หลังกำเนิดโครงการแมนฮัตตันเพื่อสร้างระเบิดอะตอมของสหรัฐอเมริกาอย่างเป็นทางการเพียงสามเดือน อาเทอร์ คอมป์ตัน (Arthur Compton) หัวหน้าโครงการ “เอกซ์” (“X” project) โทรศัพท์ถึง เจมส์ บี. โคแนนต์ (James B. Conant) ประธานกรรมการวิจัยการป้องกันประเทศแห่งชาติ (National Defense Research Committee) รายงานอย่างระมัดระวังเป็นรหัสว่า “นักเดินเรืออิตาลีเพิ่งเดินทางถึงแผ่นดินใหม่”
โคแนนต์ถามอย่างตื่นเต้นว่า “แล้วคนพื้นเมืองเป็นอย่างไร?”
คอมป์ตันตอบว่า “เป็นมิตรมาก”
หลังจากนั้น โครงการแมนฮัตตันก็เดินหน้าอย่าง “ถูกทาง” แล้วระเบิดอะตอมหรือระเบิดปรมาณูลูกแรกของโลก ก็ได้แสดงฤทธิ์เดชให้เห็นวันที่ 16 กรกฎาคม ค.ศ. 1945 กับปฏิบัติการ “ทรินิตี” (Trinity)
วันนี้วันเสาร์ที่ 22 มีนาคม ค.ศ. 2025 ย้อนหลังไป 63 ปีก่อน และย้อนหลังไปอีก 7 วัน คือ วันเสาร์ที่ 15 มีนาคม ค.ศ. 1962 อาเทอร์ คอมป์ตันได้จากโลกไปอย่างไม่มีวันกลับ “เชื่อ คิดและทำ อย่างวิทยาศาสตร์” วันนี้ ขอนำท่านผู้อ่านไปร่วมรำลึกถึง อาเทอร์ คอมป์ตัน ไปรู้จักบางส่วนตัวตนของเขา ไปดูผลงานวิทยาศาสตร์สำคัญ และบทบาทของเขาในโครงการแมนฮัตตัน รวมทั้งบางส่วนเรื่องราวที่สำคัญของ “นักเดินเรืออิตาลี” ที่คอมป์ตันกล่าวถึงในโทรศัพท์กับโคแนนต์ ซึ่งก็คือ เอ็นริโค เฟอร์มี (Enrico Fermi) นักฟิสิกส์ผู้มีบทบาทสำคัญที่สุดคนหนึ่งในสงครามโลกครั้งที่สอง
อาเทอร์ คอมป์ตัน ก่อนจะเป็นนักฟิสิกส์
...
ในบรรดานักวิทยาศาสตร์แห่งศตวรรษที่ยี่สิบ อาเทอร์ คอมป์ตัน ไม่โด่งดังหรือเป็นที่รู้จักกันมากเท่า ไอน์สไตน์, เวิร์นเนอร์ ไฮเซนเบิร์ก (Werner Heisenberg) หรือ สตีเฟน ฮอว์คิง แต่สำหรับวงการวิทยาศาสตร์แล้ว คอมป์ตันเป็นนักวิทยาศาสตร์สำคัญคนหนึ่งของโลก
คอมป์ตัน เป็นนักฟิสิกส์อเมริกัน เกิดวันที่ 10 กันยายน ค.ศ. 1892
ก่อนจะเดินหน้าเข้าสู่ถนนสายฟิสิกส์ คอมป์ตัน สนใจดาราศาสตร์กับเรื่องการบิน
สำหรับเรื่องดาราศาสตร์ ขณะมีอายุ 12 ปี คอมป์ตันได้อ่านหนังสือดาราศาสตร์ แล้วก็ “ตกหลุมรัก” ดาราศาสตร์ทันที
โดยกล้องโทรทรรศน์ส่วนตัว คอมป์ตันถ่ายภาพปรากฏการณ์ในท้องฟ้า กลุ่มดาว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ดาวหางฮัลเลย์ ที่คอมป์ตันถ่ายภาพเอาไว้ด้วยกล้องถ่ายรูปที่เขาทำเอง
ดาวหางฮัลเลย์เป็นดาวหางที่แวะเวียนมาเยือนโลกเป็นประจำทุก 70-80 ปี
เมื่อดาวหางฮัลเลย์มาเยือนโลกครั้งก่อนล่าสุด ในปี ค.ศ. 1910 ก็ถูกถ่ายภาพเป็นครั้งแรกโดยคนบนโลก รวมทั้ง คอมป์ตัน หนุ่มอายุ 18 ปีด้วย และภาพถ่ายดาวหางฮัลเลย์นั้น ก็เป็น “สมบัติส่วนตัวมีค่าที่สุด” ของคอมป์ตันตลอดชั่วชีวิต
สำหรับเรื่อง เครื่องบินกับการเป็นนักบิน!
