อะตอมเพื่อนของเรา (4)
บทที่ 3 ทรรศนะใหม่ ๆ

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

            ปีนั้นคือปี ค.ศ. 1589 ที่ชายหนุ่มอายุเพียง 25 ปีได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ทางคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยปีซาประเทศอิตาลี เขาได้รับเงินค่าจ้างปีละ 60 สกูดี (มากกว่า 50 อเมริกันดอลลาร์เล็กน้อย) แต่เขาไม่ได้อยู่สอนจนครบสามปีตามสัญญาจ้าง เขาลาออกมาก่อนเวลาไม่ใช่เพราะรู้สึกว่าได้รับค่าจ้างน้อยกว่าที่ควร แต่เขาตัดสินใจลาออกก่อนที่พวกเพื่อนร่วมงานจะช่วยกันตะเพิดเขาออกไปจากเมือง ชื่อของเขาคือ กาลิเลโอ กาลิเลอี

 
 
กาลิเลโอ (ภาพจาก apod.nasa.gov เขียนโดย Justus Sustermans เมื่อปี ค.ศ. 1636)

            เหตุผลธรรมดามากว่าทำไมกาลิเลโอจึงไปกระตุ้นความโกรธของคนได้ทั้งภาควิชา ก็คือเขาไม่ได้ดำเนินชีวิตเป็นไปตามกฎ ในทันทีที่เขาเข้ารับตำแหน่งเขาก็เริ่มบอกแก่นักเรียนของเขาว่าคำสอนของอาริสโตเติลไม่ถูกต้อง เขาปุจฉาว่าถ้าเราอธิบายการเปียกโดยพูดว่ามันเปียก อย่างนั้นเราก็ไม่มีวันค้นพบธรรมชาติของสิ่งต่างๆ ได้เลย เขาปฏิเสธที่จะยอมรับทฤษฎีของอาริสโตเติลอย่างออกหน้าเช่นเดียวกับคนอื่น อย่างเพื่อนร่วมงานของเขาทำกันมานานนับหลายศตวรรษ จนปรัชญาของอาริสโตเติลมีอายุยืนยาวมากว่า 1,900 ปี และด้วยเหตุผลนี้โดด ๆ ที่ทุกคนต้องยอมรับนับถือทฤษฎีนี้ แต่กาลิเลโอตัดสินใจที่จะตรวจสอบสรรพสิ่งด้วยตนเอง และสิ่งที่เขาพบเห็นด้วยตาทั้งสองข้างของตนเองให้แรงทะยานใจให้ต่อสู้เพื่อความคิดของตน และมันยืนยาวตลอด 78 ปีในช่วงชีวิตอันมีค่าของเขา
            กาลิเลโอเชื่อว่านักวิทยาศาสตร์ต้องไปเกินกว่าแค่ การคิด แต่ต้อง ลงมือทำ ด้วย และนั่นคือสิ่งที่กาลิเลโอกระทำ ตัวอย่างกฎธรรมชาติที่มีชื่อเสียงกฎหนึ่งที่คิดขึ้นโดยอาริสโตเติลบอกว่า ของหนักตกเร็วกว่าของที่เบากว่า ซึ่งสำหรับทุกคนสิ่งนี้ฟังดูยิ่งกว่ามีเหตุผล และใคร ๆ ก็คิดว่าสามารถสาธิตให้เห็นสัจจะของ “กฎ” ข้อนี้ได้ง่ายมาก เพียงแค่ทิ้งลูกบอลเหล็กกับขนนกลงที่พื้นพร้อมกัน แล้วทุกคนก็จะเห็นได้ด้วยตาตัวเอง!
            กาลิเลโอคิดว่าตัวอย่างคลาสสิกนี้เห็นได้ชัดเกินไป ดังนั้น โดยวิธีคิดแบบของเขา กาลิเลโอจึงทดสอบด้วยลูกระเบิดน้ำหนัก 100 ปอนด์ กับลูกกระสุนปืนใหญ่ที่หนักเพียงครึ่งปอนด์ ซึ่งถ้าว่าตามอาริสโตเติล ลูกระเบิดก็ต้องตกเร็วกว่าลูกกระสุนปืนใหญ่ 200 เท่าตัว เพื่อพิสูจน์ให้เห็นได้ง่าย ๆ ว่ามันไม่ได้เป็นเช่นนั้น เขาก็ลากเอาวัตถุสองอย่างนี้ขึ้นไปบนชั้นสูงสุดของหอเอนปีซาและทิ้งลงมาพร้อมกัน ซึ่งเห็นได้ชัดว่าทั้งลูกระเบิดและลูกกระสุนปืนตกลงมาด้วยความเร็วเท่า ๆ กัน โดยลูกระเบิดล้ำหน้าลูกกระสุนปืนใหญ่ไม่ถึงคืบและตกจมลงไปในดินทั้งคู่ กาลิเลโอให้เหตุผลถึงความแตกต่างเล็กน้อย ว่าเกิดจากการต้านทานของอากาศ ซึ่งก็ใช้อธิบายได้ด้วยว่าทำไมขนนกจึงตกลงมาอย่างช้า ๆ แต่ถ้าในสุญญากาศที่สมบูรณ์ขนนกจะตกลงมาราวกับเป็นก้อนหิน

