เซเรนดิพิตีกับการค้นพบทางนิวเคลียร์

เซเรนดิพิตี!!
เซเรนดิพิตี เป็นคำศัพท์ภาษาอังกฤษเขียนว่า SERENDIPITY ซึ่งความรู้สึกแรก ๆ ของหลาย ๆ คนต่อคำนี้น่าจะเป็นว่า
“แปลก ไม่เคยได้ยิน“
“มีคำอย่างนี้ด้วยหรือ!”
บางคนอาจจะรู้สึกว่าคำนี้ฟังดู “มีเสน่ห์” หรือสำหรับกับบางคนอาจจะดู “ขลัง” เลยทีเดียว เพราะเดาว่าน่าจะมีรากศัพท์มาจากคำว่า serene ที่แปลทำนองว่า ใจสงบ
คำเซเรนดิพิตีนี้ประดิษฐ์หรือบัญญัติขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1754 หรือกว่า 250 ปีมาแล้ว โดยชาวอังกฤษชื่อว่า ฮอเรซ วอลโพล (Horace Walpole ) เอิร์ลที่ 4 แห่งออร์ฟอร์ด มีชีวิตอยู่ระหว่างปี ค.ศ. 1717-1797

วอลโพลใช้คำนี้เป็นครั้งแรกในจดหมายลงวันที่ 28 มกราคม ค.ศ. 1754 ที่เขียนถึง ฮอเรซ มันน์ เล่าเรื่องว่าเขาได้ค้นพบความจริงบางอย่างในแบบที่เขาเรียกของเขาเองว่า เซเรนดิพิตี จากนั้นก็อธิบายที่มาของคำนี้ว่า ครั้งหนึ่งเขาได้อ่านเทพนิยายปรัมปราโง่เง่าเรื่องเจ้าชายสามองค์แห่งเซเรนดิป (The Three Princes of Serendip) ซึ่งในระหว่างการเดินทางท่องเที่ยวหาประสบการณ์ของเจ้าชายทั้งสามองค์ ก็มักจะค้นพบสิ่งที่ไม่ได้ต้องการค้นหาได้โดยบังเอิญและด้วยไหวพริบอันหลักแหลม กล่าวโดยสรุป เซเรนดิพิตีของวอลโพลหมายถึง “การค้นพบสิ่งใดได้ด้วยไหวพริบอันหลักแหลมและโดยบังเอิญในขณะกำลังค้นหาสิ่งอื่นอยู่”

วอลโพลเป็นนักเขียนประเภทหนึ่งคือ นักเขียนจดหมาย ตลอดชีวิตเขาเขียนจดหมายถึงบุคคลสำคัญสามสี่คนมากกว่า 3,000 ฉบับ ต่อมาเมื่อมีการตีพิมพ์จดหมายของวอลโพลถึงมันน์รวมทั้งฉบับที่กล่าวถึงนี้เมื่อปี ค.ศ. 1833 คำว่าเซเรนดิพิตีจึงเริ่มเข้าสู่แวดวงวรรณกรรมอย่างเป็นทางการ (ก่อนหน้านี้อาจมีการใช้กันในวงสนทนา)

ในการประดิษฐ์คำว่า เซเรนดิพิตี สิ่งที่วอลโพลทำก็เพียงหยิบเอาคำว่า Serendip มาเติมปัจจัย -ity เข้าไป ก็ได้คำศัพท์ใหม่ขึ้นมา ที่น่าอัศจรรย์ก็คือ คำว่า Serendip นี้แท้จริงแล้วเป็นชื่อโบราณของประเทศศรีลังกานี่เอง ซึ่งมีผู้สืบค้นเอาไว้ว่าชื่อประเทศศรีลังกาเริ่มมาจากคำบาลีคือ Sihalam อันหมายถึงรัตนสถาน (Place of Jewels) จากนั้นก็กลายเป็น Senendiva (diva แปลว่า เกาะ) และ Silandiva จากนั้นชาวอาหรับก็เพี้ยนไปเป็น Serendib แล้วกร่อนลงเป็น Cilao โดยชาวโปรตุเกส จากนั้นชาวดัตช์ก็แผลงเป็น Zeilan หรือ Ceilan ซึ่งชาวอังกฤษรับต่อมาแล้วแปลงเป็น Ceylon อย่างที่ทราบกันในปัจจุบัน และความอัศจรรย์ประการต่อมาก็คือ เมื่อวอลโพลประดิษฐ์คำจากคำแขกแท้ ๆ ให้เป็นคำฝรั่ง ก็ได้คำฝรั่งที่แทบไม่เหลือกลิ่นอายความเป็นแขกเลย

เรื่องเจ้าชายสามองค์แห่งเซเรนดิปนี้เป็นเรื่องเล่าเก่าแก่มานานหลายร้อยปีของอินเดีย แล้วถ่ายทอดต่อไปเป็นภาษาอาหรับและเปอร์เซีย จากนิทานเปอร์เซียนี้เองที่เริ่มเข้าไปยังยุโรป โดยถูกแปลเป็นภาษาอิตาลีเผยแพร่ที่เมืองเวนิซเมื่อปี ค.ศ. 1557 (ผ่านมานาน 450 ปีพอดี) แล้วแปลต่อเป็นภาษาเยอรมันเมื่อปี ค.ศ. 1583 และเป็นภาษาฝรั่งเศสครั้งแรกในปี ค.ศ. 1610 และมีอีกสำนวนหนึ่งในปี ค.ศ. 1719 ซึ่งจากต้นฉบับภาษาฝรั่งเศสนี้เองที่ถูกนำไปแปลเป็นภาษาอังกฤษเมื่อปี ค.ศ. 1722 อันเป็นปีที่วอลโพลมีอายุได้ 5 ขวบ น่าสังเกตว่านิทานเรื่องนี้ใช้เวลาเดินทางจากประเทศอิตาลีไปถึงประเทศอังกฤษนานถึง 165 ปี หรือคิดเฉพาะเวลาเดินทางจากประเทศฝรั่งเศสกว่าจะข้ามช่องแคบอังกฤษไปถึงประเทศอังกฤษได้ก็นานถึง 112 ปี

เพื่อความเข้าใจถึงนิยาม “การค้นพบสิ่งใดได้ด้วยไหวพริบอันหลักแหลมและโดยบังเอิญในขณะกำลังค้นหาสิ่งอื่นอยู่” ของวอลโพล ขอนำเรื่องย่อของนิทานเปอร์เซียเรื่อง เจ้าชายสามองค์แห่งเซเรนดิปมาเล่าไว้ ณ ที่นี้

ในโบราณกาลมีนครไกลโพ้นไปทางทิศตะวันออกชื่อว่าเซเรนดิป มีพระราชาพระนามว่า Jaffa (หรือ Giaffer) มีโอรสที่ฉลาดปราดเปรื่องด้วยศิลปวิทยานานาสามองค์ แต่ยังทรงต้องการให้โอรสทั้งสามได้เรียนรู้จากประสบการณ์จริงจึงแกล้งหาเรื่องเนรเทศไปจากเมือง