คอมป์ตันตื่นเต้นกับข่าวความสำเร็จของสองพี่น้องตระกูลไรต์ (Wright Brothers) ที่ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์การบินของมนุษย์ กับเครื่องบินที่สร้างขึ้นเองเมื่อปี ค.ศ. 1903
ถึงปี ค.ศ. 1909 คอมป์ตันก็สร้างเครื่องร่อนของตนเอง มีปีกสามชั้น ความยาวปีกสองด้าน 8.2 เมตร ตัวเครื่องร่อนยาว 3.7 เมตร สร้างด้วยวัสดุเป็นไม้ ผ้า และสายเปียโน ใช้เงินทั้งหมด 35 ดอลลาร์ จากเงินรับจ้างทำงานให้กับครอบครัวเพื่อนบ้าน และก็ทำการทดลองบินด้วยตนเอง...อย่างประสบความสำเร็จ
แต่ความฝันของเรื่องการสร้างเครื่องบินและการเป็นนักบินของคอมป์ตันก็ต้องยุติลง เพราะความกังวลของคุณพ่อคุณแม่ และในที่สุด คอมป์ตันก็ยอมยุติความฝันเรื่องเกี่ยวกับเครื่องบินและการบินของเขา ด้วยการ “เผา” เครื่องร่อนของเขา
อย่างไรก็ตาม คอมป์ตันก็ได้เขียนบทความเกี่ยวกับ “การบิน” สองบทความ ตีพิมพ์ในวารสาร FLY และวารสาร Aeronautics และก็ได้เขียนจดหมายซึ่งได้รับการลงตีพิมพ์ในวารสาร Scientific American
คอมป์ตันกับความเป็นอนุภาคของแสง
หลังประสบการณ์เกี่ยวกับเครื่องร่อนและการบิน คอมป์ตันก็หันกลับมาสนใจวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฟิสิกส์
แต่ก่อนจะหันมาเดินบนถนนสายฟิสิกส์อย่างจริงจัง คอมป์ตันก็มี “สองทางเลือก” ที่เขาสนใจ
หนึ่ง: ตามถนนสายการเผยแพร่ศาสนา คือ การเป็น “มิชชันนารี”
สอง: ศึกษาต่อทางฟิสิกส์ถึงระดับสูงสุด คือ ปริญญาเอก
คุณพ่อของคอมป์ตันเห็นแวววิทยาศาสตร์ของลูก ได้แนะนำว่า การรับใช้พระเจ้า มิใช่มีทางเดียว คือ การเป็นมิชชันนารี การเป็นนักวิทยาศาสตร์ก็รับใช้พระเจ้าได้
...
