เลขเปลี่ยนโลก ฉบับที่ 115

เรียบเรียงโดย
นครินทร์ ฉันทะโส, ธนกฤต ศรีวิลาศ และถกล ตั้งผาติ
นักสื่อสารวิทยาศาสตร์จากเพจ The Principia และเว็บไซต์ theprincipia.co

เมื่อพูดถึงตัวเลข บางคนคงนึกถึงช่วงเวลาแห่งการลุ้นระทึกที่จะมีในทุก ๆ เดือน เพียงเดือนละ 2 วัน ทุกวันที่ 1 และ 16 ของเดือน คงเป็นอะไรไปไม่ได้นอกจากสลากกินแบ่งรัฐบาล แต่รู้ไหมว่าหากเราลองมองอีกมุม ตัวเลขเหล่านี้ก็สามารถทำให้เราเรียนรู้วิทยาศาสตร์ได้เช่นกัน วันนี้เราจะมาชวนทุกคนกระตุกความคิดไปกับตัวเลขอันสุดแสนมหัศจรรย์เหล่านี้ไปพร้อมกัน

เริ่มต้นด้วยงวดที่ผ่านมาในวันที่ 1 กันยายน พ.ศ. 2565 เลขที่ออก ตื้ดดดดด…

“83”

83 เป็นตัวเลขบ่งบอกอายุตลอดชีวิตของชายผู้พัฒนาเครื่องจักรไอน้ำที่สร้างการเปลี่ยนแปลงโลกของอุตสาหกรรมไปตลอดกาล ที่มีนามว่า “เจมส์ วัตต์” (James Watt) เขาเป็นวิศวกรเครื่องกล นักประดิษฐ์ และนักเคมีชาวสกอต เจมส์ วัตต์เกิดที่เมืองกรีนน็อก (Greenock) ประเทศสกอตแลนด์ เมื่อวันที่ 19 มกราคม พ.ศ. 2279 และเสียชีวิตลงเมื่อวันที่ 25 สิงหาคม พ.ศ. 2362 สิริอายุได้ 83 ปี

เมื่อพูดถึงเจมส์ วัตต์ หลายคนคงนึกถึงการปรับปรุงเครื่องจักรไอน้ำของโทมัส นิวโคเมน (Thomas Newcomen) จนสำเร็จลุล่วงเป็นเครื่องจักรไอน้ำ นำไปสู่การปฏิวัติอุตสาหกรรมซึ่งนำความเปลี่ยนแปลงครั้งมโหฬารมาสู่สหราชอาณาจักร เขาเองยังเป็นผู้บัญญัติศัพท์คำว่า “แรงม้า” ซึ่งเป็นหน่วยของกำลังในทางฟิสิกส์ และนอกจากนี้ชื่อของเขาเองยังได้รับการนำไปตั้งเป็นหน่วยของกำลังไฟฟ้าในระบบเอสไอที่เราคุ้นเคยกันในปัจจุบัน

เจมส์ วัตต์ (James Watt)
ที่มาภาพ : https://picryl.com/media/beechey-james-watt-ca2fba

แม้ว่าเจมส์ วัตต์ จะสร้างคุณประโยชน์และผลงานให้แก่โลกของเราอย่างมากมาย แต่ชีวิตของเขากลับไม่ได้เรียบง่ายเลย ในช่วงต้นของชีวิต วัตต์ได้รับการศึกษาที่บ้านจากแม่ของเขา โดยมีพ่อทำอาชีพช่างไม้ ช่างต่อเรือ เจ้าของเรือ และผู้รับเหมางานช่าง วัตต์จึงมีพื้นฐานงานช่างและการประดิษฐ์ที่ได้รับถ่ายทอดมาจากพ่อ นอกจากนี้เขาเองยังมีความสนใจด้านคณิตศาสตร์ แต่ไม่ถนัดในภาษาละตินและกรีกโบราณ