เจ้าชายทั้งสามองค์ออกเดินทางไปจนถึงอีกอาณาจักรหนึ่ง ซึ่งมีพระจักรพรรดิทรงพระนามว่า Behram (หรือ Vahram ในภาษาเปอร์เซียหมายถึง ชัยชนะ) ในระหว่างทางเจ้าชายสามองค์ก็พบคนต้อนอูฐคนหนึ่งเข้ามาถามว่า เห็นอูฐของเขาตัวหนึ่งที่หายไปจากฝูงผ่านมาตามทางนี้หรือไม่ อันที่จริงเจ้าชายทั้งสามองค์ไม่ได้พบเห็นอูฐจึงตอบไปว่าไม่เห็น แต่ ด้วยไหวพริบอันหลักแหลม กลับสังเกตออกโดยบังเอิญว่าก่อนหน้านี้มีอูฐเดินผ่านทางไป และได้ถามคนเลี้ยงอูฐว่า อูฐตัวนั้นตาบอดข้างหนึ่ง มีฟันหลอหนึ่งซี่ และขาเป๋ข้างหนึ่งด้วยใช่หรือไม่ คนต้อนอูฐประหลาดใจมากว่าไม่ได้พบเห็นแต่สามารถบอกรายละเอียดได้ถูกต้องทั้งหมด แล้วก็รีบผละไปตามหาอูฐต่อไปแต่ก็หาไม่พบจึงย้อนกลับมาหาเจ้าชายทั้งสามองค์ ซึ่งก็ได้ข้อมูลเพิ่มเติมว่าอูฐตัวนั้นข้างหนึ่งบรรทุกเนยและอีกข้างหนึ่งบรรทุกน้ำผึ้งโดยมีหญิงตั้งครรภ์เป็นผู้ขี่ไป คนต้อนอูฐพอได้ฟังกลับเชื่อว่าพวกเจ้าชายขโมยอูฐของตนจึงแจ้งให้ทหารมาจับเจ้าชายทั้งสามองค์ไปขังคุก แต่ต่อมาไม่นานเพื่อนบ้านของคนต้อนอูฐก็ไปพบอูฐตัวนั้นเข้า เจ้าชายทั้งสามองค์จึงได้รับการปล่อยตัว

ความทราบถึงพระกรรณของจักรพรรดิ จึงให้เจ้าชายทั้งสามองค์ไปเฝ้า แล้วทรงถามว่าสามารถจาระไนรายละเอียดของอูฐได้ถูกต้อง โดยไม่เห็นอูฐได้อย่างไร เจ้าชายทั้งสามองค์ได้ถวายวิสัชนา ดังนี้

ที่ว่าอูฐตาบอดข้างหนึ่งนั้น ก็เพราะหญ้าที่เขียวชอุ่มตามรายทางถูกกัดกินอยู่เพียงข้างเดียว จึงคาดคะเนว่าอูฐตาบอดข้างหนึ่งและกินแต่หญ้าอีกด้านหนึ่งที่มันมองเห็นชัด

ที่ว่าอูฐฟันหลอซี่หนึ่งนั้น ก็เพราะว่ามีเศษหญ้าที่อูฐเคี้ยวหล่นอยู่ตามทางโตขนาดรอยฟันของอูฐ จึงคาดคะเนว่าหล่นออกมาจากช่องว่างของฟันอูฐที่หลอไปซี่หนึ่ง

ส่วนที่ว่าอูฐขาเป๋หนึ่งข้างนั้น ก็เพราะว่าตามทางมีรอยเท้าอูฐสามรอยกับรอยลากเท้าอีกรอยหนึ่งจึงคาดคะเนว่าอูฐตัวนั้นขาเป๋หนึ่งข้าง

และที่ว่าอูฐตัวนั้นบรรทุกเนยข้างหนึ่งและบรรทุกน้ำผึ้งอีกข้างหนึ่งนั้น เห็นได้ชัดจากตามรายทางข้างที่บรรทุกเนยหกหล่นไว้มีมดมาไต่ และข้างที่บรรทุกน้ำผึ้งหกหล่นไว้นั้นมีแมลงวันมาตอม

สำหรับที่ว่ามีหญิงตั้งครรภ์เป็นผู้ขี่อูฐไปนั้น เพราะพบรอยอูฐนั่งลงที่ข้างทาง และใกล้ ๆ ก็มีรอยเท้าคนชัดเจนรอยหนึ่งเพราะเปียกแฉะด้วยน้ำ เมื่อเจ้าชายองค์รองได้แตะมาดมก็รู้ว่าเป็นกลิ่นปัสสาวะของสตรี ส่วนที่คาดคะเนว่าสตรีนั้นกำลังตั้งครรภ์เพราะที่ตรงรอยแฉะนั้นเจ้าชายองค์สุดท้องยังสังเกตพบรอยฝ่ามือสองข้างด้วย แสดงว่ากำลังมีครรภ์ขณะปัสสาวะจึงต้องใช้ฝ่ามือทั้งสองข้างยันกายไว้

จักรพรรดิได้สดับจนสิ้นกระแสความด้วยความชื่นชมและอัศจรรย์ในพระทัย จึงรับเจ้าชายทั้งสามไว้เป็นแขกเมือง ระว่างนั้นเจ้าชายทั้งสามองค์ก็ได้ช่วยจักรพรรดิไว้โดยจับได้ว่ามีอำมาตย์คนหนึ่งวางยาพิษพระองค์ ต่อมากระจกวิเศษแห่งความเป็นธรรม ที่ทำให้บ้านเมืองนี้สงบสุข ถูกขโมยไปยังอีกอาณาจักรหนึ่งที่ปกครองโดยราชินีที่เป็นสาวโสด จักรพรรดิจึงขอให้เจ้าชายทั้งสามองค์ไปตามเอากระจกวิเศษกลับมา

เมื่อเจ้าชายทั้งสามองค์ไปถึงอาณาจักรดังกล่าวก็ทราบเรื่องทั้งปวงว่า กระจกวิเศษถูกขโมยไปตั้งหันหน้าออกไปที่ชายหาดใกล้ตัวนครนั้น เนื่องจากว่ามีมือยักษ์โผล่ขึ้นมาจากทะเลคอยรังควานทำร้ายชาวเมือง การตั้งกระจกวิเศษไว้ช่วยทำให้มือยักษ์นั้นทำร้ายแต่สัตว์ไม่ทำร้ายคน ครั้นเจ้าชายทั้งสามองค์ไปถึงที่ชายหาดเผชิญหน้ากับมือยักษ์ เจ้าชายองค์ใหญ่ก็รู้ว่ามือยักษ์เป็นสัญลักษณ์ว่าคนห้าคนรวมกันก็จะทำทุกอย่างสำเร็จจนครองโลกได้ พระองค์เห็นว่า เป็นความเชื่อที่ผิด จึงชูนิ้วชี้กับนิ้วกลางไปที่มือยักษ์ เป็นสัญลักษณ์ว่าคนเพียงสองคนก็พอสำเร็จงานได้ทุกประการ พลันมือยักษ์ก็ปลาสนาการไปตลอดกาล พระราชินีสาวสวยก็ยอมคืนกระจกวิเศษให้

ครั้นเจ้าชายทั้งสามองค์นำกระจกวิเศษกลับไปถึงนครเดิมก็พบว่าเกิดปัญหาใหม่ขึ้นมา คือระหว่างนั้นจักรพรรดิทรงกริ้วนางทาสีอันเป็นที่รักยิ่งจึงให้มัดไว้แล้วเอาไปทิ้งในป่าให้สัตว์ป่ากัดกิน วันต่อมาพอหายโกรธก็ให้ทหารกลับไปรับตัวนางกลับมา แต่นางก็หายไปแล้วหาอย่างไรก็ไม่พบ ทำให้จักรพรรดิตรอมพระทัยจนถึงประชวรโรคนอนไม่หลับ

