Ernest Rutherford ผู้พบโปรตอน และเป็นบุคคลแรกที่เล่นแร่แปรธาตุได้สำเร็จ

ในปี 2474 Ernest Rutherford ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ด้านการทดลองแห่งมหาวิทยาลัย Cambridge ในอังกฤษได้เขียนบทความลงในหนังสือพิมพ์ The Times เนื่องในโอกาสหนึ่งศตวรรษแห่งการค้นพบปรากฏการณ์เหนี่ยวนำไฟฟ้าของ Michael Faraday โดยได้ยกย่องว่า Faraday คือ นักวิทยาศาสตร์ด้านการทดลองผู้ยิ่งใหญ่คนหนึ่งของโลก คำชื่นชมที่เขาเขียนให้ Faraday นี้ ใช้ได้ดีกับตัวเขาเอง เพราะเขาคือ ผู้พบนิวเคลียสของอะตอม พบโปรตอน เป็นมนุษย์คนแรกที่เล่นแร่แปรธาตุจากไนโตรเจนเป็นออกซิเจน พบว่าอะตอมสามารถเปลี่ยนแปลงได้ พบว่าเวลานิวเคลียสของอะตอมสลายตัวจะทำให้เกิดกัมมันตรังสี แต่ทั้ง ๆ ที่ Rutherford พบนิวเคลียส เขาก็ไม่รู้ว่าในนิวเคลียสมีพลังงานนิวเคลียร์ เพราะเขาเชื่อว่ามนุษย์ไม่สามารถนำพลังงานใดๆ ในนิวเคลียสมาใช้งานได้ และ Rutherford ได้ตายจากโลกไปก่อนจะได้เห็นระเบิดปรมาณู

        อย่างไรก็ตาม Albert Einstein ได้เคยกล่าวสดุดี Rutherford ว่าเป็นนักฟิสิกส์ด้านการทดลองผู้ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 19 และเมื่อ Rutherford ถึงแก่กรรม Niels Bohr ผู้ซึ่งได้รับเกียรติเป็นผู้แถลงข่าวการเสียชีวิตของ Rutherford ถึงกับน้ำตาคลอ ส่วนในประเทศนิวซีแลนด์ ซึ่งเป็นบ้านเกิดของ Rutherford เขาคือ อภิมหาปราชญ์ที่ชาวนิวซีแลนด์ทุกคนภูมิใจ และรัก

        Ernest Rutherford เกิดเมื่อวันที่ 30 สิงหาคม พ.ศ. 2414 (รัชสมัยสมเด็จพระปิยมหาราช) ที่หมู่บ้าน Brightwater ซึ่งตั้งอยู่ใกล้เมือง Nelson ใน New Zealand ในครอบครัวที่มีลูกชาย 7 คน และลูกสาว 5 คน บิดา James เคยมีอาชีพเป็นช่างซ่อมรถที่เมือง Perth ในออสเตรเลีย แต่ได้อพยพไปอยู่ New Zealand และประกอบอาชีพทำฟาร์ม เพราะครอบครัวมีขนาดใหญ่ บิดาจึงหัดให้ลูกทุกคนมีนิสัยประหยัด และทำงานหนัก ส่วนมารดา Martha มีนามสกุลเดิมว่า Thompson ได้สนับสนุนให้ลูกทุกคนรักเรียนหนังสือ ชีวิตง่ายๆ ในวัยเด็กของ Rutherford ทำให้เขาเป็นคนมีนิสัยตรงไปตรงมา

        Rutherford มิได้เป็นเด็กที่เรียนหนังสือเก่ง แต่เป็นคนที่มีความพยายามมากจึงประสบความสำเร็จ เพราะทางบ้านมีฐานะไม่ค่อยดี ดังนั้น เด็กชาย Rutherford จึงสอบชิงทุนทุกครั้งที่มีโอกาส เช่น เมื่อจบชั้นประถมศึกษา ได้สอบชิงทุนเรียนต่อชั้นมัธยมศึกษา เขาสอบได้ที่ 2 เพราะคนที่ได้ที่ 1 สอบภาษาอังกฤษไม่ผ่าน Rutherford จึงได้ทุนแทน และเมื่อจบการศึกษาระดับมัธยม ก็ได้สอบชิงทุนเรียนต่อที่ Canterbury College ที่ Christchurch ถึงสอบเข้าได้ แต่ก็ไม่ได้ทุน เพราะคะแนนไม่ดี จึงเรียนต่อที่โรงเรียนอีก 1 ปี และสอบเข้าอีก คราวนี้ได้ทุน เพราะคนที่ได้ที่ 1 สละสิทธิ์ และถึงจะได้รับรางวัลการสอบคณิตศาสตร์ทุกปีขณะอยู่ที่วิทยาลัย Rutherford ก็มิใช่คนเรียนเก่งมาก เพราะปีหนึ่งๆ มีคนได้รางวัลนี้ 4 – 5 คน