 
 
(ภาพจาก openlearn.open.ac.uk)

            การทดลองนี้เป็นตัวอย่างของการทดสอบชนิดที่กาลิเลโอใช้การลงมือทำมาสนับสนุนการคิด นับว่าเขาได้ริเริ่มวิธีการที่ยังใช้อยู่จนทุกวันนี้ ซึ่งนับแต่นั้นมาการสังเกตและการทดลองก็กลายเป็นวิธีการจัดการกับปัญหาทางวิทยาศาสตร์
            แม้ว่ากาลิเลโอจะประสบความสำเร็จอย่างสูงจากการทดลองครั้งแรกนี้ แต่เขาก็ไม่อาจทำให้เพื่อนรวมงานของเขาเชื่อว่าอาริสโตเติลผิดพลาด อย่างไรก็ดี การทดลองของเขาก็เป็นจุดเริ่มต้นของจุดจบการครอบงำความคิดของคนโดยไม่มีการทดสอบแนวคิดนั้น ๆ ทำให้มนุษย์กระตือรือร้นเพื่อแสวงหาการค้นพบใหม่ ๆ และแม้อาริสโตเติลจะยังคงได้รับความเคารพในฐานะนักปรัชญา แต่ก็หมดความยอมรับนับถือว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์เชิงฟิสิกส์
            เรื่องราวเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ยากที่จะไม่กล่าวถึงกาลิเลโอ แม้บุรุษผู้ยิ่งใหญ่คนนี้อาจจะไม่เคยใช้คำว่า “อะตอม” เลยตลอดชีวิตของเขา แต่เรื่องอะตอมของเรานี้จะต้องพาดพิงถึงกาลิเลโออีกพอสมควร เพราะด้วยผลงานต่อ ๆ มาของเขามีส่วนเป็นอย่างมากในการเปิดหูเปิดตาและเปิดใจของนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อ ๆ มา เขาได้แผ้วถางหนทางให้กับการฟื้นคืนแนวความคิดของดีโมคริตุส
            ประมาณปี ค.ศ. 1609 กาลิเลโอทำกล้องโทรทรรศน์อย่างง่ายและใช้ส่องดูท้องฟ้า โดยที่ก่อนหน้านี้ไม่นานเพิ่งมีการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ขึ้นโดยช่างทำแว่นตาชาวดัตช์ชื่อว่าแยน ลิปเพอร์ชี แต่เมื่อกาลิเลโอได้มีโอกาสถือกล้องชนิดนี้ไว้ในมือเป็นครั้งแรก เขาไม่ได้มัวใช้มันในเวลาว่าง ๆ ส่องดูยอดแหลมของโบสถ์ว่าเหมือนใกล้เข้ามา สำหรับเขาแล้วกล้องโทรทรรศน์เป็นเครื่องมือวิทยาศาสตร์ชิ้นหนึ่ง และใช้ส่องดูสิ่งที่ไม่อาจเข้าไปถึงใกล้ ๆ ได้

 
 
กล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอ (ภาพจาก www.exploringmars.com)