เพื่อรักษาอาการป่วย เจ้าชายสามองค์แนะให้จักรพรรดิสร้างพระราชวัง มีสาวสรรกำนัลนางคอยปรนนิบัติขึ้นเจ็ดแห่งเจ็ดสี สำหรับประทับแห่งละหนึ่งสัปดาห์ และในแต่ละสัปดาห์นั้น ก็ให้นักเล่านิทานที่เก่งที่สุดในเมืองที่สำคัญที่สุดเจ็ดเมือง ที่อยู่ในจักรวรรดิของพระองค์มาเล่านิทานให้ฟัง (ตรงนี้จะเห็นกลิ่นอายนิทานเปอร์เซียทำนองเรื่อง “พันหนึ่งราตรี” คือ มีนิทานอีก 6 เรื่องเล่าแทรกอยู่ในนิทานเรื่องแรก) ผลปรากฏว่าการฟังนิทานตั้งแต่เรื่องแรกจนถึงเรื่องที่หกทำให้พระอาการประชวรทุเลาขึ้นโดยลำดับ พอถึงนิทานเรื่องที่เจ็ดก็ทรงพบว่าเป็นเรื่องของพระองค์กับนางทาสีนั้นเอง พระองค์จึงได้เบาะแสของนางจากนักเล่านิทานและส่งทหารไปรับตัวนางกลับมา

จักรพรรดิทรงถามเจ้าชายสามองค์ว่าสามารถหาวิธีรักษาอาการประชวรที่ชาญฉลาดเช่นนี้ได้อย่างไร เจ้าชายสามองค์ทูลตอบว่า เนื่องจากไม่พบซากศพนางทาสีในป่าแสดงว่านางไม่ได้ถูกสัตว์ร้ายจับกินและคงจะมีชีวิตอยู่ที่ใดที่หนึ่ง ดังนั้นการหานักเล่านิทานมาจากทั่วจักรวรรดิจึงเป็นกุศโลบายในการหาข่าว เพราะอย่างไรเสียก็ต้องมีผู้พบและช่วยเหลือพระสนมไว้และต้องมีการเล่าลือถึงเรื่องนี้กันบ้าง

จากนั้นเจ้าชายสามองค์ก็พากันเดินทางกลับคืนสู่เซเรนดิป และเรื่องก็จบลงตรงที่เจ้าชายทั้งสามองค์กลายเป็นนักปกครองที่ชาญฉลาด ครั้นต่อมาไม่นานพระราชา Jaffa ก็สิ้นพระชนม์และเจ้าชายองค์โตก็ขึ้นเป็นพระราชาแทน เจ้าชายองค์รองได้กลับไปอภิเษกสมรสกับพระราชินีสาวแสนสวยและเป็นพระราชาที่นครแห่งนั้น สำหรับเจ้าชายองค์สุดท้องนั้น จักรพรรดิ Behram ได้ให้รับกลับไปอภิเษกกับพระราชธิดาองค์เดียวของพระองค์ และต่อจากนั้นไม่นานก็ได้ครองอาณาจักรนั้นสืบต่อเมื่อจักรพรรดิสวรรคต

จากนิทานเรื่องนี้เห็นได้ว่าเจ้าชายทั้งสามองค์มีไหวพริบอันหลักแหลมทำให้รู้ในสิ่งที่ไม่ได้ค้นหาได้โดยบังเอิญ และส่งผลดีในบั้นปลายให้เจ้าชายทั้งสามองค์ได้เป็นพระราชาในแต่ละอาณาจักรทั้งสามแห่งนั้น ดังนั้น การอธิบายความหมายของคำว่าเซเรนดิพิตีให้สั้นและเข้าใจง่ายจึงเป็นเรื่องยาก เมื่อกาลเวลาผ่านไปความหมายของคำก็เพี้ยนไป ในปัจจุบันพจนานุกรมภาษาอังกฤษได้ให้นิยามคำนี้ไว้ในทำนองว่า “ความสามารถหรือพรสวรรค์ (faculty) ในการได้มาซึ่ง ความสุข และ การค้นพบที่ไม่ได้คาดหมายไว้ ได้โดยบังเอิญ” หรือ “ความมีโชคจากการค้นหาพบสิ่งดี ๆ ได้โดยบังเอิญ” หรือแม้แต่เพียงสั้น ๆ ว่า “การค้นพบโดยบังเอิญ” โดยมองข้ามลักษณะสำคัญด้วยไหวพริบอันหลักแหลม และขณะกำลังค้นหาสิ่งอื่นของวอลโพลไป และนอกจากนี้ที่ใช้ว่า “ความสามารถหรือพรสวรรค์”และ”ความมีโชค” ก็ไม่ค่อยจะสื่อถึงความฉลาดและความเหนื่อยยากของเจ้าชายทั้งสามองค์ที่ส่งผลดีในบั้นปลายเอาเสียเลย

เมื่อไม่กี่ปีมานี้มีการนำคำนี้ไปใช้ในความหมายที่แปลกประหลาดไปมากกว่านี้อีก คือเมื่อตอนต้นสหัสวรรษ (ค.ศ. 2001) นี้เองมีภาพยนตร์ฝรั่งเรื่องหนึ่ง (เคยฉายในเมืองไทยด้วย) ใช้ชื่อเรื่องว่า เซเรนดิพิตี เป็นเรื่องรักแรกพบของนักศึกษาหนุ่มสาววัยยี่สิบ เรื่องมีว่า ใกล้วันคริสต์มาสที่เมืองนิวยอร์กทั้งคู่พบกันโดยบังเอิญในห้างบลูมิงเดลแย่งกันซื้อถุงมือซึ่งเหลืออยู่เพียงคู่เดียว จึงมานั่งตกลงกันที่ร้านกาแฟชื่อ เซเรนดิพิตี ว่าใครควรได้ถุงมือไป จากนั้นก็ออกไปเล่นสเก็ตชมดาวกันในสวนสาธารณะเซนทรัลพาร์ก ตอนที่จะแยกจากกันฝ่ายชายเสนอให้คบหากัน แต่ฝ่ายหญิงศรัทธาในโชคชะตาว่าถ้าคู่กันแล้วก็คงไม่แคล้วกัน เธอจึงเขียนหมายเลขโทรศัพท์ของเธอไว้ในหนังสือเล่มหนึ่งแล้วจะนำไปขายในร้านหนังสือ (มือสอง) สักแห่ง ฝ่ายชายก็เขียนหมายเลขโทรศัพท์ของตนไว้บนธนบัตร 5 ดอลลาร์ให้ฝ่ายหญิงไว้ ซึ่งเธอให้ต่อไปกับคนขายของริมถนนและว่าหนังสือเล่มนั้นจะตามหาเขา ส่วนธนบัตรใบนั้นก็จะตามหาเธอเอง แล้วทั้งสองก็จากกันไป ฝ่ายหญิงจากไปอยู่ที่แซนแฟรนซิสโกที่ห่างไปไกลถึงสามพันไมล์

กาลเวลาผ่านไปสิบปีฝ่ายชายกำลังจะแต่งงาน ส่วนฝ่ายหญิงก็มีคนรักใหม่ที่กำลังตัดสินใจจะแต่งงานด้วย ทั้งคู่จึงนึกถึงกันและต่างฝ่ายต่างก็ตั้งใจจะลองตามหากันดูโดยมีเพื่อนสนิทของทั้งคู่คอยช่วยเหลือ ฝ่ายชายออกตามหาหนังสือ ข้างฝ่ายหญิงกับเพื่อนสนิทเดินทางมานิวยอร์กตามหาธนบัตรใบนั้น แล้วเซเรนดิพิตีก็พาทั้งคู่ให้มาพบกันอีกครั้ง

ในภาพยนต์เรื่องนี้ความหมายของเซเรนดิพิตีกลายเป็น “พรหมลิขิต” หรือไม่ก็ “บุพเพสันนิวาส”

