สำนักราชบัณฑิตยสภา

สุทั ศน์ ยกส้าน วารสารราชบัณฑิตยสถาน ปีที่ ๓๗ ฉบับที่ ๑ ม.ค.-มี.ค. ๒๕๕๕ 163 สนามแม่เหล็กจะสามารถไชชอนเข้าไปในตัวน� ำได้ แต่เมื่อตัวน� ำธรรมดากลายเป็นตัวน� ำยวดยิ่ง สนาม แม่เหล็กจะถูกผลักออกไป เสมือนไม่ยอมให้สนามแม่เหล็กทะลุเข้าไปได้เลย และสนามแม่เหล็กจะเหนี่ยว น� ำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลที่ผิวของตัวน� ำยวดยิ่ง กระแสนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กไปต่อต้านสนามแม่เหล็ก เดิม และถ้าแรงผลักที่เกิดขึ้นมีค่าเท่ากับแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากน�้ ำหนักของตัวน� ำยวดยิ่ง ตัวน� ำยวดยิ่งก็จะ ลอยอยู่เหนือแท่งแม่เหล็กอย่างสมดุล และนี่ก็คือหลักการที่นักเทคโนโลยีน� ำไปใช้ในการสร้างรถไฟเหาะ แม้จะมีการพบปรากฏการณ์สภาพน� ำยวดยิ่งตั้งแต่ ค.ศ. ๑๙๑๑ แต่ก็ไม่มีทฤษฎีฟิสิกส์ที่สามารถ อธิบายเหตุผลและที่มาของปรากฏการณ์นี้ได้ ทั้งนี้เพราะไม่มีการทดลองใด ๆ ที่ชี้น� ำ จนกระทั่ง ค.ศ. ๑๙๕๐ เมื่อ B. Serin วัดอุณหภูมิวิกฤติของธาตุที่มีไอโซโทปต่าง ๆ กัน (อุณหภูมิวิกฤต คือ อุณหภูมิที่ตัวน� ำ ธรรมดากลายเป็นตัวน� ำยวดยิ่ง และตัวน� ำยวดยิ่งกลายเป็นตัวน� ำธรรมดา) และได้พบว่าอุณหภูมิวิกฤตขึ้น กับไอโซโทป นั่นคือ ธาตุที่มีไอโซโทปต่างกันจะมีอุณหภูมิวิกฤตแตกต่างกัน การทดลองนี้จึงแสดงให้เห็นว่า มวลของไอออนเกี่ยวข้องโดยตรงกับอุณหภูมิวิกฤต เพราะความถี่ในการสั่นของไอออนแปรผกผันกับราก ที่สองของมวล นั่นแสดงว่า ความถี่ในการสั่นของไอออนคือสาเหตุส� ำคัญในการก� ำหนดค่าอุณหภูมิวิกฤต ของธาตุ ในมุมมองของกลศาสตร์ควอนตัมนั้น ไอออนที่อยู่เรียงรายเป็นแลตทิซ (lattice) ในตัวน� ำจะสั่น ไปมาได้ ท� ำให้เกิดคลื่นควอนตัมที่มีโมเมนตัมและพลังงานที่มีสมบัติเสมือนเป็นอนุภาคที่เรียกว่า โฟนอน (phonon) อันตรกิริยา (interaction) ระหว่างอิเล็กตรอนกับโฟนอนสามารถใช้อธิบายสมบัติการน� ำไฟฟ้า การน� ำความร้อน การดูดกลืนแสงและเสียง ฯลฯ ของของแข็งทุกชนิดที่มิได้เป็นตัวน� ำยวดยิ่งได้เป็น อย่างดี ใน ค.ศ. ๑๙๕๕ Leon Cooper แห่งมหาวิทยาลัย Brown ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ศึกษาการ เคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนทั้งในตัวน� ำธรรมดาและตัวน� ำยวดยิ่ง เขาพบว่า ในตัวน� ำธรรมดาและในสุญญากาศ อิเล็กตรอน ๒ ตัว ซึ่งมีประจุลบเหมือนกันจะผลักกัน แต่ในตัวน� ำยวดยิ่งที่มีไอออนประจุบวกอยู่ด้วยเป็น จ� ำนวนมาก อิเล็กตรอน ๒ ตัวสามารถดึงดูดกันได้ โดยใช้ไอออนบวกเป็นสื่อ ดังนี้ คือ เมื่ออิเล็กตรอนตัว หนึ่งเคลื่อนที่เข้าไปอยู่ท่ามกลางกลุ่มไอออนที่มีประจุบวก แรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างประจุบวกกับประจุ ลบจะท� ำให้เหล่าไอออนเคลื่อนที่เข้าหาอิเล็กตรอนตัวนั้น แต่อิเล็กตรอนดังกล่าวจะอยู่ในบริเวณนั้นไม่นาน จะเคลื่อนที่ต่อไปอย่างรวดเร็ว ท� ำให้เหล่าไอออนซึ่งมีมวลมากกว่ายังไม่ทันเคลื่อนที่กลับที่เดิม บริเวณนั้น จึงมีความหนาแน่นของประจุบวกค่อนข้างสูง จนอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งที่อยู่ในบริเวณใกล้ ๆ ถูกแรงทาง ไฟฟ้าดึงดูดเข้าหากลุ่มไอออนบวก เหตุการณ์นี้จึงท� ำให้ดูเสมือนว่า อิเล็กตรอนทั้ง ๒ ตัวดึงดูดกัน โดยอาศัย การเคลื่อนที่ของไอออน (โฟนอน) เป็นตัวเชื่อม หรือกล่าวในบริบทควอนตัมได้ว่า อิเล็กตรอนตัวแรกท� ำให้