        ในวัยเรียน Rutherford ชอบอ่านหนังสือวิทยาศาสตร์มาก และชอบทำของเล่น เช่น กังหันน้ำ และนาฬิกา เป็นต้น และไม่มีครูหรือใครใดสนใจเขามากเพราะครูทุกคนคิดว่า เมื่อโตขึ้น Rutherford คงเป็นชาวนาเหมือนพ่อ Rutherford สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีเกียรตินิยมวิชาเอกฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ เมื่ออายุ 22 ปี และได้ศึกษาต่อปริญญาโทอีก 1 ปี จนกระทั่งได้ปริญญา M.A. แล้วสอบชิงทุนไปศึกษาต่อที่ประเทศอังกฤษ

        ขณะรอฟังข่าวทุน Rutherford ได้งานทำเป็นครูสอนโรงเรียนมัธยม และได้เข้าพิธีหมั้นกับ May Newton ผู้เป็นบุตรสาวของเจ้าของบ้านที่ตนเช่าห้องอยู่ ในยามว่าง Rutherford ได้ใช้เวลาประดิษฐ์อุปกรณ์ส่งสัญญาณคลื่นวิทยุที่ Heinrich Hertz เพิ่งพบ รวมถึงประดิษฐ์อุปกรณ์รับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถใช้สื่อสารระยะไกลด้วย ในที่สุดข่าวการได้ทุนไปเรียนต่อก็มาถึง Rutherford เล่าว่า ในวันนั้น เขากำลังขุดมันฝรั่งอยู่ในไร่ที่เมือง Pungarehu ทันทีที่แม่นำโทรเลขมาแจ้งข่าว Rutherford ได้วางจอบลงกับพื้นแล้วบอกแม่ว่า ต่อแต่นี้เขาจะไม่ขุดมันฝรั่งอีกแล้ว

        Rutherford วัย 24 ปี เดินทางด้วยเรือถึงอังกฤษในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2438 เพื่อเข้าทำงานเป็นนักวิจัยกับ J. J.Thomson (ผู้พบอิเล็กตรอนในปีนั้น และได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในอีก 1 ปีต่อมา) เพราะ Thomson เป็นผู้ที่มีความรู้เรื่องปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้ามากที่สุดในโลก ณ เวลานั้น และเมื่อ Thomson ได้เห็นเครื่องรับ–ส่งสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ Rutherford ประดิษฐ์ เขารู้สึกพอใจและประทับใจมาก จึงให้ Rutherford เป็นผู้ช่วยวิจัยในห้องปฏิบัติการ Cavendish และตั้งใจจะให้วิจัยเรื่องเครื่องรับ – ส่งสัญญาณต่อ

        แต่ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2439 นั้นเอง โลกก็ได้รับข่าวใหญ่ว่า Wilhem Konrad Rontgen พบรังสีเอ็กซ์ที่มหาวิทยาลัย Wurzburg ในเยอรมนี ซึ่งธรรมชาติของรังสีนี้ยังเป็นเรื่องลึกลับ Thomson จึงให้ Rutherford ศึกษาอิทธิพลของรังสีเอ็กซ์ต่อการนำไฟฟ้าในแก๊ส ซึ่ง Rutherford ก็ได้ตอบตกลง และเลื่อนการแต่งงานของตนออกไป

นักฟิสิกส์ ควอนตัมจากซ้าย W. Heisenberg, M. Born, L. de Broglie, N. Bohr, E. Schroedinger และ P. Dirac