รอเบิร์ต เค. เมอร์ตัน (Robert K. Merton) ค้นคว้าและบันทึกสถิติการใช้คำว่าเซเรนดิพิตีไว้อย่างน่าทึ่ง คือถึงปี ค.ศ. 1958 มีการใช้คำนี้ในสิ่งพิมพ์เพียง 135 ครั้ง และระหว่างปี ค.ศ. 1958 ถึง 2000 คำนี้ปรากฏเป็นชื่อบนปกของหนังสือรวม 57 เล่ม แต่ครั้นในระหว่างคริสต์ทศวรรษ 1990 คำนี้ถูกใช้ในหนังสือพิมพ์รวม 13,000 ครั้ง และเฉพาะในปี ค.ศ. 2001 เพียงปีเดียวบนอินเทอร์เน็ตมีเอกสารถึง 636,000 เรื่องที่ใช้คำว่าเซเรนดิพิตี

คำศัพท์เซเรนดิพิตีก้าวเข้ามาสู่แวดวงวิทยาศาสตร์เป็นครั้งแรกในวงการแพทย์ในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1930 เมื่อวอลเตอร์ แคนนอน (Walter Cannon) แห่งวิทยาลัยการแพทย์ฮาร์วาร์ด (Harvard Medical School) ได้นำคำนี้มาใช้อ้างอิงเป็นครั้งแรก ถึงปรากฏการณ์การค้นพบโดยบังเอิญ ในการทำงานวิจัยค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ในเรื่องอื่นอยู่

ตัวอย่างการค้นพบแบบเซเรนดิพิตีก็เช่น การค้นพบ “หลักอาร์คิมีดีส” (Archimedes’ principle) เมื่ออาร์คิมีดีสลงไปนอนในอ่างอาบน้ำ เขาสังเกตเห็นระดับน้ำในอ่างที่สูงขึ้นและน้ำหนักตัวเองที่เบาลง แล้วประกายความคิดเกี่ยวกับแรงลอยตัวก็วาบเข้ามาในสมองของเขา และการค้นพบเรื่องความโน้มถ่วงของนิวตัน ก็เป็นไปในทำนองเดียวกัน คือเกิดขึ้นเมื่อนิวตันไปนั่งอยู่ใต้ต้นแอปเปิลแล้วเห็นผลแอปเปิลหล่นลงมา อีกตัวอย่างหนึ่งก็คือ การค้นพบทวีปอเมริกาของโคลัมบัส ในขณะหาเส้นทางเดินเรือไปยังอินเดีย ตัวอย่างที่ใกล้ตัวเข้ามาก็คือ โพสต์อิต (post it) ซึ่งเป็นแผ่นกระดาษที่มีแถบกาวอยู่ที่ขอบ เดิมเกิดจากการคิดผลิตกาว แต่กาวที่ผลิตได้ “แปะติด” ได้ไม่หลุดแต่ก็ติดไม่แน่น และแล้วด้วยสายตาอันเฉียบคมของใครบางคนก็ทำให้กาวคุณภาพต่ำกลับกลายเป็นสินค้าขายดีขึ้นมาได้

เซเรนดิพิตีกับการค้นพบทางนิวเคลียร์

ทีนี้มาดูเซเรนดิพิตีในประวัติศาสตร์ของวงการนิวเคลียร์กันบ้าง

ในเมื่อคำว่า นิวเคลียร์ เป็นคำคุณศัพท์ที่มาจากคำนามว่า นิวเคลียส ดังนั้นการค้นพบทางนิวเคลียร์ ก็ขอจำกัดให้แคบเข้าไปที่การค้นพบที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับนิวเคลียสของอะตอมเท่านั้น ซึ่งแม้ในประวัติศาสตร์ของวงการนิวเคลียร์จะมีการค้นพบนับร้อย แต่ที่ตรงกับนิยามของเซเรนดิพิตีแท้ ๆ น่าจะมีอย่างน้อยสัก 3 ครั้ง ได้แก่ การค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี การค้นพบนิวเคลียส และการค้นพบปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียสหรือฟิชชัน โปรดตามมาพิสูจน์กันได้ ณ บัดนี้..

การค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี

เริ่มต้นจากการค้นพบรังสีเอกซ์จากการศึกษาทดลองกับหลอดรังสีแคโทด (cathode ray tube เรียกสั้น ๆ ว่า CRT หรือหลอดซีอาร์ที) ของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันที่ชื่อว่าวิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน (Wilhelm Conrad Roentgen) เมื่อปลายปี ค.ศ. 1895 ซึ่งเป็นปฐมบทของการค้นพบอื่น ๆ ที่เกิดตาม ๆ กันมาเป็นลูกโซ่

จากการค้นพบรังสีเอกซ์ของเรินต์เกนนี้เองที่เกิดการเชื่อมต่อมาสู่โซ่ข้อแรกของการค้นพบทางนิวเคลียร์ โดยในการประชุมประจำสัปดาห์ของบัณฑิตยสถานสำนักวิทยาศาสตร์ประเทศฝรั่งเศสเมื่อวันที่ 20 มกราคม ค.ศ. 1896 อองรี ปวงกาเร (Henri Poincar?) ได้นำเรื่องการค้นพบรังสีเอกซ์พร้อมภาพเอกซเรย์กระดูกของเรินต์เกนมาอธิบายในที่ประชุม และตั้งข้อสังเกตว่า รังสีเอกซ์จะออกมาจากวัตถุเปล่งแสงอื่นใดได้ด้วยหรือไม่ ซึ่งอองรี แบ็กเกอแรล (Henri Becquerel) ได้นั่งฟังอยู่ด้วยความสนใจ และเขาเหมาะกับโจทย์ข้อนี้ที่สุด เพราะว่าพ่อของแบ็กเกอแรลเป็นผู้เชี่ยวชาญเรื่องการเรืองแสง (phosphorescence) มาก่อน และตัวเขาเองก็มีความชำนาญด้านนี้รวมทั้งศาสตร์ด้านการถ่ายรูปด้วย นอกจากนี้เขายังมีวัสดุเรืองแสง (phosphorescence material) เก็บไว้หลายชนิด ดังนั้น แทบจะในวันรุ่งขึ้นแบ็กเกอแรลก็เริ่มงานค้นหารังสีเอกซ์จากวัสดุเรืองแสงที่เขามีอยู่ในทันที

การเรืองแสงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดกับวัสดุเรืองแสง เช่น ฟอสฟอรัส ซึ่งเมื่อได้รับพลังงานโดยอาจจะเป็นแสงอาทิตย์ก็ได้ มันจะคายพลังงานนั้นกลับออกมาเห็นเป็นแสงสว่างเรืองเป็นเวลาสั้น ๆ ดังนั้นการทดลองของแบ็กเกอแรลก็คือ หาว่าแสงเรืองใดที่มีพลังงานทะลุทะลวงสูงเช่นเดียวกับรังสีเอกซ์

วิธีทดลองของแบ็กเกอแรลก็โดยใช้แผ่นไวแสง (กระจกเคลือบด้วยสารประกอบเงินโบรไมด์) ห่อด้วยกระดาษดำแล้ววางวัสดุเรืองแสงไว้ด้านบน จากนั้นก็นำไปตากแดดให้เกิดการเรืองแสงสักพักใหญ่ หากแสงเรืองจากวัสดุชนิดใดสามารถทะลุผ่านกระดาษดำเข้าไปได้ ก็จะทำให้เกิดเป็นรอยฝ้าดำบนแผ่นไวแสงได้ (ต้องเอาไปล้างแบบล้างฟิล์มก่อนจึงจะเห็น) เขาทดลองกับวัสดุเรืองแสงทุกชนิดที่มีอยู่แต่ไม่ประสบความสำเร็จ ยังขาดแต่สารยูเรนิลโพแทสเซียมซัลเฟตที่มีผู้อื่นยืมไปและเพิ่งนำมาคืนภายหลัง แบ็กเกอแรลจึงได้ทดลองกับวัสดุชนิดนี้ที่มียูเรเนียมเป็นองค์ประกอบราวกลางเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 1896 และเป็นแสงเรืองชนิดเดียวที่ทำให้แผ่นไวแสงเกิดฝ้าดำ ๆ ได้