            ด้วยระยะเวลาสั้น ๆ อย่างเหลือเชื่อ คือในระหว่างปี ค.ศ. 1609 และ 1610 กาลิเลโอได้มีค้นพบทางดาราศาสตร์อันเร้าความรู้สึกได้อย่างมากมายเป็นชุดทีเดียว ชื่อเสียงของเขาขจรขจายไปทั่วยุโรป หลังจากที่ได้ประกาศออกไปว่า มีภูเขาอยู่ทั่วไปบนดวงจันทร์ และในบางเวลาจะพบเห็นจุดบนดวงอาทิตย์ได้ กาลิเลโอค้นพบดวงจันทร์ดวงที่โตที่สุดของดาวพฤหัสบดีถึง 4 ดวงและตื่นเต้นที่สังเกตพบวิถีการเคลื่อนที่รอบดาวพฤหัสบดีของดวงจันทร์พวกนั้น ที่เขาเชื่อว่าเหมือนกับที่โลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์ เรียกได้ว่าเขาเห็นหุ่นจำลองขนาดเล็กของระบบสุริยะจากแว่นพิเศษของเขา เขายังพบสังเกตเห็นวงแหวนของดาวเสาร์ได้ด้วย แม้ว่าคุณภาพของกล้องโทรทรรศน์ของเขาจะมีกำลังขยายต่ำ และไม่อาจเผยความงามได้ทั้งหมดของปรากฏการณ์พิเศษนี้ ที่มีอยู่ในระบบสุริยะของเรา เขาพบอีกว่าดาวศุกร์แสนงามที่เราเห็นในตอนเช้าก็เรียกว่าดาวรุ่งหรือดาวประกายพรึก และเมื่อเห็นในตอนเย็นก็เรียกว่าดาวประจำเมืองนั้น มีข้างขึ้นข้างแรมเหมือนกับดวงจันทร์

 
 
ภาพพื้นผิวดวงจันทร์ที่กาลิเลโอเห็นและวาดไว้ (http://www.pacifier.com)

            บ่อยครั้งที่กาลิเลโอส่องกล้องโทรทรรศน์อันเล็กของเขาไปยังทางช้างเผือก ตรงที่สว่างที่สุด ด้วยดวงดาวมากมายดูราวปุยเมฆละเอียดอ่อน สิ่งที่เขาเห็นผ่านกล้องของเขาคือแสงสีเงินยวงฉายฉานของทางช้างเผือกที่เผยตัวเองออกมา ว่าที่แท้ก็คือดวงดาราระยิบระยับนับหลายพันดวง ที่ไม่เคยมีดวงตาของมนุษย์คนใดได้เคยเห็น ไม่เคยปรากฏมาก่อน ที่แกแล็กซีของเรา ที่ซึ่งมีดวงดาวหลายพันล้านดวงอยู่ในอวกาศเวิ้งว้างไพศาลถูกดวงตามนุษย์มองเห็นเช่นนี้
            ในปี ค.ศ. 1610 กาลิเลโอตีพิมพ์หนังสือเล่มอุโฆษ บอกเล่าการค้นพบอันน่าตื่นเต้นของเขา เขาตั้งชื่อหนังสือได้อย่างเหมาะเจาะว่า The Star Messenger (ผู้ส่งสารแห่งดวงดาว) เพราะหนังสือนี้ได้บอกกล่าวถึงข่าวสารว่า
            รายรอบของตัวเราก็คือจักรวาลอันกว้างไพศาลเติมเต็มด้วยดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ และดวงดาวสุดคณานับ นั่นคืออวกาศข้างนอกนั้นที่โลกและมนุษย์เป็นเพียงส่วนเสี้ยวเล็ก ๆ อันไร้ค่า
            ในระยะเวลาไล่เลี่ยกันก็มีการประดิษฐ์อุปกรณ์สำคัญขึ้นมาอีกอย่างหนึ่งคือ กล้องจุลทรรศน์ ซึ่งก็คงประดิษฐ์ขึ้นก่อนในประเทศฮอลแลนด์เช่นกันกับกล้องโทรทรรศน์ แต่ไม่มีใครบอกได้แน่นอนว่าใครคือผู้ประดิษฐ์ นักวิทยาศาสตร์มากมายในยุคนั้นพากันสร้างกล้องจุลทรรศน์ขึ้นใช้ตามหลักการที่รู้ต่อ ๆ กันมา อันที่จริง กล้องจุลทรรศน์ประดิษฐ์ขึ้นก่อนกล้องโทรทรรศน์ แต่ยังคงเป็นเสมือนของเล่นอยู่นานเกือบศตวรรษ จนกระทั่งชาวดัตช์ที่ชื่อว่าเลเวนฮุกนำมันมาใช้ในการวิจัย ในหลาย ๆ ด้านเลเวนฮุกพอจะเทียบเคียงได้กับกาลิเลโอกับผลงานจากกล้องโทรทรรศน์ โดยมีผลงานการค้นพบใหม่ ๆ ออกมาเป็นชุดนับตั้งแต่เขาเริ่มใช้กล้องจุลทรรศน์เมื่อปี ค.ศ. 1670 เป็นต้นมา เพียงแต่ว่ากล้องจุลทรรศน์ไม่อาจก่อให้เกิดความตื่นเต้นได้เท่ากับกล้องโทรทรรศน์ ประการหนึ่ง เลเวนฮุกไม่ได้มีชื่อเสียงเกือบเทียบเท่ากาลิเลโอ และอีกประการหนึ่ง บางทีคนเราก็ประทับใจกับของใหญ่โตได้ง่ายกว่าของที่เล็กเกินกว่าที่ตาจะมองเห็น