ถึงกระนั้นเมื่อวัตต์อายุได้ 18 ปี แม่ของเขาก็ได้เสียชีวิตลง อีกทั้งพ่อก็มีสุขภาพที่ไม่ค่อยเเข็งเเรงนัก ทำให้วัตต์ต้องเดินทางไปยังลอนดอนเพื่อเรียนการประดิษฐ์เครื่องมือเครื่องใช้ แต่เมื่อเรียนได้ปีกว่าก็เกิดสงครามในยุโรป รัฐบาลในขณะนั้นมีคำสั่งให้เกณฑ์ชายหนุ่มเข้าไปฝึกทหาร ทำให้วัตต์ต้องเดินทางกลับมายังประเทศสกอตแลนด์โดยตั้งรกรากอยู่ในเมืองการค้าอย่างกลาสโกว์ เดิมทีวัตต์เองตั้งใจจะทำธุรกิจเกี่ยวกับการประดิษฐ์เครื่องมือเครื่องใช้ แต่ดันขาดคุณสมบัติไม่สามารถจดทะเบียนการค้ากับสมาคมการค้าได้ เนื่องจากตามกฎหมายของเมือง ผู้ที่สามารถจดทะเบียนการค้าได้นั้นต้องเป็นบุตรของพ่อค้าหรือเคยฝึกงาน ทำให้วัตต์ต้องหางานอย่างอื่นทำ

วัตต์รอดพ้นจากทางตันนี้ได้จากการได้รับโอกาสให้ซ่อมเครื่องมือทางดาราศาสตร์ จนในที่สุดเขาก็ได้ทำงานเกี่ยวกับการซ่อมเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยกลาสโกว์ ต่อมาวัตต์ได้ตั้งร้านและโรงงานขนาดเล็กภายในมหาวิทยาลัยนั้นเองเมื่อปี พ.ศ. 2300 หลังจากเปิดร้าน 4 ปี วัตต์เริ่มทำงานเกี่ยวกับเครื่องจักรไอน้ำด้วยการแนะนำของเพื่อนของวัตต์เองคือ ศาสตราจารย์จอห์น โรบินสัน (John Robinson) ขณะนั้นเขายังไม่เคยรู้จักกลไกเครื่องจักรไอน้ำเลย แต่ก็มีความสนใจมาก และได้พยายามลองสร้างจากเครื่องจักรต้นแบบ แม้ผลที่ได้ไม่น่าพอใจนัก วัตต์ก็ยังตั้งใจทำงานต่อไปและเริ่มศึกษาทุกอย่างที่เกี่ยวข้องเท่าที่จะทำได้

ในปี พ.ศ. 2306 วัตต์ได้ทราบว่ามหาวิทยาลัยกลาสโกว์เป็นเจ้าของเครื่องจักรไอน้ำต้นแบบของโทมัส นิวโคเมน (Newcomen engine) ซึ่งนิวโคเมนเป็นอาจารย์ในมหาวิทยาลัยนั้น แต่เครื่องต้นแบบส่งไปซ่อมที่ลอนดอน วัตต์เห็นแนวทางที่จะปรับปรุงเครื่องจักรที่ขนาดใหญ่แต่ทำงานล่าช้านี้ให้มีขนาดกะทัดรัดขึ้นและทำงานได้แบบต่อเนื่อง วัตต์จึงร้องขอให้มหาวิทยาลัยนำเครื่องจักรต้นแบบดังกล่าวกลับมาให้เขาซ่อมเองโดยไม่คิดค่าตอบแทน ในไม่ช้าเขาก็สร้างเครื่องต้นแบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและนำมาใช้งานได้จริงตอนปลาย พ.ศ. 2308 และใน พ.ศ. 2319 เครื่องจักรไอน้ำตัวแรกก็ติดตั้งและเริ่มทำงานในอุตสาหกรรมพาณิชย์

บั้นปลายชีวิต วัตต์เกษียณตัวเองเมื่อ พ.ศ. 2343 ถึงแก่กรรมเมื่อวันที่ 9 สิงหาคม พ.ศ. 2362 ที่บ้านของเขาในย่านฮีทฟิลด์ ขณะอายุ 83 ปี