ในการทดลองซ้ำโดยเพิ่มชั้นความหนาของกระดาษดำ ปรากฏว่าท้องฟ้าเหนือกรุงปารีส ตอนปลายเดือนกุมภาพันธ์ที่กำลังหมดฤดูหนาว และย่างเข้าฤดูใบไม้ผลินั้น มีแต่เมฆติดต่อกันหลายวันจนแทบไม่มีแสงแดดเลย ตัวอย่างของแบ็กเกอแรลจึงถูกแดดเพียงเล็กน้อย ในที่สุดเขาก็เก็บตัวอย่างนั้นไว้ในลิ้นชักนานสามวันติด ๆ กันระหว่างวันที่ 27 ถึง 29 กุมภาพันธ์ (เป็นปีอธิกสุรทิน) พอถึงวันที่ 1 มีนาคม ค.ศ. 1896 ซึ่งเป็นวันที่สี่แล้ว ก็ยังไม่มีแดดอีกเช่นเดิม แต่อย่างไรก็ดี ในวันนั้นเขาก็นำแผ่นไวแสงออกมาตรวจสอบ และก็ต้องประหลาดใจที่พบว่าเกิดฝ้าดำเข้ม ผิดกับที่เขาคาดตอนต้นว่าควรมีฝ้าเพียงเล็กน้อยจากแดดอ่อนในวันแรก ๆ ของการทดลอง ด้วยความเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ดี แบ็กเกอแรลตระหนักว่าเขาได้ค้นพบครั้งสำคัญแล้วว่า สารยูเรเนียมของเขาได้แผ่รังสีลึกลับออกมาด้วยตัวของมันเอง ไม่ใช่จากการเรืองแสงเมื่อได้รับแสงแดดแต่ประการใด

ในวันรุ่งขึ้นแบ็กเกอแรลได้ประกาศการค้นพบครั้งนี้ที่บัณฑิตยสถาน และต่อมามารี กูรี (Marie Curie) ได้นำเรื่องนี้มาศึกษาต่อเป็นหัวข้อวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกโดยมีสามีชื่อปีแอร์ กูรี (Pierre Curie) เป็นผู้ช่วย ซึ่งทั้งคู่พบว่ายูเรเนียมมีการแผ่รังสีออกมาเองอย่างสม่ำเสมอและตลอดเวลา และในเวลาต่อมากยังพบธาตุใหม่อีก 2 ธาตุคือ เรเดียม และ พอโลเนียม ที่แผ่รังสีเช่นเดียวกับยูเรเนียมแต่รังสีมีความแรงกว่ากันมาก นี่เองคือที่มาของธาตุหรือสารกัมมันตรังสี และมาดามคูรีได้ตั้งชื่อปรากฏการณ์การแผ่รังสีของสารกัมมันตรังสีนี้ว่า กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) ทั้งหมดนี้ทำให้แบ็กเกอแรลและสามีภรรยากูรีได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีร่วมกันเมื่อปี ค.ศ. 1903

ปัจจุบันเราทราบกันแล้วว่าปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีเกิดจากนิวเคลียสของอะตอมสารกัมมันตรังสีที่ไม่คงตัว จึงเกิดการสลายมวลของนิวเคลียสทีละน้อยกลายเป็นพลังงานที่ปล่อยออกมาในรูปของรังสีชนิดต่าง ๆ ปรากฏการณ์นี้จึงนับเป็นปรากฏการณ์ทางนิวเคลียร์อย่างแท้จริง และการค้นพบปรากฏการณ์นี้ของแบ็กเกอแรลขณะค้นหารังสีเอกซ์จึงเรียกได้ว่าเป็นเซเรนดิพิตีขนานแท้

การค้นพบนิวเคลียส

ทีนี้มาดูกันต่อไปว่าเซเรนดิพิตีในประวัติศาสตร์การค้นพบทางนิวเคลียร์เรื่องต่อไป คือ การค้นพบนิวเคลียส ว่าจะมีความพิสดารเพียงใด

เรื่องดำเนินต่อมาถึงเมื่อเดือนเมษายน ค.ศ. 1897 โจซฟ. จอห์น. ทอมสัน (Joseph John Thomson) จากห้องปฏิบัติการคาเวนดิช (Cavendish lab) มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ก็พิสูจน์ได้ว่ารังสีแคโทดก็คือ ลำกระแสของอนุภาคอิเล็กตรอน และยังพบว่าอิเล็กตรอนมีมวลเพียง 1 ใน 1837 ของอะตอมไฮโดรเจนที่ขณะนั้นทราบกันแล้วว่าเป็นอะตอมที่เล็กที่สุดในบรรดาอะตอมของธาตุทั้งมวล และนี่เป็นครั้งแรกที่มนุษย์ได้รู้ว่าอะตอมไม่ได้เป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดอย่างที่คาดเดากันมา

ค.ศ. 1899 ทอมสันมีผลงานออกมาอีกชิ้นหนึ่งคือ พบว่ามีธาตุโลหะบางชนิดเมื่อได้รับแสงยูวีแล้วจะสามารถปล่อยอิเล็กตรอนออกมาได้ เรียกว่า ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (photoelectric effect) แต่เพราะอะตอมไม่มีประจุ เมื่ออะตอมปล่อยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบออกมาได้ ในอะตอมจึงต้องมีอนุภาคที่มีประจุบวกจำนวนเท่า ๆ กันและทำให้อะตอมเป็นกลาง ดังนั้นต่อมาในปี ค.ศ. 1906 ทอมสันก็ได้เสนอทฤษฎีโครงสร้างของอะตอมว่า อะตอมมีลักษณะเหมือนลูกกลม ๆ ที่มีประจุบวกและมีอิเล็กตรอนกระจายตัวอยู่ในกลุ่มประจุบวกนั้นเหมือนกับเนื้อลูกพลัมที่เห็นกระจายอยู่ในเนื้อเค้กพุดดิง เรียกโครงสร้างนี้ว่า พลัม-พุดดิง (plum-pudding model)

ในปี ค.ศ. 1899 นี้เอง ผู้ช่วยของทอมสันชื่อว่าเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ได้ศึกษารังสีที่ธาตุเรเดียมที่มาดามคูรีค้นพบปล่อยออกมาโดยละเอียด และพบว่า ประกอบด้วยรังสี 2 ชนิด ซึ่งชนิดหนึ่งนั้น เมื่อปี ค.ศ. 1900 แบ็กเกอแรลเองเป็นผู้ตรวจพบว่า ก็คืออนุภาคอิเล็กตรอนซึ่งรัทเทอร์ฟอร์ดตั้งชื่อไว้ให้ก่อนแล้วว่ารังสีบีตา ส่วนอีกชนิดหนึ่งรัทเทอร์ฟอร์ดให้ชื่อว่ารังสีแอลฟาซึ่งในปี ค.ศ. 1904 เขาค้นพบว่าเป็นรังสีที่มีมวลประมาณ 8,000 เท่าของอิเล็กตรอนและมีประจุเป็นบวกที่มีขนาดเป็น 2 เท่าของอิเล็กตรอน แต่อันที่จริงเรเดียมยังปล่อยรังสีชนิดที่สามออกมาด้วย[10] โดยในปี ค.ศ. 1900 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อปอล วียาร์ (Paul Villard) ซึ่งได้เคยศึกษารังสีเอกซ์มาอย่างละเอียด พบว่าเรเดียมยังปล่อยรังสีอีกชนิดหนึ่งที่ไม่มีประจุและเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับรังสีเอกซ์แต่มีพลังงานสูงกว่า และต่อมาภายหลังรังสีนี้ก็ได้ชื่อว่ารังสีแกมมา