 
 

เลเวนฮุกกับกล้องจุลทรรศน์ (ภาพจาก ez002.k12.sd.us)

            การค้นพบหลายอย่างของเลเวนฮุกก็น่าตื่นเต้นเร้าใจอย่างแท้จริง สิ่งที่เผยเบื้องหน้าดวงตาทั้งคู่ของเขา คือโลกใหม่เอี่ยมที่เต็มไปด้วยรูปแบบ และลวดลายแปลกพิสดาร ที่เขาเห็นจากโครงสร้างผลึกของโลหะ เนื้อไม้ เกล็ดหิมะ เขาพบเห็นความเป็นระเบียบและความงามจากปีกหลากสีสันของผีเสื้อ และจากเส้นสายลวดลายของเปลือกหอย
            กาลิเลโอได้สอนให้นักวิทยาศาสตร์ไล่ล่าหาการค้นพบใหม่ ๆ ด้วยใจที่เปิดกว้าง ด้วยจิตวิญญาณนี้เอง เลเวนฮุกจึงแสวงหาต่อไปโดยไม่หยุดหรือติดอยู่กับความงามที่เห็นจากกล้องจุลทรรศน์ นี่เองเขาจึงเป็นบุคคลแรกที่ได้เห็นสิ่งมีชีวิตที่เล็กมาก อาทิเช่นสัตว์เซลล์เดียวที่ไม่มีใครเคยคิดฝันถึงว่ามีอยู่ด้วยในโลก เขาค้นพบจักรวาลใหม่ขนาดจิ๋วที่เต็มไปด้วยสิ่งแปลกประหลาดหลายหลากทั้งที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต
            นานนักหนาแล้วที่มนุษย์ใช้เพียงตาตัวเองเท่านั้นในการออกไปแสวงหาสิ่งใหม่ พลันในคริสต์ศตวรรษที่ 17 มนุษย์ได้ประดิษฐ์ดวงตาวิเศษที่เพิ่มกำลังขยายต่ำ ๆ ของตาเนื้อของมนุษย์ขึ้นหลายร้อยเท่าตัว ด้วยดวงตาวิเศษทั้งกล้องโทรทรรศน์และกล้องจุลทรรศน์อันเป็น วิถีทัศน์ ใหม่ มนุษย์ได้ค้นพบทั้งความไพศาลของอวกาศเบื้องนอกและอวกาศข้างในที่เล็กจิ๋วจนเหลือเชื่อ ซึ่งทั้งคู่เต็มไปด้วยสิ่งที่ไม่เคยเห็นมาก่อนไม่น้อยไปกว่ากัน และมนุษย์ก็พบว่าตนเองอยู่ที่ตรงกลางระหว่างอวกาศทั้งสอง
            เชื่อหรือไม่ว่าแม้เวลาผ่านมาจนถึงปี ค.ศ. 1580 แล้ว ศาสตราจารย์หรือนักเรียนในมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ดยังถูกปรับเป็นเงิน 5 ชิลลิงทุกครั้งที่ถกแถลงหรือโต้เถียงขัดกับคำสอนของอาริสโตเติล ดังนั้นก่อนที่มนุษย์จะสามารถค้นพบอวกาศทั้งข้างนอกและข้างในได้สำเร็จ กาลิเลโอและนักวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ทั้งหลายก็ต้องหักล้างกับชื่อเสียงของอาริสโตเติลให้ได้ก่อน และแน่ละว่าแม้กล้องจุลทรรศน์จะไม่สามารถเห็นอะตอมของดีโมคริตุสได้ แต่มันก็ทำให้มนุษย์ได้รู้ว่ายังมีสิ่งที่เล็กมากจนตามองไม่เห็น และต่อมามนุษย์ก็เริ่มเข้าใจเหตุผลว่าสิ่งที่เล็ก ๆ ต้องประกอบขึ้นจากบางอย่างที่ยังเล็กกว่าอีก....

แปลจาก CHAPTER THREE: NEW VISTAS ของหนังสือ The WALT DISNEY story of OUR FRIEND THE ATOM by Heinz Haber, Published by DELL PUBLISHING CO., INC., N.Y., 1956