นอกจากตัวเลขมหัศจรรย์อย่าง 83 สามารถบ่งบอกได้ถึงเรื่องราวชวนติดตามของเจมส์ วัตต์ แล้ว ตัวเลขจากงวดถัดมาก็ทำให้นึกถึงเรื่องราวและผลงานของใครบางคนได้เช่นกัน ถ้าอย่างนั้นไปดูกันเลยดีกว่า

งวดประจำวันที่ 16 กันยายน พ.ศ. 2565 เลขที่ออกได้แก่

“75”

75 ตัวเลขที่ทำให้นึกถึงปี พ.ศ. 2475 เป็นปีที่รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ตกเป็นของ แวร์เนอร์ ไฮเซินแบร์ค (Werner Heisenberg) ชายที่เป็นทั้งหนึ่งในผู้บุกเบิกทฤษฎีควอนตัม รวมถึงได้วางรากฐานให้แก่กลศาสตร์ควอนตัม โดยชายคนนี้เป็นที่รู้จักมากที่สุดจากแนวคิดของเขาที่เรียกว่า หลักความไม่แน่นอนของไฮเซินแบร์คนั่นเอง

เราอาจจะคุ้นเคยกับปี พ.ศ. 2475 ในแง่ของประวัติศาสตร์ไทย ที่มีการเปลี่ยนแปลงการปกครองจากระบอบสมบูรณาญาสิทธิราชย์มาเป็นระบอบประชาธิปไตยแบบรัฐสภา แต่ประวัติศาสตร์โลกที่เราอาจจะไม่ค่อยคุ้นซึ่งเกิดในปีเดียวกันนั้น คือการประกาศผลรางวัลที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวงการวิทยาศาสตร์อย่างรางวัลโนเบล โดยในปีนั้นเป็นการมอบรางวัลให้ผลงานด้านวิทยาศาสตร์ 3 ชิ้น คือ การค้นพบการทำงานของเซลล์ประสาทสำหรับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ การศึกษาเคมีพื้นผิวที่กลายมาเป็นรากฐานของเทคนิคโครมาโตกราฟีสำหรับรางวัลโนเบลสาขาเคมี และการคิดค้นกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งนำไปสู่ความรู้ความเข้าใจฟิสิกส์ควอนตัมที่มากขึ้นจนถึงปัจจุบัน ซึ่งผลงานนี้ทำให้แวร์เนอร์ ไฮเซินแบร์ค ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีนั้นไป

แวร์เนอร์ ไฮเซินแบร์ค เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เกิดเมื่อวันที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2444 เขาศึกษาทางด้านฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยมิวนิกและมหาวิทยาลัยเกิททิงเงิน จบการศึกษาระดับปริญญาเอกในปี พ.ศ. 2466 เมื่อเขามีอายุ 22 ปี และได้เข้าทำงานเป็นอาจารย์ในมหาวิทยาลัยเกิททิงเงิน ต่อมาในปี พ.ศ. 2467 ไฮเซินแบร์คได้รับทุนไปทำวิจัยร่วมกับนักฟิสิกส์ชื่อดังอีกคนหนึ่งของโลกอย่างนีลส์ โบร์ (Neils Bohr) ณ มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์ก ที่นั่นเขาได้รับความรู้และแรงบันดาลใจมากมาย ทำให้หนึ่งปีต่อมา ในปี พ.ศ. 2468 งานวิจัยชิ้นแรกของไฮเซินแบร์คก็ได้รับการตีพิมพ์ สิ่งที่ไฮเซินแบร์คค้นพบและเสนอสามารถอธิบายแบบจำลองของอะตอมและอนุภาคที่อยู่ในสเกลเล็กกว่าอะตอมลงไปมีคุณสมบัติทวิภาค หรือหมายความว่าอนุภาคในสเกลเล็กนั้นมีคุณสมบัติเป็นทั้งคลื่นและอนุภาคได้ทั้งคู่ จนกลายมาเป็นจุดเริ่มต้นของกลศาสตร์ควอนตัม ที่มีธรรมชาติแตกต่างจากกลศาสตร์ดั้งเดิม เช่น กลศาสตร์นิวตัน โดยสิ้นเชิง