จากการค้นพบรังสีแอลฟานี้เองที่จะนำไปสู่การค้นพบทางนิวเคลียร์โดยตรงครั้งสำคัญ นั่นคือ การค้นพบ “นิวเคลียส” โดยรัทเทอร์ฟอร์ด

รัทเทอร์ฟอร์ดเกิดที่ประเทศนิวซีแลนด์ แต่มาศึกษาวิชาฟิสิกส์อยู่ที่ประเทศอังกฤษ และได้ทำงานเป็นผู้ช่วยของทอมสัน อยู่ที่ห้องปฏิบัติการคาเวนดิชระยะหนึ่ง จากนั้นได้ไปทำงานที่มหาวิทยาลัยแมกกิลประเทศแคนาดา แล้วกลับมาประเทศอังกฤษ ประจำอยู่ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ รัทเทอร์ฟอร์ดสนใจและมีความศรัทราในทฤษฎีโครงสร้างอะตอม “พลัม-พุดดิง” ของทอมสันผู้เป็นเจ้านายเก่า จึงทำการทดลองศึกษาโครงสร้างของอะตอมโดยเริ่มจากว่าถ้าอะตอมเป็นเหมือน “พลัม-พุดดิง” การระดมยิงอนุภาคแอลฟาที่มีประจุไฟฟ้าบวก (+2) เข้าไปในอะตอมจะให้ผลเป็นอย่างไร และถ้าผลเป็นตามนั้น โครงสร้างของอะตอมตามทอมสันว่าก็น่าจะถูกต้อง

วิธีที่รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบรังสีแอลฟาและบีตาเมื่อปี ค.ศ. 1898-99 ก็คือ บรรจุสารกัมมันตรังสีเช่นเรเดียมไว้ในภาชนะที่มีคอยาวสักหน่อย เพื่อบังคับรังสีที่ถูกปล่อยออกมาจะได้พุ่งออกมาเป็นลำยาว (อันที่จริงไม่มีใครมองเห็นรังสีด้วยตา ต้องใช้แผ่นฟิล์มไปรอรับ แผ่นฟิล์มดำตรงไหนก็คือรังสีพุ่งไปในทิศทางนั้น) จากนั้นก็ตรวจสอบสมบัติของรังสีโดยการใช้สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าไปเบนทิศทางของรังสี ซึ่งศึกษาสมบัติได้ 2 อย่าง คือ รังสีนั้นเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกจะเบนไปทางหนึ่ง และรังสีที่เป็นอนุภาคที่มีประจุลบก็จะแบนไปอีกทางหนึ่ง และอีกประการหนึ่ง การเบนไปมากหรือน้อยส่อถึงขนาดของประจุ กล่าวคือ ถ้าขนาดประจุต่ำก็จะถูกเบนไปมาก ได้แก่กรณีของอนุภาคบีตาซึ่งมีประจุ -1 ส่วนแอลฟาจะเบนน้อยเพราะมีขนาดประจุ +2

วิธีทดลองทำนองนี้เองที่รัทเทอร์ฟอร์ดยังศึกษาอยู่ต่อไปเมื่อไปอยู่ที่แคนาดาโดยในปี ค.ศ. 1906 ที่นั่นเขาลองใช้แผ่นฉนวนไฟฟ้าคือไมกา (แร่กลีบหิน) ไปบังทางที่รังสีพุ่งออกมา และปรากฏว่ารอยดำบนแผ่นฟิล์มเบลอร์เป็นวงกว้าง ต่างกับไม่มีอะไรบังที่รอยดำเป็นจุดชัดเจน ซึ่งเขาสรุปว่า รังสียังคงผ่านฉนวนไปได้ แต่มีการเบนทิศทางไปบ้างในระยะประมาณ 1 องศา ทางฟิสิกส์เรียกว่าเกิดการกระเจิง

ครั้นเมื่อรัทเทอร์ฟอร์ดกลับมาประเทศอังกฤษในปีถัดมา เขาเห็นว่าน่าจะใช้วิธีนี้สำรวจโครงสร้างของอะตอมที่เป็นก้อนประจุบวกตามแนวคิดของทอมสันได้ โดยเปลี่ยนจากแผ่นไมกาเป็นแผ่นโลหะหลายชนิด ได้แก่ ดีบุก เงิน ทองแดง ทองคำขาวทองแดง เหล็ก อะลูมิเนียม และถ้าแผ่นโลหะยิ่งบางได้มากเท่าใดก็ยิ่งดี เพราะอะตอมในแผ่นโลหะจะซ้อนกันน้อยชั้น การทำนายผลก็จะง่ายและแม่นยำขึ้น ซึ่งโลหะที่ตีได้บางมากก็คือแผ่นทองคำที่เขาประสบความสำเร็จในการทดลองนี้

สมมติฐานของการทดลองนี้ก็คือรัทเทอร์ฟอร์ดเชื่อว่าอนุภาคแอลฟาที่มีประจุ +2 เมื่อพุ่งเข้าไปยังอะตอมของทองคำที่เป็นก้อนประจุบวกขนาดประมาณ +100 (ที่จริง +79 และไม่ต้องคำนึงถึงอิเล็กตรอน เพราะอนุภาคแอลฟาหนักว่าอิเล็กตรอนถึง 8000 เท่า อิเล็กตรอนจึงมีแต่จะกระเจิดกระเจิงไป) จะเกิดการกระเจิงอย่างไรน่าจะบอกถึงการกระจายของประจุบวกในอะตอมได้ โดยงานนี้รัทเทอร์ฟอร์ดมีฮันส์ ไกเกอร์ (Hans Geiger) และเออร์เนสต์ มาร์สเดน (Ernest Marsden) เป็นผู้ช่วย

การทดลองนี้ฟังดูเหมือนจะง่าย แต่ที่จริงไม่ง่ายเลย การทดลองตั้งแต่การเตรียมอุปกรณ์เริ่มตั้งแต่ปี ค.ศ. 1907 กว่าจะสรุปผลได้ก็ปี ค.ศ. 1911 โดยในช่วงแรกรัทเทอร์ฟอร์ดมีไกเกอร์เป็นผู้ช่วย การทดลองทำในภาชนะทรงกระบอก ขั้นแรกต้องปั๊มอากาศออกก่อนให้มากที่สุด เพื่อลดการสุญเสียอนุภาคแอลฟาที่จะเกิดการกระเจิงไปกับโมเลกุลของอากาศ จากนั้นเมื่ออนุภาคแอลฟาพุ่งเข้าไปที่แผ่นทองคำ และผ่านทะลุกระเจิงออกไปกระทบกับฉากติดไว้บนปลายกล้องจุลทรรศน์ ฉากนี้ฉาบด้วยสารประกอบสังกะสีซัลไฟด์ เมื่ออนุภาคแอลฟามากระทบ ก็จะเกิดเรืองแสงเป็นประกายแปลบ ซึ่งสังเกตเห็นได้ผ่านทางกล้องจุลทรรศน์นั่นเอง การจะสังเกตว่าอนุภาคแอลฟากระเจิงไปทางใดบ้าง สังเกตได้โดยการขยับกล้องจุลทรรศน์ไปเป็นมุมต่าง ๆ แต่ละมุมเป็นเวลานานเท่า ๆ กัน ก็จะได้ค่าสถิติการกระเจิงของแต่ละมุมนั้น