และคอมป์ตันก็ “ฟัง” คุณพ่อ จึงเรียนต่อจนกระทั่งจบปริญญาเอกฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน ในปีค.ศ. 1916
ต่อจากนั้น คอมป์ตันก็เดินหน้าทำงานในการศึกษาวิจัยฟิสิกส์อย่างเต็มที่ และก็ได้สร้างผลงานสำคัญทางฟิสิกส์ไว้มากมาย ที่เด่นเป็นพิเศษ 2 อย่าง คือ ผลงานทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบล และผลงานที่ทำให้เขาได้ขึ้นปกนิตยสาร “TIME” ก่อนจะถึงบทบาทของเขาในโครงการแมนฮัตตัน ที่กล่าวถึง “นักเดินเรืออิตาลี” นำเรื่องของเราวันนี้
คอมป์ตัน ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี ค.ศ. 1927 สำหรับผลงานที่เรียกกันว่า “Compton effect” (ปรากฏการณ์คอมป์ตัน) หรือ “Compton scattering” (การกระเจิงคอมป์ตัน) ซึ่งเป็นผลงานในปี ค.ศ. 1923 ของเขา เกี่ยวข้องกับการกระเจิง (scattering) ของรังสีเอกซ์ เมื่อชนกับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เช่น อิเล็กตรอน เป็นผลงานที่ช่วยยุติข้อถกเถียงที่มีมานาน ตั้งแต่ยุคสมัยของนิวตัน ว่า แสง เป็นคลื่นหรืออนุภาคกันแน่?
ความเข้าใจที่มีตลอดมาก่อนนิวตันเสียอีกก็คือ แสงเป็นคลื่น แต่นิวตันได้เสนอความคิดที่ถือว่าแปลกประหลาดมาก คือ แสงมีสมบัติเป็นอนุภาคด้วย...
แต่นิวตันก็ไม่มีหลักฐานที่จะยืนยันความคิดของเขา
แม้แต่ไอน์สไตน์ ในการเสนอทฤษฎีปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริก (photoelectric effect) ในปี ค.ศ. 1905 ซึ่งเป็นผลงานทำให้ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี ค.ศ. 1921 ถึงแม้จะใช้ความคิดว่าแสงเป็นอนุภาค โดยไอน์สไตน์เรียกว่า light quantum หรือ ควอนตัมแสง ไอน์สไตน์ก็ไม่อธิบายชัดเจนเรื่องความเป็นอนุภาคของแสง
...
จนกระทั่งถึง “ปรากฏการณ์คอมป์ตัน” ที่คอมป์ตันเสนอชัดเจนว่า แสง (หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารังสีเอกซ์) มีสมบัติเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค โดยอนุภาคของแสงมีชื่อเรียกว่า โฟตอน (photon) ตามคำเสนอของ กิลเบิร์ต เอ็น. ลูอิส (Gilbert N. Lewis) เมื่อปี ค.ศ. 1926 และวงการวิทยาศาสตร์ก็ “รับ” คือ ใช้คำ “โฟตอน” แทน “ควอนตัมแสง” ของไอน์สไตน์ต่อ ๆ กันมา
คอมป์ตันกับรังสีคอสมิก
หลังได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ คอมป์ตันก็เริ่มหันกลับไปหาดาราศาสตร์อีก แต่เจาะจำเพาะเป็นพิเศษเรื่องรังสีคอสมิก
...
ในช่วงเวลานั้น วงการวิทยาศาสตร์ทราบแต่เพียงว่า จากอวกาศ มีรังสีเรียกรังสีคอสมิก ซึ่งมีพลังงานสูง แต่ไม่ทราบว่า จริงๆ แล้วคืออะไร? มาจากไหน?
