สัปดาห์วิทยาศาสตร์

อ้างอิง:
พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว พระบิดาแห่งวิทยาศาสตร์ไทย, สำนักงานโครงการอุทยานวิทยาศาสตร์พระจอมเกล้า ณ หว้ากอ จังหวัดประจวบคีรีขันธ์
สิงห์โต ปุกหุต, พระบิดาวิทยาศาสตร์ไทย
http://www.kingmongkut.com/
หมายเหตุ: บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกในหนังสือพิมพ์โพสต์ทูเดย์ ฉบับวันที่ 17 ตุลาคม 2547
พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 4 เสด็จพระราชสมภพเมื่อวันพฤหัสบดีที่ 18 ตุลาคม พ.ศ. 2347 ในรัชกาลที่ 1 ตรงกับวันขึ้น 14 ค่ำ เดือน 11 ปีชวด จุลศักราช 1166 เป็นพระราชโอรสของพระบาทสมเด็จพระพุทธเลิศหล้านภาลัยรัชกาลที่ 2 (ขณะนั้นดำรงพระราชอิสริยยศเป็นสมเด็จพระเจ้าลูกยาเธอ เจ้าฟ้าฯ กรมหลวงอิศรสุนทร) และเป็นโอรสพระองค์ที่ 2 ในสมเด็จพระศรีสุริเยนทราบรมราชินีระหว่างที่ทรงผนวชอยู่ในสมณเพศเป็นเวลา 27 ปี ขณะที่พระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 3 ขึ้นครองราชย์ เจ้าฟ้ามงกุฎทรงมีกรณียกิจหลายด้านซึ่งเป็นประโยชน์ต่อมาในอนาคต ทรงศึกษาภาษามคธ (บาลี) จนสามารถแปลพระปริยัติธรรมได้อย่างแม่นยำ ทรงปฏิรูปพระพุทธศาสนาด้วยการตั้งคณะสงฆ์นิกายใหม่ คือ ธรรมยุติกนิกาย การเสด็จออกธุดงค์ซึ่งทำให้ทรงพบหลักศิลาจารึกทรงใช้เวลาศึกษาภาษาละตินและภาษาอังกฤษ รวมทั้งศาสตร์แขนงต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นประวัติศาสตร์ การเมือง วรรณคดี ปรัชญา ไปจนถึง เรขาคณิต ตรีโกณมิติ วิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะดาราศาสตร์ที่ทรงสนพระทัยเป็นพิเศษ หลักฐานอย่างหนึ่งที่ทรงนำความรู้เรื่องดาราศาสตร์มาใช้กับการกำหนดวันสำคัญทางศาสนาซึ่งมีขึ้นตามปฏิทินจันทรคติ คือ พระราชาธิบายเรื่องอธิกมาส อธิกวาร และปักขคณนาวิธี ซึ่งเป็นเรื่องราวเกี่ยวกับการคำนวณปฏิทินจันทรคติแบบใหม่ที่ทรงประดิษฐ์คิดค้นขึ้นด้วยพระองค์เอง มีความแม่นยำถูกต้องตรงกับดวงจันทร์บนท้องฟ้ายิ่งกว่าปฏิทินที่ใช้อยู่เดิม

ความสนพระทัยในดาราศาสตร์มองเห็นได้จากการสั่งซื้อตำราดาราศาสตร์ กล้องโทรทรรศน์ และแผนที่ดาว จากต่างประเทศ เครื่องราชบรรณาการส่วนมากเป็นหนังสือและอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ เช่น เครื่องชั่ง ลูกโลก เทอร์มอมิเตอร์ เครื่องวัดความดันอากาศ สมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรียแห่งสหราชอาณาจักร ได้ถวายกล้องโทรทรรศน์ ซึ่ง เซอร์ จอห์น เบาริง ราชทูตแห่งสหราชอาณาจักร ได้บันทึกว่า “กล้องที่นำมาถวายมีคุณภาพต่ำกว่ากล้องโทรทรรศน์ที่ทรงมีอยู่แล้ว”

