100 ปีมหัศจรรย์ (Miraculous Year) ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein)

ปีนี้ถือเป็นปีที่มีความสำคัญต่อวงการวิทยาศาสตร์ เนื่องจากโอกาสครบ 100 ปีมหัศจรรย์ (Miraculous Year) ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) โดยย้อนไปเมื่อ 100 ปีก่อน (ปี พ.ศ. 2448) อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ที่สร้างสรรค์ผลงานทางวิชาการถึง 5 ผลงาน ในระยะเวลาเพียง 4 เดือน ซึ่ง 3 ผลงานที่ปฏิวัติโลกคือ "ปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริก" (Photoelectric Effect) "การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน" (Brownian Motion) และ "ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ" (Special Theory of Relativity) วาระโอกาสครบ 100 ปีนี้เอง ทางองค์การศึกษา วิทยาศาสตร์ และวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติหรือยูเนสโก จึงได้ประกาศให้ปี พ.ศ.2548 เป็น "ปีฟิสิกส์สากล" (International Year of Physics)

"ปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริก" ของไอน์สไตน์ ผลงานไขปริศนา ว่าทำไมแสงจึงกระเด้งอิเล็กตรอนให้หลุดจากโลหะทั้งที่ไม่น่าจะเป็นไปได้อย่าง ทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่า แสงเป็นได้ทั้งอนุภาค และคลื่น ปรากฏการณ์โฟโตอิเลกทริก 1 ใน 3 ผลงานยิ่งใหญ่ ที่นำโลกเข้าสู่ยุคเทคโนโลยีไฮเทค่ รวมถึงเป็นพื้นฐานวิชา “กลศาสตร์ควอนตัม” ที่มีความสำคัญต่อการพัฒนาเทคโนโลยีโลกยุคใหม่อีกด้วย

"การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน" ไอน์สไตน์ ได้นำเสนอรายการในหัวข้อ “การเคลื่อนที่ของอนุภาคเล็กๆ ซึ่งแขวนลอยในของเหลวโดยอาศัยทฤษฎีจลน์โมเลกุลของความร้อน” (On the movement of small particles suspended in stationary liquids required by the molecular-kinetic theory of heat) ที่เกี่ยวกับการศึกษาเรื่องการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน (Brownian motion) ไอน์สไตน์ศึกษาเรื่องการเคลื่อนแบบบราวเนียน โดยที่เขาเองไม่ได้รู้รายละเอียดเกี่ยวกับผลการทดลองที่นักชีววิทยาเลย ในรายงานของเขานั้นเขียนเอาไว้ว่า เป็นการแสดงเนื้อหาเกี่ยวกับวัตถุขนาดเล็กที่สังเกตยากด้วยตาเปล่า และเคลื่อนไหวไปมาในน้ำอันเนื่องจากน้ำร้อน ซึ่งเป็นผลจากทฤษฎีพลังงานจลน์โมเลกุล อาจเรียกได้ว่าเป็น “การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนในระดับโมเลกุล” อย่างไรก็ดี ในรายงาน เท่าที่เขามีข้อมูลอยู่นั้นอาจจะไม่สมบูรณ์ และตัดสินได้ว่าเรื่องที่นำเสนอนั้นเป็นคำอธิบายในพฤติกรรมของสิ่งเล็กๆ ที่สร้างความฉงนให้กับเหล่านักชีววิทยา

"ทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษ" ผลงานของไอน์สไตน์อันลือเลื่องที่เปลี่ยนแนวคิดเรื่องเวลาและอวกาศของนักฟิสิกส์ ในยุคของกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันรุ่งโรจน์ พร้อมนำเสนอรายงาน 3 หน้าที่รวมสมการ E=mc2 ทฤษฏีสัมพัทธภาพมีนัยยะว่าเมื่อเพิ่มพลังงานให้มีความเร็ว มวลก็จะเพิ่มขึ้นด้วย จึงไม่มีอะไรจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสง

หลายคนคงรู้จักสมการ E=mc² ของ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) แต่จะมีใครทราบว่าสมการนี้ถือกำเนิดจากมันสมองของไอน์สไตน์ได้ 100 ปีแล้ว ก่อนที่ไอน์สไตน์จะให้กำเนิดทฤษฎีสัมพัทธภาพ โลกของนักฟิสิกส์ตั้งอยู่บนกฎการเคลื่อนของนิวตัน (Newton’s law of motion) และทฤษฎีปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของเจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวล (James Clerk Maxwell) กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันใช้ได้ดีกับเหตุการณ์ที่มีความเร็วในระดับที่เราพบเห็นในชีวิตประจำวัน แต่ไม่สามารถใช้ได้เมื่อสิ่งที่สังเกตมีความเร็วเข้าใกล้แสง จากความพยายามในการศึกษาเรื่องแสงซึ่งถือเป็นปรากฏการณ์กายภาพที่สำคัญอย่างหนึ่ง ของศาสตร์ทางฟิสิกส์เพราะแสงเป็นคลื่น พวกเขาเชื่อว่าแสงเคลื่อนที่ในตัวกลาง กล่าวคือถ้าเคลื่อนที่ไปในทิศเดียวกับแสง ความเร็วของแสงที่วัดได้ก็จะลดลง หากเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามจะวัดความเร็วแสงก็จะเพิ่มขึ้น ไอน์สไตน์จึงนำเสนอสมมติฐานใหม่ว่าความเร็วแสงมีค่าคงที่ และกฎต่างๆควรจะมีรูปแบบเหมือนกัน สำหรับผู้สังเกตทุกคนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอ ซึ่งถือว่าขัดแย้งความเชื่อของนักวิทยาศาสตร์ทุกคนในยุคนั้น ไอน์สไตน์ทำให้เราเข้าใจว่าเวลาไม่ใช่สิ่งสัมบูรณ์ที่ทุกคนจะวัดได้เท่ากัน และเมื่อแสงสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน 27 ก.ย. ไอน์สไตน์นำเสนอรายงานในหัวข้อ “จริงหรือไม่ที่ความเฉื่อยขึ้นอยู่กับพลังงานภายในของวัตถุ” (Does the inertia of a body depend on its energy content?) ซึ่งมีสมการ E=mc² อันโด่งดัง สมการนี้แสดงความสัมพัทธ์ระหว่างมวลและพลังงาน กล่าวคือ เมื่อให้พลังงานกับมวลเพื่อให้มีความเร็วเพิ่มขึ้น มวลนั้นก็จะมีค่าเพิ่มขึ้นด้วย จากทฤษฎีนี้ทำให้นำสู่ผลที่ว่าไม่มีอะไรเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสง

แม้ว่าไอน์สไตน์จะใช้เวลาเพียงแค่ 4 เดือน ในการสร้างผลงานปฏิวัติโลกด้วยผลงานเด่นๆ 3 ผลงาน คือ “ปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริก” (Photoelectric Effect) “การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน” (Brownian Motion) และทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แต่โลกต้องใช้เวลาเพาะบ่มเพื่อเข้าใจผลงานของเขายาวนานมาก ใช่ว่าไอน์สไตน์จะมีผลงานแค่ในปีมหัศจรรย์เท่านั้น ก่อนหน้านี้เขาก็ได้สร้างผลงานออกมา เพียงแต่ยังมีข้อบกพร่องอยู่บ้าง กระนั้นก็ตามผลงานเหล่านั้นมีบทบาทอย่างมากกับผลงานต่อๆ มาของเขา และในปี พ.ศ.2458 เขาได้เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General relativity theory)

สำหรับการฉลองครบรอบ 100 ปีมหัศจรรย์นั้น หลังจากสหภาพสากลแห่งฟิสิกส์บริสุทธิ์และประยุกต์ (The International Union of Pure and Applied Physics: IUPAP) ได้ประกาศให้ปีนี้เป็น “ปีแห่งฟิสิกส์โลก” (World Year of Physics) แล้ว และองค์กรวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติหรือยูเนสโก จึงได้ประกาศให้ปี พ.ศ.2548 เป็น “ปีฟิสิกส์สากล” (International Year of Physics) ทั่วโลกต่างก็ให้ความสำคัญในการจัดกิจกรรมเพื่อฉลองวาระสำคัญดังกล่าว โดยเน้นกิจกรรมที่มีสาระทางฟิสิกส์ของไอน์สไตน์เป็นสำคัญ

ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง
สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ
กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี