สำนักงานราชบัณฑิตยสภา

๒๐๑๓ : หนึ่ งศตวรรษแห่งโลกอะตอมของ Niels Bohr 186 The Journal of the Royal Institute of Thailand Vol. 38 No. 3 July-Sep 2013 การอธิบายของ Bohr ในลักษณะนี้ไม่เป็นไปตามกฎเกณฑ์ต่าง ๆ ที่นักฟิสิกส์ทุกคนเคยเรียนรู้มา ดังนั้น เมื่อนักฟิสิกส์ระดับอัจฉริยะบางคนได้ยินค� ำอธิบายของ Bohr ที่ใช้สมมุติฐาน “เหลือเชื่อ” มากมาย จึงกล่าวว่า ถ้าแบบจ� ำลองของ Bohr ถูกต้อง ก็จะเลิกท� ำวิจัยฟิสิกส์ทันที และจะเลิกเป็นนักฟิสิกส์ให้รู้แล้ว รู้รอดไปเลย แม้จะถูกนักฟิสิกส์จ� ำนวนมากต่อต้านและติติง แบบจ� ำลองของ Bohr ก็สามารถอธิบายผลการ ทดลองที่เกี่ยวข้องกับสเปกตรัมแสงของอะตอมไฮโดรเจนได้ดีอย่างแทบไม่น่าเชื่อ ความส� ำเร็จนี้ได้ท� ำให้ นักฟิสิกส์หลายคนคิดว่า แบบจ� ำลองของ Bohr คงมีส่วนถูกและเป็นจริง แม้เหตุผลที่ Bohr น� ำเสนอนั้น จะดู “เกินจริง” ก็ตาม Bohr เองก็รู้ดีว่า แบบจ� ำลองของเขายังไม่สมบูรณ์ และยังไม่ได้ท� ำให้นักฟิสิกส์เห็นภาพที่แท้ จริงของอะตอมไฮโดรเจน ในท� ำนองเดียวกับที่เห็นภาพสเก็ตช์ของใบหน้าคนซึ่งไม่มีวันเหมือนคนจริง แต่ ความยิ่งใหญ่ของความคิดของ Bohr อยู่ที่ประเด็นว่า เขาเป็นนักฟิสิกส์คนแรกที่น� ำทฤษฎีควอนตัมที่ Max Planck เสนอใน ค.ศ. ๑๘๙๐ มาอธิบายธรรมชาติและสมบัติของอะตอม โดยที่ Planck ได้ตั้งสมมุติฐาน ที่เพี้ยน “หลุดโลก” เช่นกันว่า อะตอมสามารถรับและคายพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้แต่เพียงบางค่า เท่านั้น หาใช่ได้ทุกค่าตามทฤษฎีฟิสิกส์ดั้งเดิมไม่ แนวคิดเรื่องทฤษฎีควอนตัมของ Planck ไม่มีนักฟิสิกส์คนใดให้ความสนใจ จนกระทั่งถึง ค.ศ. ๑๙๐๕ เมื่อ Albert Einstein น� ำแนวคิดเรื่องควอนตัมของ Planck (ที่ว่าพลังงานมีค่าได้เฉพาะบางค่า) มา อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อโลหะได้รับแสง แล้วมีกระแสไฟฟ้าไหล Einstein ได้ ชี้แจงว่าเพราะแสงเป็นอนุภาคควอนตัมที่มีทั้งพลังงานและโมเมนตัม ดังนั้น เมื่อแสงท� ำปฏิกิริยากับสสาร แสงจะประพฤติตัวเสมือนเป็นอนุภาคที่เรียกว่า photon อีก ๒ ปีต่อมา Einstein ก็ได้น� ำทฤษฎีควอนตัม ของ Planck ไปอธิบายสมบัติกายภาพของของแข็ง โดยได้แสดงให้เห็นว่า สาเหตุที่ความร้อนจ� ำเพาะของ ของแข็งที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์มีค่าลดสู่ศูนย์นั้น เพราะในของแข็งพลังงานคลื่นเสียงก็มีสมบัติ ควอนตัมเช่นกัน คือ เป็นอนุภาคที่มีพลังงานและโมเมนตัมที่เรียกว่า phonon ใน ค.ศ. ๑๙๑๑ Ernest Rutherford พบว่าอะตอมมีนิวเคลียส การค้นพบนี้ได้ท� ำให้วงการ ฟิสิกส์มีวิกฤตการณ์ทางความคิดมาก เพราะถ้าอะตอมมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียส ดัง ที่ Rutherford คิด อิเล็กตรอนจะต้องปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาอย่างต่อเนื่อง นั่นคือ อิเล็กตรอน จะสูญเสียพลังงานตลอดเวลา จนในที่สุดก็จะถลาลงไปรวมกับนิวเคลียส ซึ่งนั่นก็หมายความว่าอะตอมจะ สลายตัวภายในเวลาเพียงเศษเสี้ยวของวินาที คืออะตอมจะไม่คงรูปอีกต่อไป แต่ในความเป็นจริง สสารก็ ยังมีอะตอมอยู่ตลอดเวลา นั่นแสดงว่า หลักการเก่า ๆ และทฤษฎีเดิม ๆ ที่นักฟิสิกส์เคยใช้ได้ดี กลับไม่ สามารถอธิบายพฤติกรรมหรือธรรมชาติของอะตอมตามที่ Rutherford ได้เสนอไว้อีกต่อไป