เซอร์ จอห์น เบาริง ยังเขียนเล่าไว้ว่า ห้องส่วนพระองค์เป็นห้องที่มีเครื่องมือวิทยาศาสตร์ เช่นเดียวกับห้องนักปราชญ์ราชบัณฑิตที่มั่งคั่งในทวีปยุโรปสมัยนั้น หมอเหา (เฮาส์) ได้บันทึกรายละเอียดไว้จากที่เขาได้เข้าเฝ้าที่วัดบวรนิเวศวิหาร เมื่อครั้งยังทรงผนวชอยู่ว่า “ข้าพเจ้าได้เหลียวมองไปรอบๆ ห้อง และเห็นพระคัมภีร์ไบเบิลของสมาคม เอ. บี. และพจนานุกรมเวบสเตอร์ตั้งเคียงบนชั้นบนโต๊ะเขียนหนังสือ นอกจากนั้นยังมีตารางดาราศาสตร์และการเดินเรือวางอยู่ด้วย ส่วนข้างบนอีกโต๊ะหนึ่งมีแผนผังอุปราคาที่จะเกิดขึ้นครั้งต่อไป มีรายการคำนวณเขียนไว้ด้วยดินสอ นอกจากนั้นยังมีแบบลอกแผนที่ของนายชานเดลอร์วางอยู่ด้วย”

ในช่วงที่พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เสด็จขึ้นครองราชย์ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2394 นั้นเป็นยุครุ่งเรืองของลัทธิจักรวรรดินิยม ทั้งอังกฤษและฝรั่งเศสแผ่อิทธิพลครอบคลุมประเทศต่างๆ ในแถบนี้ แต่สายพระเนตรที่กว้างไกลและพระปรีชาสามารถด้านภาษาและการเมืองระหว่างประเทศ ทำให้สยามเป็นเพียงประเทศเดียวในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ที่รอดพ้นจากการการเข้ายึดครอง
ดาวหาง

ตลอดพระชนม์ชีพของพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว มีดาวหางหลายดวงมาปรากฏเหนือท้องฟ้า ที่สว่างมากมีอยู่ 3 ดวง ดวงแรกชื่อดาวหางฟลูเกอร์กูส มาให้เห็นขณะมีพระชนมายุ 8 พรรษา ดาวหางดวงที่ 2 ชื่อ ดาวหางโดนาติ ค้นพบโดยนักดาราศาสตร์ชาวอิตาเลียนในปี พ.ศ. 2401 มีขนาดใหญ่สวยงาม ขณะนั้นคนไทยและชาวตะวันออกยังมีความเชื่อเรื่องโชคลางและภัยพิบัติจากสิ่งแปลกประหลาดในท้องฟ้า โดยเฉพาะดาวหางที่เป็นเหมือนสัญญาณบอกเหตุร้าย

ทรงมีพระราชนิพนธ์ประกาศเตือนไม่ให้เกิดการแตกตื่น ชื่อว่า “ประกาศดาวหางขึ้นอย่าให้วิตก” ตอนหนึ่งว่า “ดาวดวงนี้ชาวยุโรปได้เห็นมาแล้วหลายเดือน ดาวอย่างนี้มีคติแลทางที่ดำเนินยาวไปในท้องฟ้าไม่เหมือนดาวพระเคราะห์อื่น ดาวพระเคราะห์ทั้งปวงเป็นของสัญจรไปนานหลายปีแล้วก็กลับมาได้เห็นในประเทศข้างนี้อีก เพราะเหตุนี้อย่าให้ราษฎรทั้งปวงตื่นกันแลคิดวิตกเล่าลือไปต่างๆ ด้วยว่ามิใช่จะได้เห็นในพระนครนี้แลเมืองที่ใกล้เคียงเท่านั้นหามิได้ ย่อมได้เห็นทุกบ้านทุกเมือง ทั่วพิภพอย่างได้เห็นนี้แล”

ดาวหางดวงที่ 3 ชื่อดาวหางเทบบุท มาเยือนโลกในปี พ.ศ. 2404 และมีความสว่างมากกว่าดาวหางโดนาติเสียอีก ทรงพระราชนิพนธ์ “ประกาศดาวหางปีระกาตรีศก” พร้อมทั้งปัดเป่าความงมงายที่มีอยู่ในสังคม ตอนหนึ่งว่า “ผู้ใดปฏิบัติตัวไม่ดีไม่มียาที่จะแก้ป้องกันกินทาซึมซาบอยู่กับกาย เป็นผู้ไม่สบายมีโรคภัยเล็กน้อยที่เป็นช่องจะให้พิษเช่นนั้น แล่นเข้าไปในกายให้เกิดเจ็บไข้ได้ความไข้ก็ต้องแก่ผู้นั้นไม่เลือกหน้าว่าใคร ก็ดาวหางมาบนฟ้าโกรธขึ้งหึงษาพยาบาทอาฆาตแค้นอะไรอยู่กับเจ้านาย มาแล้วจะได้มาตรงใส่เอาเจ้านายทีเดียวไม่เห็นจริงด้วย”
เวลามาตรฐาน