F. Soddy

อะตอม ประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอน

ในปี 2441 Antoine Henri Becquerel ได้ทำให้โลกตกตะลึง ด้วยข่าวการพบปรากฏการณ์กัมมันตรังสี ทันทีที่ Rutherford รู้ข่าวนี้ เขารู้สึกสนใจมาก ประจวบกับขณะนั้น บรรยากาศการทำงานที่ Cavendish ไม่สู้ดีนัก เพราะคนที่นั่นดูถูกคนที่สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยอื่น โดยเฉพาะจากมหาวิทยาลัยที่เป็นอาณานิคมของอังกฤษ และเมื่อ Rutherford ได้พบอีกว่า ถึงจะทำงานที่นี่ได้ 2 ปีแล้ว แต่มหาวิทยาลัย Cambridge ก็ไม่มีตำแหน่งอาจารย์ให้ ดังนั้นเมื่อมหาวิทยาลัย McGill ในแคนาดา มีความประสงค์จะบรรจุอาจารย์ที่รับผิดชอบห้องปฏิบัติการ Rutherford จึงตัดสินใจออกจาก Cambridge และเมื่อ Thomson เขียนคำรับรองให้อย่างดีเลิศ Rutherford ก็ได้งานที่มหาวิทยาลัย McGill

       Rutherford เดินทางถึง Montreal ในแคนาดาในเดือนกันยายน พ.ศ. 2441 และเริ่มงานวิจัยเรื่องกัมมันตรังสีที่กำลังเป็นเรื่องร้อนทันที ตลอดเวลา 9 ปีที่ Rutherford ทำงานที่นั่น เขาได้พบว่าอะตอมอาจไม่เสถียรได้ และเวลาธาตุ uranium, thorium, polonium, radium สลายตัว มันจะปล่อยรังสีแอลฟาและรังสีเบตาออกมา (ส่วนรังสีแกมมานั้น Villard ได้พบหลังจากการพบแอลฟาและเบตา 2 ปี) และสารกัมมันตรังสีบางตัวมีการสลายตัวแบบอนุกรม ผลงานเหล่านี้ทำให้ Rutherford ได้ตำแหน่งศาสตราจารย์ MacDonald แห่งมหาวิทยาลัย McGill และมหาวิทยาลัยได้ชื่อเสียงว่าเป็นศูนย์กลางการวิจัยอะตอมที่ดีเด่นของโลก

       เมื่อ ตำแหน่งดีและงานเดิน Rutherford ก็รู้สึกว่าชีวิตของตนมั่นคงแล้ว ดังนั้นหลังจากอยู่ที่ McGill ได้ 2 ปี เขาก็เดินทางกลับ New Zealand เพื่อแต่งงาน แล้วนำภรรยา May กลับ Canada ในอีก 1 ปีต่อมา Rutherford ก็ได้บุตรสาวชื่อ Eileen และเริ่มใช้ชีวิตในฐานะเป็นเซเล็บของโลก เพราะได้รับเชิญให้ไปบรรยายในที่ต่างๆ ทั่วโลก จนทำให้ไม่ค่อยมีเวลาวิจัย

       เมื่อ อายุ 32 ปี Rutherford ได้รับเลือกให้เป็นสมาชิกของ Royal Society อันทรงเกียรติของอังกฤษ ซึ่งนับว่ามีอายุน้อยสำหรับเกียรติที่สูงมากเช่นนี้ รวมถึงได้รับเหรียญ Rumford จากสมาคมด้วย การมีชื่อเสียงทำให้มหาวิทยาลัยต่างๆ ต้องการตัว โดยเสนอเงินเดือนสูงให้ไปทำงานด้วย Rutherford จึงตัดสินใจไปทำงานที่มหาวิทยาลัย Manchester ในอังกฤษ เพราะอังกฤษ คือ ศูนย์กลางการวิจัยฟิสิกส์ในขณะนั้น

       เมื่ออายุ 33 ปี Rutherford ได้เขียนตำราเล่มแรก ชื่อ Radioactivity และเมื่อ Lord Rayleigh (หรือ William Strutt Raylergh) พิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ และ William Ramsey ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ในปี 2447 Rutherford บอกเพื่อนๆ ว่า ในอีก 10 ปี เขาก็จะได้บ้าง แต่เขาคาดผิด เพราะเวลาผ่านไปแค่ 4 ปี เขาก็ได้รางวัลโนเบลแล้วแต่ในสาขาเคมี ไม่ใช่ฟิสิกส์