คอมป์ตันศึกษารังสีคอสมิกอย่างจริงจัง เขาและทีมงานเดินทางไปหลายตำแหน่งทั่วโลก คือ ยุโรป, อินเดีย, เม็กซิโก, เปรู และออสเตรเลีย เพื่อตรวจวัดรังสีคอสมิกทั้งบนผิวโลกและในระดับความสูงต่างๆ โดยทางเครื่องบินและบัลลูน
จากข้อมูลของคอมป์ตันเอง รวมกับข้อมูลจากกลุ่มอื่นๆ ทั่วโลก คอมป์ตันก็ได้ข้อมูลความรู้โดยภาพรวมว่า รังสีคอสมิกมีความเข้มข้นที่ขั้วโลกทั้งเหนือและใต้สูงกว่าที่แถบแนวเส้นศูนย์สูตร 15%
คอมป์ตันสรุปผลจากการศึกษาว่า รังสีคอสมิกประกอบด้วยอนุภาคมีประจุไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โปรตอนเป็นส่วนใหญ่ และการที่รังสีคอสมิกมีความเข้มที่บริเวณขั้วโลกทั้งสองสูง ก็เป็นตามสภาพลักษณะของสนามแม่เหล็กโลกเรียก แมกนีโตสเฟียร์ (magnetosphere) ที่มีลักษณะคล้ายผลแอปเปิลส่วนหัวและท้ายบุ๋มที่ขั้วโลกเหนือและใต้ ตามขั้วของแม่เหล็กโลก
ข้อสรุปของคอมป์ตันนี้ เป็นประเด็นขัดแย้งใหญ่ทีเดียวเวลานั้นสำหรับเรื่องของรังสีคอสมิก เพราะผู้ตั้งคำว่า “cosmic ray” หรือ “รังสีคอสมิก” คือ โรเบิร์ต มิลลิแกน (Robert Millikan) ในปี ค.ศ. 1925 และเป็นคนแรกๆ ที่วัดหรือตรวจจับรังสีคอสมิกอย่างละเอียด สรุปผลการศึกษาออกมาว่า รังสีคอสมิกประกอบด้วยรังสีแกมมาเป็นส่วนใหญ่...
และมิลลิแกนก็แสดงความคิดเห็นอย่างชัดเจน ขัดแย้งกับคอมป์ตัน
ในที่สุด ข้อโต้แย้งระหว่างคอมป์ตันกับมิลลิแกนก็ยุติลง เมื่อมหาวิทยาลัยวอชิงตันจัดให้มีการบรรยายพิเศษโดยคอมป์ตันเกี่ยวกับรังสีคอสมิก ในวันที่ 1 มกราคม ค.ศ. 1936 โดยมีผู้สนใจเข้าฟังการบรรยายพิเศษนี้เต็มห้อง และล้นออกมานอกห้องบรรยาย
ที่สำคัญ มิลลิแกนเป็นหนึ่งในผู้เข้าฟังการบรรยายด้วย
คอมป์ตันสรุปย้ำผลการศึกษาของเขาอย่างมั่นใจว่า รังสีคอสมิก ประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนพลังงานสูงถึงประมาณหรือกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ และมิลลิแกนก็ “ไม่โต้แย้ง” ข้อสรุปของคอมป์ตันอีก ดังที่เคยทำมา
ผลจากการบรรยายที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันนั้น ทำให้นิตยสาร TIME นำภาพถ่ายของคอมป์ตันพร้อมกับเครื่องตรวจวัดรังสีคอสมิกของเขาขึ้นปกฉบับวันที่ 13 มกราคม ค.ศ. 1936 พร้อมสกู๊ปพิเศษ “Cosmic Clearance” หรือ “ความกระจ่างคอสมิก” โฟกัสที่บทสรุปเกี่ยวกับรังสีคอสมิกของคอมป์ตัน โดย TIME ก็ระบุด้วยว่า มิลลิแกนก็ได้ร่วมฟังโดยไม่คัดค้าน!
แล้วในปัจจุบัน รังสีคอสมิกคืออะไร? มาจากไหน? อันตรายต่อชีวิตบนโลกหรือไม่?