พระราชกรณียกิจด้านดาราศาสตร์ที่สำคัญอย่างหนึ่งของพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว คือ การสถาปนาเวลามาตรฐานของประเทศ ซึ่งขณะนั้นยังไม่มีการกำหนดให้เส้นลองจิจูดที่ผ่านหอดูดาวกรีนิชในอังกฤษเป็นเส้นเมริเดียนหลักของโลก แต่กลับมีหลักฐานว่าพระจอมเกล้าฯ ได้ทรงใช้การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์สำหรับกำหนดเวลามาตรฐานของประเทศไทย โปรดฯ ให้สร้างพระที่นั่งภูวดลทัศไนย ซึ่งเป็นพระที่นั่งทรงยุโรปสูง 5 ชั้น บนยอดเป็นหอนาฬิกามีนาฬิกาขนาดใหญ่ทั้งสี่ด้าน แต่งตั้งพนักงานที่คอยวัดตำแหน่งดวงอาทิตย์ในเวลากลางวัน และดวงจันทร์ในเวลากลางคืน เพื่อปรับนาฬิกาให้เที่ยงตรงอยู่เสมอ
สุริยุปราคาเต็มดวง

เหตุการณ์ที่เป็นที่กล่าวขวัญและเป็นที่มาของวันวิทยาศาสตร์แห่งชาติ คือ ปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงเมื่อวันที่ 18 สิงหาคม พ.ศ. 2411 หลักฐานจากประกาศหลายฉบับแสดงว่าพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวได้ทรงศึกษาการคำนวณเพื่อพยากรณ์ปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์หลายอย่าง ไม่ว่าจะเป็นสุริยุปราคา จันทรุปราคา ดาวพุธผ่านหน้าดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์บังดาวเคราะห์ เป็นต้น ซึ่งถือเป็นสิ่งที่ต้องใช้เวลามาก ไม่ได้คำนวณได้รวดเร็วอย่างในปัจจุบัน

ทรงประกาศผลการคำนวณการเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงครั้งนี้ล่วงหน้า 2 ปี และเชิญคณะสำรวจทั้งจากฝรั่งเศส อังกฤษ และสิงคโปร์ เข้ามาร่วมสังเกตการณ์ ณ หว้ากอ ต.คลองวาฬ อ.เมืองฯ จ.ประจวบคีรีขันธ์ ดวงอาทิตย์ถูกดวงจันทร์บังมิดดวงอยู่นานถึง 6 นาที 46 วินาที แต่แล้วการเสด็จทอดพระเนตรสุริยุปราคาเต็มดวงครั้งนั้นก็ทำให้พระองค์ทรงประชวรเนื่องจากได้รับเชื้อไข้มาลาเรีย และเสด็จสวรรคตในวันที่ 1 ตุลาคม

ในปัจจุบันนี้ ประชาคมดาราศาสตร์ในระดับสากลที่ศึกษาด้านสุริยุปราคา ยกย่องพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวด้วยการกล่าวถึงสุริยุปราคาเต็มดวงเมื่อปี ค.ศ. 1868 ว่าเป็น “King of Siam’s Eclipse”

เครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider หรือ LHC เป็นเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่และให้พลังงานสูงที่สุดที่มนุษย์เคยสร้างมา เป็นความร่วมมือของนักวิทยาศาสตร์หลายพันคนในเกือบร้อยประเทศ เป้าหมายของโครงการนี้ก็เพื่อทดสอบและยืนยันทฤษฏีที่เรามีอยู่ในปัจจุบันเกี่ยวกับอนุภาคมูลฐาน และค้นหาหลักฐานต่างๆที่จะเป็นกุญแจสร้างทฤษฏีใหม่เพื่อไขความลับของจักรวาล

หลักการ

     ใช้ธรรมเนียมปฏิบัติของนักฟิสิกส์ที่มีมากว่าหลายสิบปี นั่นคือ เมื่อนักฟิสิกส์อยากรู้ว่าภายในวัตถุหรืออะตอมมีองค์ประกอบมูลฐานอะไรบ้าง ก็จับมันมาชนกัน หรือยิงอะไรสักอย่างเข้าใส่มัน เพื่อให้เกิดการแตกตัวหรืออาจจะรวมตัวเกิดเป็นอนุภาคใหม่ๆ ตัวอย่างเช่น รัทเทอร์ฟอร์ดยิงอนุภาคแอลฟาเข้าไปในแผ่นทองคำบางๆ ทำให้รู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสขนาดเล็กตรงกลางและอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบนอก การทดลองที่เซิร์นก็ใช้หลักการเดียวกัน มีการเร่งอนุภาคให้ชนกันแล้วดูว่าเกิดอะไรขึ้นบ้าง และมีการพัฒนาและปรับปรุงให้ระดับพลังงานของการชนสูงขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งได้เครื่อง LHC ในปัจจุบัน 
     