       เมื่อ อายุ 36 ปี Rutherford ได้เป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Manchester และได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2451 ขณะอายุ 37 ปี จากผลงานการศึกษาการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีซึ่งได้แก่ เรเดียม รางวัลนี้ทำให้มหาวิทยาลัย Manchester ที่มี Rutherford ทำงานประจำมีชื่อเสียงโด่งดังพอๆ กับมหาวิทยาลัย Cambridge ที่มี J.J. Thomson โดย Rutherford ได้พบว่าในการสลายตัวของอะตอมนั่นแสดงว่าอะตอมไม่เสถียร และจะแตกตัวอย่างรุนแรง ทำให้อะตอมที่เหลือมีมวลน้อยลง และมีสมบัติเคมีแตกต่างจากเดิม จากนั้นอะตอมที่เหลือจะสลายตัวต่อ กระบวนการสลายตัวจึงเป็นลำดับและมีกัมมันตรังสีแผ่ออกมาด้วยทุกขั้นตอน

       เพราะ กัมมันตรังสีชนิดเบตา (beta) คือ อิเล็กตรอนที่ JJ. Thomson พบ แต่ธรรมชาติที่แท้จริงของกัมมันตรังสีชนิดแอลฟ่า (alpha) นั้นลึกลับกว่า Rutherford จึงศึกษาประเด็นนี้

       ในปี 2447 Rutherford ได้พบว่าเมื่อเขานำสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมากระทำต่อรังสีแอลฟา รังสีจะเบนไปในทิศที่แสดงว่า มันเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก และอนุภาคแอลฟาจากธาตุกัมมันตรังสีทุกชนิดมีอัตราส่วนของประจุ/มวล เท่ากันหมด ทั้ง ๆ ที่อนุภาคแอลฟาจากอะตอมทั้งหลายมีความเร็วไม่เท่ากัน การทดลองนี้จึงแสดงให้ Rutherford เห็นว่า อนุภาคแอลฟามีประจุ +2 และมีมวล 4 เท่าของอะตอมไฮโดรเจน Rutherford จึงคิดว่า แอลฟา คือ อะตอมของฮีเลียมที่ปราศจากอิเล็กตรอน 2 ตัว

       ในการ ศึกษาธรรมชาติของแอลฟาที่มหาวิทยาลัย Manchester นั้น Rutherford มีผู้ช่วยชื่อ Hans Geiger ผู้ซึ่งได้ออกแบบเครื่องตรวจจับอนุภาคเครื่องแรกของโลกที่ใช้จับอนุภาคแอลฟา แล้วนับจำนวน ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า แอลฟามีประจุ +2 และเมื่อ Rutherford นำเรเดียมใส่ในภาชนะแก้วที่มีผนังบาง เพื่อให้อนุภาคแอลฟาทะลุผ่านไปได้ และภาชนะแก้วนี้บรรจุอยู่ในภาชนะแก้วอีกใบหนึ่งที่มีผนังหนากว่า จนอนุภาคแอลฟาทะลุผ่านไม่ได้ และให้ที่ว่างระหว่างภาชนะทั้งสองเป็นสุญญากาศ Rutherford ก็ได้พบว่า เมื่อเวลาผ่านไปนาน ๆ แก๊สที่อยู่ระหว่างภาชนะแก้วทั้งสอง คือ ฮีเลียม เพราะเวลาเขานำแก๊สไปวิเคราะห์สเปกตรัม เขาได้เห็นสเปกตรัมของฮีเลียม

       และ เมื่อเวลาผ่านไปนาน เส้นสเปกตรัมก็ยิ่งชัดขึ้นๆ เขาจึงรู้ว่าแก๊สฮีเลียมนั้นเกิดจากอนุภาคแอลฟาที่ได้รับอิเล็กตรอนจากแก้ว มา และ Rutherford ก็ได้นำความรู้เรื่องธรรมชาติของอนุภาคแอลฟาไปบรรยายในงานรับรางวัล Nobel ในปี 2451 เรื่อง “The Chemical Nature of the Alpha Particles from Radioactive Substances” และเอ่ยแถมว่า ไม่เพียงแต่สารกัมมันตรังสีเท่านั้นที่เปลี่ยนสภาพ แม้แต่ตนเองก็เปลี่ยนสภาพจากนักฟิสิกส์เป็นนักเคมี ได้เร็วยิ่งกว่าสารที่ตนศึกษาเสียอีก จากนั้น Rutherford ก็ได้กล่าวสรุปว่า การศึกษากัมมันตรังสีจะทำให้มนุษย์เข้าใจธรรมชาติของอะตอม

Ernest Rutherford ผู้พบโปรตอน และเป็นบุคคลแรกที่เล่นแร่แปรธาตุได้สำเร็จ

ความคิดเห็น