สำนักราชบัณฑิตยสภา

หนึ่ งศตวรรษแห่งการพบสภาพน� ำยวดยิ่ ง The Journal of the Royal Institute of Thailand Vol. 37 No. 1 Jan.-Mar. 2012 162 แต่ Paul Drude นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน กลับอธิบายว่า สิ่งที่ท� ำให้ความต้านทานไฟฟ้ามีค่ามากหรือ น้อย คือ ไอออน (ion) ที่มีอยู่ในตัวน� ำ ซึ่งจะสั่นไปมาตลอดเวลา และขัดขวางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ที่อุณหภูมิต�่ ำไอออนจะสั่นไปมาน้อย อิเล็กตรอนจะสามารถเคลื่อนที่ผ่านไปได้คล่อง ความต้านทานไฟฟ้า จึงมีค่าน้อย แต่ที่อุณหภูมิสูง ไอออนจะสั่นมาก ท� ำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านไม่สะดวก ความต้านทาน ไฟฟ้าจึงมีค่ามาก ด้วยเหตุนี้ทฤษฎีของ Drude จึงพยากรณ์ว่า ที่อุณหภูมิศูนย์องศาสัมบูรณ์ เมื่อไอออน หยุดนิ่ง อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ได้สะดวกที่สุด ความต้านทานไฟฟ้าของตัวน� ำทุกชนิดจะมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อทฤษฎีของ Kelvin และ Drude ให้ค� ำท� ำนายที่แตกต่างกันเช่นนี้ บุคคลที่จะตัดสินความ ถูกต้อง หรือความผิดพลาดของทฤษฎีได้ คือ H. K. Onnes เพราะ Onnes เป็นนักฟิสิกส์คนเดียวในโลกที่ สามารถท� ำให้สสารมีอุณหภูมิใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ได้ ดังนั้น ใน ค.ศ. ๑๙๐๖ Onnes จึงทดลองน� ำทองค� ำมาท� ำให้เย็นจัดที่อุณหภูมิ ๑๔ เคลวิน และ พบว่า แม้ความต้านทานไฟฟ้าของทองค� ำจะลดลง ๆ เมื่ออุณหภูมิลดต�่ ำก็ตาม แต่ความต้านทานไฟฟ้าก็มี แนวโน้มว่าจะมีค่าไม่เป็นศูนย์ เมื่ออุณหภูมิลดถึงศูนย์องศาสัมบูรณ์ ในเวลาต่อมา Onnes ได้ตระหนักว่า การที่ความต้านทานไฟฟ้าของทองค� ำไม่มีแนวโน้มจะเป็น ศูนย์นั้น เป็นเพราะทองค� ำมีสารเจือ ท� ำให้ไม่บริสุทธิ์ ดังนั้น เขาจ� ำเป็นต้องใช้โลหะบริสุทธิ์ในการทดลอง เรื่องนี้ และได้พบว่า ปรอทเป็นโลหะที่ดีที่สุด เพราะสามารถท� ำให้บริสุทธิ์ได้ง่ายที่สุด แต่การทดลองที่ใช้ปรอทบริสุทธิ์กลับให้ผลการทดลองชนิดที่ไม่มีใครคาดถึง กล่าวคือ Onnes ได้พบว่า ความต้านทานไฟฟ้าได้ตกสู่ศูนย์อย่างฉับพลันที่อุณหภูมิ ๔.๒ เคลวิน แทนที่จะลดลงอย่างช้า ๆ ข้อมูลการทดลองของ Onnes จึงให้ผลที่ขัดแย้งกับทฤษฎีทั้งของ Kelvin และ Drude ในเวลาต่อมา นักฟิสิกส์ได้พยายามอธิบายธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้ แม้แต่ Werner Heisenberg (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ค.ศ. ๑๙๓๒) Albert Einstein (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ค.ศ. ๑๙๒๑) และ Richard Feynman (รางวัลโนเบล ค.ศ. ๑๙๖๕) แต่ก็อธิบายไม่ได้ ทั้ง ๆ ที่สามารถใช้กลศาสตร์ควอนตัม อธิบายสมบัติเชิงกายภาพของของแข็งต่าง ๆ ได้ทั้งหมด แต่กลศาสตร์ควอนตัมกลับไม่สามารถอธิบาย พฤติกรรมของตัวน� ำยวดยิ่งได้เลย นอกจากจะไม่มีความต้านทานไฟฟ้าแล้ว ตัวน� ำยวดยิ่งยังมีสมบัติเด่นอีกหนึ่งประการ คือ ไม่ยอม ให้สนามแม่เหล็กทะลุทะลวงเข้าไปภายในได้ ใน ค.ศ. ๑๙๓๓ Walther Meissner และ Robert Ochsenfeld แห่งมหาวิทยาลัย Berlin ประเทศ เยอรมนี ได้ศึกษาพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กในบริเวณใกล้ตัวน� ำยวดยิ่ง และพบว่า ในกรณีตัวน� ำธรรมดา