     ปัจจุบันเรารู้ว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอน ภายในนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ภายในโปรตอน(และนิวตรอน)ประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่า ควาร์ก (quark) จำนวน 3 ตัว    เราเรียกอนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์กว่าเป็นอนุภาคประเภท Hadron      อนุภาคที่จะใช้ชนในเครื่อง LHC ทั้งหมดเป็น Hadron จึงเป็นที่มาของชื่อเครื่องนี้   

     ในขั้นแรกนี้จะใช้โปรตอนในการชน   อนุภาคโปรตอนทั้งหมดในการทดลองแต่ละครั้งรวมกันได้ประมาณเท่าเม็ดทรายเม็ดเล็กๆ แต่มีความเร็วสูงมากใกล้ความเร็วแสงและมีพลังงานเทียบเท่ารถไฟ 1 ขบวน     สภาวะพลังงานสูงของอนุภาคที่กำลังชนกันดังกล่าวใกล้เคียงกับสภาวะตอนกำเนิดจักรวาล หรือ Big Bang

วิทยาศาสตร์จากเครื่อง LHC
       สิ่งที่เราจะได้จากการทดลองนี้คือการทดสอบทฤษฏีและการค้นหาหลักฐานเพื่อนำไปสู่ทฤษฏีใหม่ที่สมบูรณ์มากขึ้น ขอยกหัวข้อต่อไปนี้เป็นตัวอย่าง
–     การค้นหาว่ามวลคืออะไร มาจากไหน    มวลในภาษาชาวบ้านก็คือเนื้อสสาร ซึ่งต่างจากน้ำหนักที่เกิดจากแรงดึงดูดของโลก เมื่อเราออกไปอยู่นอกโลกเราก็สามารถอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักได้ แต่ยังมีมวลอยู่    นักฟิสิกส์คิดกันว่ากลไกที่ทำให้เกิดมวลคือกลไกของฮิกก์ Higgs Mechanism แต่ที่ผ่านมาเราไม่สามารถทดสอบและยืนยันได้เนื่องจากระดับพลังงานไม่สูงพอ     แต่วันนี้ LHC มีพลังงานที่น่าจะสูงพอสำหรับทดสอบกลไกของฮิกก์ และศ้นหาอนุภาคที่ชื่อว่า Higgs Boson

–     การค้นหาแม่เหล็กขั้วเดี่ยว (Magnetic Monopole)    ในทางทฤษฏีเราเชื่อกันว่ามีแม่เหล็กขั้วเดี่ยว แต่เราไม่เคยพบในธรรมชาติ     แม่เหล็กปกตินั้นจะมีสองขั้ว คือเหนือและใต้ หากนำมาหักเป็นสองท่อน แต่ท่อนก็จะกลายเป็นแท่งแม่เหล็กเหนือใต้เหมือนเดิม เพียงแต่ขนาดเล็กลง ไม่ได้กลายเป็นขั้วเหนือและใต้เดี่ยวๆแยกจากกัน ไม่ว่าจะหักเป็นท่อนเล็กๆสักกี่ครั้งก็ตาม     ซึ่งต่างกับกรณีของประจุไฟฟ้าที่เราพบประจุบวกและลบแยกเป็นอิสระจากกันได้      นักฟิสิกส์หลายคนหวังว่าในระดับพลังงานที่สูงมากของ LHC เราอาจจะสร้างแม่เหล็กขั้วเดี่ยวได้ ซึ่งจะช่วยคลี่คลายปริศนานี้ 

–     อื่นๆเช่น การค้นหาอนุภาคใหม่ๆ  การวัดมวลของควาร์กให้แม่นยำมากขึ้น การศึกษามิติเสริม (extraหลุมดำ
 เรื่องนี้จริงๆไม่ใช่ประเด็นหลักของการทดลองในครั้งนี้  แต่มีหลายคนคิดไปว่าพลังงานของ LHC อาจจะสูงมากพอจนทำให้เกิดหลุมดำขนาดจิ๋วดูดกลืนโลกเข้าไป     ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับเรื่องนี้มีดังต่อไปนี้