โลกใบจิ๋วของอนุภาคต่าง ๆ มันช่างแตกต่างจากโลกใบใหญ่ที่เรามองเห็นในทุกวันนี้เหลือเกิน เพราะในโลกของกลศาสตร์ควอนตัม เราไม่สามารถระบุตำแหน่งและทิศทางของสิ่งเล็ก ๆ อย่างละเอียดแม่นยำไปพร้อมกันได้ เพราะจะมีค่าความคลาดเคลื่อนจากหลักความไม่แน่นอนของไฮเซินแบร์คกำกับความผิดพลาดเอาไว้เสมอ ถ้าจะต้องอธิบายสาเหตุให้เข้าใจง่ายขึ้นก็ควรเริ่มจากการอธิบายว่า ทุกสิ่งในเอกภพล้วนถูกสร้างขึ้นมาจากการรวมกันของอนุภาคขนาดเล็ก ๆ นั่นหมายความว่าองค์ประกอบพื้นฐานของอนุภาคมีคุณสมบัติทวิภาค ในขณะที่ฟิสิกส์แบบดั้งเดิมกำหนดให้คุณสมบัติอนุภาคต้องมีทั้งมวล ความหนาแน่น ปริมาตร หรือมวลที่ชัดเจน หากเราพบอนุภาคในที่หนึ่ง แปลว่าในเวลาเดียวกันนั้นอนุภาคนี้ไม่ได้อยู่ที่อื่นแน่นอน แต่คลื่นคือการถ่ายทอดพลังงานจากการรบกวนระบบ ซึ่งมีคุณสมบัติสะท้อน หักเห แทรกสอด และเลี้ยวเบน ซึ่ง 3 อย่างหลังไม่สามารถเกิดได้กับอนุภาค เห็นได้จากคลื่นน้ำที่แผ่ออกเป็นวงกว้างนั้นล้วนเป็นคลื่นเดียวกัน นอกจากนี้เราไม่สามารถตักคลื่นขึ้นมาใส่ถังได้ เราทำได้แค่ตักน้ำขึ้นมา จะเห็นว่าอนุภาคและคลื่นในฟิสิกส์ดั้งเดิมถูกแยกหมวดหมู่ออกจากกันอย่างชัดเจน

แวร์เนอร์ ไฮเซินแบร์ค (Werner Heisenberg)
ที่มาภาพ : https://commons.wikimedia.org

อย่างที่บอกไปว่าทุกสิ่งในเอกภพเกิดจากการรวมกันของอนุภาคเล็ก ๆ ที่มีคุณสมบัติทวิภาค แล้วทำไมตัวเราถึงจับต้องได้ ไม่ได้มีคุณสมบัติทวิภาคบ้าง ? คำตอบก็คือ เมื่อวัตถุรวมกันใหญ่ขึ้น ความเป็นคลื่นจะน้อยลง ซึ่งอธิบายได้ว่า อนุภาคแต่ละชนิดมีค่าความยาวคลื่นของมันเอง และมีความสัมพันธ์ผกผันกับโมเมนตัม โดยที่โมเมนตัมคือ มวล × ความเร็ว ซึ่งคนเรามีมวลมากกว่าอนุภาคอิเล็กตรอนถึง 10³³ เท่า และความเร็วของอนุภาคในร่างกายเรา แม้ว่าจะนั่งนิ่ง ๆ มันก็ยังขยับกันในตัวเราตลอดเวลา โมเมนตัมของคนเราจึงสูงมาก และความยาวคลื่นที่ผกผันกับโมเมนตัมก็ทำให้คนเรามีความยาวคลื่นที่สั้นมาก ๆ จนมนุษย์หรืออนุภาคที่อยู่ในสเกลเดียวกันไม่เห็นคุณสมบัติความเป็นคลื่นเลย ดังนั้นมีแค่อนุภาคสเกลเล็ก ๆ ที่มีโมเมนตัมต่ำเพียงพอ จึงจะมีคุณสมบัติทวิภาค