คำตอบอย่างเร็วๆ คือ รังสีคอสมิกประกอบด้วยอนุภาคมีประจุไฟฟ้า คือ โปรตอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงเกือบเท่าแสงเป็นส่วนใหญ่ (ประมาณ 90%) และอนุภาคชนิดอื่นๆ รวมทั้งรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์ โดยแหล่งที่มาของรังสีคอสมิกจะมาจากดวงอาทิตย์ จากกาแล็กซีทางช้างเผือก และจากกาแล็กซีอื่นๆ
ถึงแม้รังสีคอสมิกจะเป็นอนุภาคและรังสีมีพลังงานสูง แต่สำหรับชีวิตบนโลก ได้รับการปกป้องโดยบรรยากาศของโลกและสนามแม่เหล็กคือ แมกนีโตสเฟียร์ของโลก
คอมป์ตันกับนักเดินเรืออิตาลี
แล้วสงครามโลกครั้งที่สองก็ระเบิดขึ้นในปี ค.ศ. 1939 เมื่อฮิตเลอร์ส่งกองทัพนาซีบุกประเทศโปแลนด์
คอมป์ตันก็ต้องวางมือจากงานวิจัยบริสุทธิ์ไว้ก่อน เพราะถูกดึงตัวเข้ามาช่วยงานเพื่อการสงครามของสหรัฐอเมริกา ซึ่งในที่สุดก็คือ โครงการแมนฮัตตัน ที่มีจุดเริ่มต้นจากจดหมายของไอน์สไตน์ ลงวันที่ 2 สิงหาคม ค.ศ. 1939 ถึงประธานาธิบดีแฟรงคลิน ดี. รูสเวลต์ จนกระทั่งในที่สุด โครงการแมนฮัตตันจึงถูกตั้งขึ้นมาอย่างเป็นทางการวันที่ 13 สิงหาคม ค.ศ. 1942
งานแรกสำคัญของคอมป์ตันเกี่ยวกับอาวุธสงคราม คือ ได้รับการแต่งตั้งให้เป็นหัวหน้าคณะกรรมการพิเศษ ในเดือนเมษายน ค.ศ. 1941 เพื่อศึกษาและรายงานต่อคณะกรรมการวิจัยการป้องกันแห่งชาติ ความเป็นไปได้ของการสร้างอาวุธนิวเคลียร์โดยใช้ยูเรเนียม-235 หรือพลูโตเนียม
แล้วคอมป์ตันก็ได้พบและทำงานกับ “นักเดินเรืออิตาลี” คือ เอ็นริโค เฟอร์มี
เอ็นริโค เฟอร์มี เป็นชาวอิตาลี หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์คนสำคัญของโลกแห่งศตวรรษที่ยี่สิบ มีผลงานวิทยาศาสตร์สำคัญมากมาย เป็นนักฟิสิกส์รางวัลโนเบล ชื่อของเขาถูกนำไปตั้งเป็นชื่อของรางวัลสำคัญ (เช่น รางวัลเอ็นริโค เฟอร์มี : Enrico Fermi Award), ธาตุ (เฟอร์เมียม : fermium), กลุ่มอนุภาค (เฟอร์มิออน : fermion), ห้องแล็บ, เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์, กล้องโทรทรรศน์อวกาศ, หลักและกฎวิทยาศาสตร์ ฯลฯ
แต่วันนี้เราจะโฟกัส (อย่างเร็ว) เฉพาะผลงานของเฟอร์มีเกี่ยวกับโครงการแมนฮัตตันและคอมป์ตัน
เฟอร์มี เป็นนักฟิสิกส์ที่เก่งทั้งด้านทฤษฎีและการทดลอง คล้ายกับคอมป์ตัน
เมื่อเฟอร์มีเดินทางหนีออกมาจากอิตาลีในปี ค.ศ. 1938 เพราะภรรยามีเชื้อสายยิว เฟอร์มีก็มาพร้อมกับข่าวความเคลื่อนไหวเกี่ยวกับโครงการสร้างระเบิดอะตอมของเยอรมนี และก็ได้เข้าร่วมกับโครงการแมนฮัตตัน โดยเป็นหัวหน้าทีมคณะนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก มีภารกิจในการออกแบบและสร้างเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เพื่อสร้างปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุมได้...
ซึ่งเฟอร์มีก็ทำได้สำเร็จ เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์แรกของโลก ชื่อ CHICAGO PILE-1 (ชิคาโก ไพล์-1) ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ก็สร้างประวัติศาสตร์ เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ลูกโซ่ (nuclear chain reaction) ที่ควบคุมได้เป็นครั้งแรก...
แล้วในวันที่ 2 ธันวาคม ค.ศ. 1942 นั้น คอมป์ตันจึงรีบโทรศัพท์แจ้งความสำเร็จของเฟอร์มีแก่โคแนนต์...
และสำหรับเรื่องของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เฟอร์มีจึงได้ชื่อเป็น “ผู้จุดไฟปฏิกิริยานิวเคลียร์” หรือ “สถาปนิกแห่งเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์”
คอมป์ตันกับเฟอร์มีหลังสงครามโลกครั้งที่สอง
หลังสงครามโลกครั้งที่สอง คอมป์ตันกลับคืนสู่ชีวิตการสอนและศึกษาวิจัยวิทยาศาสตร์ และจากโลกไปเมื่อ 63 ปีกับ 7 วันก่อน ในวันที่ 15 มีนาคม ค.ศ. 1962 ขณะกำลังเตรียมการบรรยายพิเศษเป็นชุดที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย (University of California) ตอนที่สาม
เมื่อเปรียบเทียบกับเฟอร์มีแล้ว คอมป์ตันก็มีอายุยืนกว่าเฟอร์มี 13 ปี โดยที่เฟอร์มีจากโลกไปในวันที่ 20 พฤศจิกายน ค.ศ. 1954 ขณะมีอายุ 53 ปี ด้วยมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ ซึ่งเป็นผลจากการทำงานอย่างใกล้ชิดกับสารกัมมันตรังสีและเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นประจำ
ทำไมคอมป์ตันจึงมีอายุยืนกว่าเฟอร์มีมากทีเดียว ทั้งๆ ที่คอมป์ตันก็ทำงานอยู่กับสารกัมมันตรังสีและเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์เช่นเดียวกับเฟอร์มี?
คำตอบ คือ ถึงแม้คอมป์ตันจะทำงานกับสารกัมมันตรังสีและเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์เช่นเดียวกับเฟอร์มี แต่คอมป์ตันไม่คลุกคลีกับสารกัมมันตรังสีและเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างใกล้ชิดและเป็นประจำเท่าเฟอร์มี เนื่องจากงานของคอมป์ตันมากทีเดียวเป็นงานการบริหารจัดการ
อย่างแน่นอน เฟอร์มีรู้แก่ใจดีว่า การทำงานอย่างใกล้ชิดกับกัมมันตภาพรังสีเป็นอันตรายต่อตัวเขา และก็รวมถึงคนอื่นๆ ที่ช่วยงานเขาด้วย ซึ่งก็มีผู้ช่วยของเฟอร์มี 2 คนที่ต้องจบชีวิตจากการได้รับกัมมันตภาพรังสีมาก เช่นเดียวกับเฟอร์มี
แล้วทำไมเฟอร์มีจึงไม่ป้องกันตนให้ดีกว่าที่เขาทำอยู่?
คำตอบ คือ การเร่งรัดในภารกิจการสร้างระเบิดอะตอมให้ได้ก่อนนาซีเยอรมัน และวิธีการป้องกันอันตรายจากกัมมันตภาพรังสีก็เป็นเรื่องที่ใหม่มาก
แล้วเฟอร์มีกลัวอันตรายจากกัมมันตภาพรังสีหรือไม่?
มีบันทึกความคิดของเฟอร์มี สรุปได้อย่างชัดเจนว่า “กลัว! แต่งานและความรับผิดชอบสำคัญกว่า!”
สมมติว่าผู้เขียนและท่านผู้อ่านเป็นเฟอร์มีในสถานการณ์เดียวกับเฟอร์มี ผู้เขียนและท่านผู้อ่านจะยังเดินหน้าทำงานดังที่เฟอร์มีทำหรือไม่?
ผู้เขียนมีคำตอบของผู้เขียนอยู่แล้ว!
ท่านผู้อ่านล่ะครับ คำตอบของท่านคืออะไร?