein (1879-1955) เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และได้พบความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับมวลของสสารตามสมการ L=mc^2 (Einstein ใช้อักษร L แทนพลังงาน แต่คนทั่วไปในเวลาต่อมาใช้อักษร E แทนพลังงาน ส่วน m กับ c นั้นแทน มวลกับความเร็วแสง ตามลำดับ) ดังนั้น m จึงมีค่าเท่ากับ L/c^2 ซึ่งมีความหมายว่า มวลที่มีในสสาร คือค่าที่ใช้บอกพลังงานที่สสารนั้นมี
แต่เทคโนโลยีการวัดพลังงานกับเทคนิคการวัดมวล ในสมัยเมื่อ 100 ปีก่อน ยังไม่ดีหรือละเอียด และถูกต้องอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นการตรวจสอบสมการนี้จึงไม่สามารถกระทำได้
และนั่นก็หมายความว่า ก่อนปี 1896 กฎทรงพลังงานที่แถลงว่า ในปรากฏการณ์ในระบบมหภาค (กลศาสตร์ ความร้อน เคมี ไฟฟ้า แสง เสียง ฯลฯ) พลังงานทั้งหมดของระบบ จะต้องมีค่าคงตัวเสมอ แม้ว่าพลังงานใดๆ จะสามารถเปลี่ยนรูปไปเพียงใดก็ตาม
แต่หลังปี 1896 เป็นต้นมา เมื่อได้มีการพบว่า ธาตุกัมมันตรังสีสามารถปล่อยรังสีออกมาได้ ซึ่งมีรังสีก็มีพลังงาน (ทั้งที่เป็นอนุภาคและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) เหตุการณ์นี้ จึงทำให้ดูเสมือนว่ากฎทรงพลังงาน ไม่สามารถจะนำมาใช้ได้ในระบบจุลภาคที่เป็นอะตอมของธาตุได้ เพราะการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น ทำให้ดูเสมือนว่าระบบไม่ได้รับพลังงานจากสภาพแวดล้อมภายนอก (สนามโน้มถ่วง อุณหภูมิ หรือความดันใด ๆ) เลย และธาตุก็ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เหตุการณ์นี้ทำให้หลายคนคิดไปว่า กฎทรงพลังงานไม่สามารถนำมาใช้ได้ในระบบจุลภาค แม้แต่ Niels Bohr ก็เคยคิดเช่นนั้น
แต่การทดลองของ Rutherford ได้แสดงให้โลกเห็นว่า การเปลี่ยนแปลงของธาตุกัมมันตรังสี เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายในนิวเคลียสของอะตอม นี่จึงเป็นการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ในระบบจุลภาค โดยมวลของธาตุ หลังการเปลี่ยนแปลงได้ลดลงจากเดิม และได้เปลี่ยนไปเป็นพลังงาน
ดังนั้นกฎทรงพลังงาน ณ ปัจจุบัน จึงต้องมีการปรับเปลี่ยนไปเล็กน้อย จากกฎทรงมวลเดิมของ Lavoisier ก็ได้เลิกใช้ไป เพราะไม่ถูกต้องอย่างสมบูรณ์ และกฎใหม่มีชื่อว่า กฎทรงมวล-พลังงาน ที่สามารถใช้กับระบบได้ทุกระบบในเอกภพ จึงมีชื่อเรียกใหม่ว่า กฎอนุรักษ์มวล-พลังงาน (Law of Conservation of Mass-Energy)
อ่านเพิ่มเติมจาก Pitts, J. Brian (September 2021). "Conservation of Energy: Missing Features in Its Nature and Justification and Why They Matter". Foundations of Science. 26 (3): 559–584. doi:10.1007/s10699-020-09657-1. PMC 8570307. PMID 34759713
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์
ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ,นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน,ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