เรื่องไม่ง่ายอีกประการหนึ่งก็คือ การสังเกตประกายที่ว่าต้องทำในห้องมืด ๆ จึงจะเห็น โดยผู้ทดลองต้องนั่งในห้องมืดปรับสายตาก่อนครึ่งชั่วโมง และเมื่อเริ่มนับประกายที่เกิดขึ้นนาน 1 นาที สายตาก็จะเริ่มล้าและต้องพัก และในบางมุมที่เกิดประกายเร็วมากกว่านาทีละ 90 ครั้งการนับก็ไม่ค่อยจะน่าเชื่อถือ ดังนั้นการเก็บสถิติข้อมูลการเกิดประกายตลอดการทดลองหลายปีรวมแล้วจึงมากถึงหลายแสนครั้ง

ค.ศ. 1909 ไกเกอร์รับนักศึกษาปริญญาตรีฝึกงานซึ่งก็คือมาร์สเดน หลังฝึกงานได้สักพักไกเกอร์ได้ปรึกษากับรัทเทอร์ฟอร์ดว่ามาร์สเดนน่าจะเริ่มงานวิจัยเล็ก ๆ ได้แล้ว

การทดลองที่ผ่านมา การกระเจิงการกระเจิงเกิดมากในมุม 1-2 องศา ซึ่งก็สอดคล้องดีกับโครงสร้างอะตอมแบบเค้กพลัม-พุดดิง แต่เพื่อหางานวิจัยให้มาร์สเดน รัทเทอร์ฟอร์ดจึงให้มาร์สเดนช่วยไกเกอร์เก็บสถิติการกระเจิงในมุมที่โตขึ้น และหลังจากนั้นเพียงไม่กี่วัน ไกเกอร์ก็มาบอกรัทเทอร์ฟอร์ดด้วยความตื่นเต้นว่า สามารถสังเกตพบการกระเจิงย้อนกลับหลังซึ่งเป็นเรื่องเหลือเชื่อมาก และทำให้โครงสร้างอะตอมแบบเค้กพลัม-พุดดิงเป็นไปไม่ได้

รัทเทอร์ฟอร์ดอธิบายว่าเหมือนกับ “ยิงกระสุนปืนขนาด 15 นิ้วเข้าไปที่กระดาษทิชชู่ แล้วลูกกระสุนนั้นสะท้อนกลับมาโดนตัวเอง” สาเหตุก็คือ เมื่อคิดว่าอะตอมเป็นทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10^-10 เมตร และเป็นก้อนประจุบวกที่มีจำนวนประจุ +79 กระจายสม่ำเสมอทั่วอะตอม ซึ่งจะมีความแรงสนามไฟฟ้าสูงสุดที่ผิวอะตอมแล้ว เมื่ออนุภาคแอลฟาที่มีประจุ +2 พุ่งเข้ามาด้วยความเร็วสูงมาก ก็จะเกิดแรงผลักกับอนุภาคแอลฟาให้แฉลบออกไปด้วยมุมกระเจิงอยู่ในช่วง 1 ถึง 2 องศาเท่านั้น ต่อให้คิดว่าด้วยความหนาของแผ่นทองคำที่ใช้เทียบได้กับอะตอมซ้อนกันราว 400 อะตอมก็ตาม มุมกระเจิงก็ไม่มีทางทำให้อนุภาคแอลฟาถึงกับสะท้อนกลับหลังได้ และผลการทดลองนี้กำลังทำลายความเชื่อมั่นที่เขามีต่อโครงสร้างอะตอมของเจ้านายเก่าของเขา

รัทเทอร์ฟอร์ดใช้เวลาคิดทบทวนอยู่หลายเดือน ในที่สุดเขาก็สรุปว่า ทางเดียวที่จะทำให้ประจุบวกจำนวน +79 นั้นมีสนามไฟฟ้าสูงพอที่จะผลักอนุภาคแอลฟาความเร็วสูง ให้กระเจิงสะท้อนกลับหลังได้ ก็โดยการบีบอัดก้อนประจุบวกทรงกลมนั้นให้เล็กลง ซึ่งจะทำให้สนามไฟฟ้าที่ผิวทรงกลมของก้อนประจุบวก สูงขึ้นมากตามกฎกำลังสองผกผัน (ส่วนกลับของรัศมีของทรงกลมยกกำลังสอง) กล่าวคือ ถ้าก้อนประจุบวกมีขนาดลดลง 10 เท่า ความแรงสนามไฟฟ้าจะสูงขึ้นถึง 100 เท่า (10²) และรัทเทอร์ฟอร์ดคำนวณได้ว่ารัศมีของก้อนประจุบวกนี้ต้องเล็กกว่า 10^-13 เมตร และเล็กกว่าขนาดของอะตอมหลายพันเท่าขึ้นไป ก้อนประจุบวกนี้จึงเล็กมาก ดังนั้น อนุภาคแอลฟาที่พุ่งเข้าไปในอะตอมจึงมีโอกาสปะทะกับก้อนประจุบวกได้ยากมาก โดยถ้าเฉียดไปห่าง ๆ ก็จะถูกผลักไม่แรงและมีมุมกระเจิงไม่โต แต่ถ้าเฉียดเข้าไปใกล้มาก แรงผลักก็จะมากขึ้นและมุมกระเจิงก็โตขึ้น และหากปะทะโดยตรงก็อาจกระเจิงสะท้อนกลับหลังนั่นเอง โดยเกิดจากการปะทะเพียงครั้งเดียว ไม่จำเป็นหรือไม่ใช่การถูกผลักสะสมจากก้อนประจุบวกของหลายอะตอมที่ซ้อนกันอยู่ และในที่สุดรัทเทอร์ฟอร์ดก็สรุปว่า โครงสร้างของอะตอมไม่ใช่เค้กพลัม-พุดดิง แต่เป็นที่ว่างที่มีอิเล็กตรอนเล็ก ๆ กระจายอยู่รอบ ๆ ก้อนประจุบวกเล็กนิดเดียว (เรียกว่า นิวเคลียส) ตรงกลาง

รัทเทอร์ฟอร์ดวิเคราะห์ทบทวนแนวคิดนี้กับข้อมูลการทดลองและทดลองเพิ่มเติมจนมั่นใจกว่าที่จะประกาศการค้นพบ “นิวเคลียส” ของอะตอมในปี ค.ศ. 1911

การศึกษาด้วยศรัทธาเพื่อสนับสนุนโครงสร้างอะตอมแบบเค้กพลัม-พุดดิงของทอมสัน และด้วยสติปัญญาพิจารณาอันเฉียบแหลม ทำให้รัทเทอร์ฟอร์ดกลับค้นพบนิวเคลียสของอะตอม และนี่ก็คือ เซเรนดิพิตี ในการค้นพบทางนิวเคลียร์อีกครั้งหนึ่ง ต่อเนื่องจากการค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีของแบ็กเกอแรล

การค้นพบปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียสหรือฟิชชัน

ค.ศ. 1919 รัทเทอร์ฟอร์ดกลับไปสืบทอดตำแหน่งหัวหน้าห้องปฏิบัติการคาเวนดิช ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์แทนทอมสันที่เกษียณอายุไป ที่นี่เขามีผู้ช่วยเป็นลูกศิษย์เก่าชื่อว่าเจมส์ แชดวิก (James Chadwick) และในปี ค.ศ. 1920 จากการศึกษาอะตอมไฮโดรเจน รัทเทอร์ฟอร์ดก็ค้นพบอนุภาค “โปรตอน” ที่มีประจุบวกโดยมีขนาดของประจุเท่ากับขนาดประจุของอิเล็กตรอน เขาจึงสรุปได้ว่า นิวเคลียสของอะตอม เป็นที่รวมของอนุภาคโปรตรอน มีจำนวนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมพอดี จึงทำให้อะตอมมีประจุเป็นกลาง