คราวนี้ลองมาดูว่าทำไมเราจึงไม่สามารถวัดตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคในสเกลเล็ก ๆ ได้พร้อมกัน เริ่มต้นจากการวัดความเร็วของอนุภาค ซึ่งวัดตรง ๆ ไม่ได้ เราจึงวัดโมเมนตัมของอนุภาคแทน โดยอนุภาคถ้ามีโมเมนตัมค่าเดียว เราตีความได้ว่ามีค่าความถี่จากคุณสมบัติความเป็นคลื่นเพียงค่าเดียว แต่เมื่อคำนวณกลับไปหาตำแหน่งจะพบว่าความน่าจะเป็นในการพบอนุภาคนี้เท่ากันหมดทุกตำแหน่ง นั่นก็แปลว่าเราไม่ได้รู้ตำแหน่งของมันเลย แล้วคราวนี้ลองมองในมุมกลับกัน เมื่อเราวัดระบุตำแหน่งของอนุภาค ยิ่งเราระบุขอบเขตที่จะพบอนุภาคได้ละเอียดเท่าไหร่ ความถี่ของอนุภาคจะมีหลากหลายค่ามากขึ้นเท่านั้น เมื่อระบุตำแหน่งได้จนละเอียดยิบ ข้อมูลเรื่องโมเมนตัมของอนุภาคก็จะหายไปจนหมด และนี่คือธรรมชาติของกลศาสตร์ควอนตัมที่นักวิทยาศาสตร์ต้องพบ ซึ่งแนวคิดหลักความไม่แน่นอนของไฮเซินแบร์คเป็นหนึ่งในจุดเริ่มต้นที่ทำให้เราเข้าใจธรรมชาตินั้นมากขึ้นนั่นเอง

นอกจากเรื่องของกลศาสตร์ควอนตัมแล้ว ชีวิตของไฮเซินแบร์คมีความน่าสนใจมากในอีกหลายแง่มุม เช่น เขาเป็นผู้ที่ชื่นชอบเรื่องราวปรัชญา วรรณกรรมคลาสสิก รวมถึงการเล่นดนตรี และเขายังมีส่วนสำคัญกับโครงการ Uranverein หรือ Uranium Club ซึ่งทำการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ด้วย ในฐานะนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันฝ่ายนาซี ซึ่งในปี พ.ศ. 2484 ไฮเซินแบร์คได้มีโอกาสไปพบกับโบร์ ผู้ที่เคยร่วมงานด้วย และยังเป็นนักวิทยาศาสตร์คนสำคัญของโครงการอาวุธนิวเคลียร์ฝ่ายสัมพันธมิตรอีกด้วย ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าพวกเขาคุยอะไรกัน แต่หลังจากนั้นสงครามโลกครั้งที่ 2 ก็ได้จบลง พร้อมกับชัยชนะของฝ่ายสัมพันธมิตรที่ผลิตอาวุธนิวเคลียร์ได้สำเร็จก่อนฝ่ายนาซี ซึ่งว่ากันว่าความล้มเหลวของฝ่ายเยอรมันในครั้งนั้นเกี่ยวข้องกับไฮเซินแบร์คโดยตรง แต่ไม่มีใครรู้ว่าเขาตั้งใจให้ฝ่ายนาซีล้มเหลวเพราะไม่ต้องการให้เกิดหายนะขึ้นกับโลกใบนี้หรือเปล่า ถ้ามีโอกาสต่อไปอาจจะได้เล่ารายละเอียดเรื่องพวกนี้ให้อ่านกัน

ไม่ว่าการเสี่ยงโชคงวดนี้จะเป็นอย่างไร โปรดจำไว้ เราพร้อมมอบความรู้ใหม่ ๆ ให้คุณเสมอ แบบไม่ต้องรอโชคช่วย… #แม้คุณจะไม่ถูกหวยแต่คุณจะรวยความรู้ #พบกันใหม่งวดหน้า