–     ทฤษฏีที่ได้รับการยอมรับและพิสูจน์แล้วในปัจจุบันนั้นเชื่อว่าระดับพลังงานของ LHC ไม่น่าจะสูงพอให้เกิดหลุมดำได้    แต่ก็มีทฤษฏีใหม่ๆที่ถูกเสนอขึ้นมาที่เชื่อว่ามีกลไกพิเศษบางอย่างที่อาจจะทำให้เกิดหลุมดำได้ เช่น บางทฤษฏีเสนอว่ามีมิติเสริม (นอกเหนือไปจาก 3 มิติของอวกาศ และ 1 มิติของเวลา) ที่สามารถช่วยให้หลุมดำเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้น  อย่างไรก็ตาม ทฤษฏีใหม่ๆเหล่านี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์  (หากเกิดจริงก็จะเป็นการพิสูจน์ไปในตัว) 

–     หลุมดำจิ๋วนี้ต่างจากหลุมดำที่เราคุ้นเคย      หลุมดำที่เราคุ้นเคยและนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีอยู่จริงคือหลุมดำขนาดใหญ่ในใจกลางกาแลกซี่ มีมวลมหาศาลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเรา      หากเรายุบดวงอาทิตย์ให้เล็กลงจนเหลือขนาดเท่ากำปั้น มันก็จะกลายเป็นหลุมดำที่ดูดทุกสิ่งทุกอย่างได้   ดังนั้น หากเริ่มต้นจากอนุภาคเล็ก หลุมดำจิ๋วที่อาจจะเกิดขึ้นก็ต้องมีขนาดเล็กมาก โดยขนาดเล็กสุดที่เกิดขึ้นได้คือ 10^-35 เมตร (หนึ่งในล้านล้านล้านล้านล้านล้านเท่า ของ 1 เมตร) วัตถุต้องอยู่ในระยะประมาณ 10^-35 เมตร จากใจกลางหลุมดำจิ๋ว จึงจะโดนดูดเข้าไป    ด้วยขนาดที่เล็กมากทำให้มันสามารถเคลื่อนที่ทะลุวัตถุต่างๆ (รวมถึงตัวเรา) โดยไม่ส่งผลใดๆ  และหากมันอยู่นิ่งกับที่ก็จะใช้เวลาหลายพันล้านปีกว่ามันจะเริ่มสะสมมวลจนมีขนาดใหญ่ขึ้นขนาดสามารถดูดโลกเข้าไปได้อย่างที่หลายคนกลัว

–    หลุมดำจิ๋วที่เกิดขึ้นไม่น่าจะเสถียรและควรหายไปภายในพริบตา (ต่างจากหลุมดำขนาดใหญ่ในใจกลางกาแลกซี่) กลไกที่ทำให้หลุมดำจิ๋วสลายตัวคือการแผ่รังสีของฮอร์กิ้ง (Hawking’s Radiation) ที่ปลดปล่อยพลังงานและอนุภาคออกมาหลุมดำ       หากเกิดหลุมดำขนาดจิ๋วจริงก็จะเป็นการพิสูจน์ทฤษฏีของฮอว์กิ้งไปในตัว และจะเป็นครั้งแรกที่เราจะได้ตรวจวัดอนุภาคที่แผ่ออกมาจากหลุมดำ

–     รังสีคอสมิก (cosmic ray) หรืออนุภาคพลังงานสูงจากอวกาศมีพลังงานสูงกว่า LHC มากและตกกระทบโลกอยู่ตลอดเวลา หากมีกลไกที่ทำให้เกิดหลุมดำจิ๋วจริง มันก็ควรเกิดอยู่ตลอดเวลาในชั้นบรรยากาศโลกเนื่องจากการชนของรังสีคอสมิก แสดงว่าหากมันเกิดขึ้นได้ มันก็ไม่เป็นอันตราย

สรุป หลุมดำอาจจะเกิดขึ้นได้และอันตรายถ้า…
   ถ้าที่ 1. ถ้ามีกลไกพิเศษนอกเหนือไปจากทฤษฏีที่ยอมรับกันในปัจจุบัน ทำให้มันเกิดได้ที่ระดับพลังงานของ LHC
   ถ้าที่ 2. ถ้าทฤษฏีของฮอว์กิ้งผิด หลุมดำจิ๋วเกิดแล้วไม่สลายตัวไป
   ถ้าที่ 3. ถ้ามีกลไกพิเศษที่ช่วยให้หลุมดำเกิดขึ้นในปริมาณมากๆ (ไม่ใช่แค่หลุมเดียว)
   ถ้าที่ 4. ถ้าหลุมดำที่เกิดขึ้นยังวนเวียนอยู่ในอาณาบริเวณของโลกของเราเป็นเวลานานๆ หลายพันล้านปี ไม่เคลื่อนที่ทะลุออกไปเสียก่อน

    แต่จากเหตุผลที่กล่าวไว้ข้างต้น นักฟิสิกส์เชื่อว่าอันตรายจากหลุมดำฝีมือมนุษย์นั้นไม่มี