การศึกษาด้านมวลหรือน้ำหนักเชิงอะตอมที่ผ่านมาทำให้ทราบว่า ยกเว้นธาตุไฮโดรเจนแล้ว (นิวเคลียสของไฮโดรเจนมีเพียงโปรตอน 1 อนุภาคเท่านั้น) นิวเคลียสของอะตอมทุกชนิดมีมวลมากกว่ามวลของโปรตอนทั้งหมดที่มันมีอยู่ ดังนั้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1924 รัทเทอร์ฟอร์ดได้เสนอว่านิวเคลียสไม่ใช่ที่รวมของโปรตอนเท่านั้น แต่น่าจะมีอนุภาคที่ไม่มีประจุเรียกว่า “นิวตรอน” ประกอบอยู่ด้วย ซึ่งต้องรอถึงปี ค.ศ. 1932 กว่าที่ผู้ช่วยของเขาเองคือแชดวิกจะค้นพบอนุภาคนิวตรอนได้สำเร็จ โดยนิวตรอนมีมวลแทบจะเท่ากับกับโปรตอนพอดี

การค้นพบนิวตรอนทำให้การทดลองระดมยิงอะตอมก้าวหน้าขึ้นกว่าแต่ก่อนที่ใช้อนุภาคแอลฟาระดมยิง เพราะอนุภาคแอลฟามีประจุ +2 จึงถูกนิวเคลียสของอะตอมที่มีประจุบวกเช่นกันผลักให้กระเจิงออกมา แต่เมื่อระดมยิงนิวตรอนที่ไม่มีประจุเข้าไปในอะตอม ก็มีโอกาสชนเข้ากับนิวเคลียสได้โดยไม่ถูกผลักออกมา ดังนั้น ในระยะนั้นจึงมีผู้ทดลองในทำนองนี้กันมาก และผู้ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดน่าจะได้แก่เอนรีโก แฟร์มี (Enrico Fermi)

คริสต์ทศวรรษ 1930 แฟร์มีกับทีมของเขาที่มหาวิทยาลัยแห่งกรุงโรม ประเทศอิตาลี ทดลองใช้นิวตรอนระดมยิงเข้าไปในอะตอมของทุกธาตุ เรียกว่า เป็นตัวเป้า นับตั้งแต่ธาตุไฮโดรเจนที่เบาที่สุด ไปจนถึงธาตุยูเรเนียมซึ่งเป็นธาตุที่หนักที่สุด และพบว่าตั้งแต่ธาตุลำดับที่ 9 (ฟลูออรีน) ขึ้นไปที่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น สามารถตรวจพบกัมมันตภาพรังสี กล่าวคือ มีการปล่อยรังสีชนิดต่าง ๆ ออกมา รวมทั้งตรวจพบว่ามีธาตุที่มีลำดับอยู่ใกล้ ๆ กันกับธาตุตัวเป้าเกิดขึ้นด้วย นอกจากนนี้แฟร์มียังพบว่าการทำให้นิวตรอนเคลื่อนช้าลงที่เรียกว่า “นิวตรอนช้า” สามารถเกิดปฏิกิริยาได้ดีกว่าเดิมนับร้อยเท่าตัว

ค.ศ. 1934 แฟร์มีตีพิมพ์ผลการทดลองหลายครั้งที่ชี้ว่า น่าจะสามารถประดิษฐ์ธาตุที่โตกว่ายูเรเนียมได้ โดยการระดมยิงนิวเคลียสยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ทำให้เกิดการตื่นตัวทดลองทำนองนี้กันมาก และจากการทดลองในหลายปีต่อมาของแฟร์มี เขาตรวจสอบธาตุที่เกิดขึ้นใหม่ 2 ธาตุไม่พบว่าตรงกับธาตุใดระหว่างธาตุลำดับที่ 80 (คือตะกั่ว) ถึงธาตุที่ 92 (ยูเรเนียมนั่นเอง) จึงมั่นใจว่าได้ทำให้เกิดธาตุใหม่คงต้องเป็นธาตุหลังยูเรเนียม (transuranium elements) ได้แก่ธาตุที่ 93 และ94 และเขาให้ชื่อว่า ausonium และ hesperium ซึ่งมีแต่ไอดา แนดด็อก (Ida Naddock) ที่ส่งจดหมายถึงทีมของแฟร์มี บอกไม่เห็นด้วย และเสนอให้ตรวจสอบว่าไม่ใช่ธาตุอื่นที่เล็กกว่าตะกั่วลงไปอีก เพราะบางทีนิวเคลียสยูเรเนียมอาจแบ่งแยกเป็นสองส่วนก็ได้ ข้อเสนอแนะนี้ไม่ได้รับความสนใจ และการทดลองของแฟร์มีกับคนอื่น ๆ ในหลายปีต่อมาก็ได้ผลไม่ต่างไปจากเดิม ทุกคนจึงยอมรับสมมติฐานของแฟร์มี

การค้นหาธาตุหลังยูเรเนียมด้วยความเพียรพยายามนานหลายปีของฮานและชตราสส์มันน์ แต่กลับค้นพบปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียสที่ให้พลังงานนิวเคลียร์อันเป็นประโยชน์นี้ ไม่เพียงทำให้ฮานได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีเมื่อปี ค.ศ. 1944 แต่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการนำพลังงานนิวเคลียร์มาผลิตไฟฟ้า คงไม่ผิดเป็นแน่หากจะนับเรื่องนี้ว่าเป็นเซเรนดิพิตี

บทความนี้เผยแพร่อยู่ในวงแคบ ๆ ของวงการนิวเคลียร์ของไทย หากท่านมีโอกาสได้มาอ่านเรื่องนี้โดยไม่เคยอ่านบทความบน TINT-WEBSITE ที่เว็บไซต์ของสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติมาก่อน คงต้องอธิบายด้วยคำ ๆ เดียวเท่านั้น

เซเรนดิพิตี!!

แหล่งข้อมูล

1. Richard Boyle http://livingheritage.org/three_princes.htm and http://livingheritage.org/three_princes-2.htm
2. Lareef Zubair http://www.glue.umd.edu/~pkd/sl/facts/name_origin.html
3. Elizabeth J. Hodges http://www.psychosomaticmedicine.org/cgi/reprint/23/6/528.pdf
4. http://www.rottentomatoes.com/m/serendipity/about.php
5. Richard Boyle http://livingheritage.org/serendipity.htm
6. Claudia Pirez http://www.yomag.net/541-serendipi-what/
7. Moulton F.R and Schifferes J.J. (editors), “The Autobiography of Science”, Doubleday & company, INC, pp. 484 (1960)
8. http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Radioactivity/Disc-of-Radioactivity.html
9. Lief Gerward http://www.canberra.edu.au/irps/archives/vol14no1/Gerward.html
10. Michael Fowler http://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/Rutherford_Scattering/Rutherford_Scattering.html
11. http://abyss.uoregon.edu/~js/ast121/lectures/lec07.html
12. http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/nucleus/nucleus1_1.htm
13. http://www.franklininstitute.org/case_files/fermi/slow.html
14. Lindley Darden http://www.philosophy.umd.edu/Faculty/LDarden/sciinq/
15. hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/.../fission.html