สำนักงานราชบัณฑิตยสภา

193 สุทั ศน์ ยกส้าน วารสารราชบัณฑิตยสถาน ปีที่ ๓๘ ฉบับที่ ๓ ก.ค.-ก.ย. ๒๕๕๖ ในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๑๓ Bohr ได้เห็นสูตรของ Johann Balmer ผู้เป็นครูฟิสิกส์สอน ระดับมัธยมศึกษาในสวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งได้แสดงใน ค.ศ. ๑๘๘๕ ว่า ความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมจาก อะตอมไฮโดรเจนทุกเส้นสามารถค� ำนวณได้จากสูตร โดยที่ m = 3, 4, 5 … R คือ ค่าคงตัว Rydberg = 32,916 × 10 15 วินาที -1 และ V คือ ความยาวคลื่น สูตรนี้ได้ท� ำให้ Bohr คิดอย่างหนัก จนในที่สุดก็เห็นทางออก ถ้าตั้งสมมุติฐานว่า อิเล็กตรอนที่ โคจรรอบอะตอมนั้น ถ้าอยู่ในสถานะที่มีพลังงานน้อยที่สุด (สถานะพื้นฐาน) จะไม่แผ่รังสี นี่คือสมมุติฐาน ที่นับว่า แหวกแนวและผิดกฎฟิสิกส์มากที่สุด แต่ครั้นเวลาอยู่ในสถานะอื่น (สถานะกระตุ้น) อิเล็กตรอน จะพยายามกลับคืนสู่สถานะพื้นฐาน แล้วปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแสง โดยที่ผลต่างระหว่าง พลังงานของ ๒ สถานะนั้นเป็นไปตามสมการ E = hv โดยที่ v คือ ความถี่ของแสง และ h คือ ค่า คงตัวของ Planck ในการค� ำนวณนี้ Bohr ได้ก� ำหนดให้ โมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอนในวงโคจรที่ n คือ โดย n = 1,2,3,.. . ในที่สุด Bohr ก็ได้พบว่า ค่าคงตัว Rydberg โดยที่ e และ m คือ ประจุและมวลของอิเล็กตรอนตามล� ำดับ และนี่คือค่า R ที่ได้จากการค� ำนวณ ซึ่งสอดคล้อง อย่างมากกับค่า R ที่วัดได้จากการทดลอง จน Bohr ถือว่านี่เป็นผลการค� ำนวณที่ส� ำคัญที่สุดในชีวิต ทั้ง ๆ ที่ค่านี้เป็นผลที่ได้จากการตั้งสมมุติฐานที่ “เลื่อนลอยและขัดแย้ง” กับทฤษฎีฟิสิกส์ทั้งหลายที่คนทั้งโลกได้ ร�่ ำเรียนมา แต่เมื่อถึง ค.ศ. ๑๙๒๕ (คืออีก ๑๒ ปีต่อมา) ความขัดแย้งทั้งหลายเหล่านี้ก็ถูกขจัดไป เมื่อโลก มีวิชากลศาสตร์ควอนตัม ผลงานของ Bohr ใน ค.ศ. ๑๙๑๓ ได้จุดประกายให้นักฟิสิกส์ทั่วโลกตื่นตัวรับกลศาสตร์ควอนตัม มากขึ้น Bohr เองก็ได้ค� ำนวณค่าคงตัว Rydberg ของฮีเลียมไอออนที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว (ตามปรกติ อะตอมฮีเลียมมีอิเล็กตรอน ๒ ตัว) และพบว่า ค่าที่ค� ำนวณได้ตรงกับค่าที่วัดได้จากการทดลองอย่าง น่าอัศจรรย์ใจ แต่ส� ำหรับสเปกตรัมของแสงจากอะตอมของฮีเลียมที่มีอิเล็กตรอน ๒ ตัว ผลการค� ำนวณและ ผลการทดลองแตกต่างกันถึง ๔% (ทั้งนี้เพราะอิเล็กตรอน ๒ ตัวในอะตอมฮีเลียมมีอันตรกิริยาไฟฟ้าต่อกัน) แต่ในที่สุดความแตกต่างนี้ก็ถูกก� ำจัดด้วยเทคนิคของกลศาสตร์ควอนตัมใน ค.ศ. ๑๙๒๖ ในเดือนเมษายน ค.ศ. ๑๙๑๖ Bohr ได้รับแต่งตั้งเป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ทฤษฎีแห่งมหาวิทยาลัย Copenhagen และอีก ๕ ปีต่อมาสถาบัน Institute for Theoretical Physics ที่ Bohr จัดตั้งขึ้นก็เปิดด� ำเนิน การให้นักฟิสิกส์หนุ่มสาวจากทั่วโลก เช่นจากออสเตรีย เบลเยียม แคนาดา จีน เยอรมนี ฮอลแลนด์ ฮังการี อินเดีย ญี่ปุ่น นอร์เวย์ โปแลนด์ โรมาเนีย สวิตเซอร์แลนด์ อังกฤษ สหรัฐอเมริกา และรัสเซียมาท� ำงาน ร่วมกัน นักฟิสิกส์คนส� ำคัญมี Werner Heisenberg, Paul Dirac, Otto Frisch และ Lise Meitner เป็นต้น คนวัยหนุ่มสาวเหล่านี้ล้วนมี Bohr เป็นที่ปรึกษา และบางคนก็ได้รับทุนวิจัยจากสถาบันของ Bohr