เพ็ญสุภา สุขคตะ : หอนาฬิกาดาราศาสตร์กรุงเบิร์น กับทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของ ‘อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์’

เพ็ญสุภา สุขคตะ

ปี2019 นี้ถือว่าเป็นวาระครบรอบ 140 ปีชาตกาลของนักฟิสิกส์ชื่อก้องโลก “อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์” เพราะเขาเกิดเมื่อวันที่ 14 มีนาคม ค.ศ.1879 หากนับเป็นพุทธศักราชก็จะตรงกับปี 2422 ดิฉันใช้วิธีสร้างความจำให้กับตัวเองแบบง่ายๆ ก็คือเทียบเอาว่าไอน์สไตน์เกิดหลังครูบาเจ้าศรีวิชัย 1 ปี (ชาตะ 11 มิถุนายน 2421) เพราะปีที่แล้วเพิ่งครบรอบ 140 ปีชาตกาลของตนบุญท่านนี้

ดังนั้น เมืองต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับอัตชีวประวัติของไอน์สไตน์ทั่วยุโรป อเมริกา และเอเชีย (ทวีปหลังนี้ดิฉันหมายถึงประเทศอิสราเอลเพราะไอน์สไตน์เป็นชาวยิว) ได้พร้อมใจกันจัดงานร่วมรำลึกถึงเขาในฐานะ “หนึ่งในอัจฉริยบุคคลผู้พลิกโลก”

เช่นเดียวกับกรุงเบิร์นและกรุงซูริกในสวิตเซอร์แลนด์ สถานที่ที่หนุ่มน้อยอัลเบิร์ตมาใช้ชีวิตในช่วงวัยรุ่นร่วม 10 กว่าปีนั้น ก็ได้จัดกิจกรรมสดุดีผลงานชิ้นเยี่ยมที่ส่งผลให้เขาได้รับรางวัลโนเบล นั่นคือทฤษฎี E = mc2 อันลือลั่น

ในฐานะที่ตอนคิดค้นทฤษฎีนี้เขาได้แรงบันดาลใจมาจากหอนาฬิกาดาราศาสตร์ของกรุงเบิร์น

 

จบวิศวะไฟฟ้าที่ซูริก
เริ่มชีวิตในสำนักงานจดสิทธิบัตร

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ มาทำอะไรที่สวิตเซอร์แลนด์ ก็ไหนว่าเกิดที่เมืองอูล์ม ประเทศเยอรมนีไง ซึ่งประเทศนี้ถือเป็นอู่อารยธรรมที่มีความเจริญอย่างสูงสุดประเทศหนึ่งของยุโรป มีมหาวิทยาลัยชื่อดังมากมาย ไยไอน์สไตน์ยังต้องกระเสือกกระสนเร่ร่อนไปอาศัยในประเทศเล็กๆ เช่นสวิตเซอร์แลนด์อีกด้วยเล่า

การที่เขาต้องระหกระเหินทิ้งมาตุคามประเทศมหาอำนาจมาเป็นคนพลัดถิ่นในต่างแดน ก็เนื่องมาจากไอน์สไตน์เป็น “เสรีชนรักอิสระ” เขาไม่ศรัทธาการปกครองระบอบเผด็จการที่มีทหารเป็นผู้นำ เขาไม่พอใจการเหยียดหยามชาวยิวในสังคมคาทอลิก เขาไม่ต้องการเกณฑ์ทหาร เขาจึงปลอมใบรับรองแพทย์ว่าตัวเขาป่วยเป็นโรคร้ายเรียนต่อไม่ได้ และตัดสินใจถอนสัญชาติตัวเอง

ก่อนย้ายไปเป็นประชากรสวิส เขาหนีหัวซุกหัวซุนไปอยู่ที่เมืองเล็กๆ ชื่อ Pavia ในอิตาลีมาก่อนเยี่ยงคนไร้สัญชาติ ต้องหลบๆ ซ่อนๆ ผิดกฎหมาย

ในที่สุดจึงตัดสินใจไปศึกษาต่อระดับปริญญาตรีในประเทศที่เป็นกลางทางการเมืองเช่นสวิตเซอร์แลนด์
ค.ศ.1896 เขาสามารถสอบเข้าเรียนที่มหาวิทยาลัยในเมืองซูริก สาขาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยแห่งนี้มีชื่อเป็นภาษาเยอรมันอ่านค่อนข้างยากว่า Erdgenossische Technische Hochshule ใช้ตัวย่อง่ายๆ ว่า ETH (อ่าน เอเตฮา)

ปี 1899 เขายื่นขอสัญชาติสวิส เป็นพลเมืองสวิสอยู่ช่วงระยะเวลาหนึ่ง เกี่ยวกับเรื่องสัญชาติของไอน์สไตน์นี้ ต้องขออธิบายว่าแต่ละช่วงชีวิตเขาเปลี่ยนสัญชาติไปตามสถานการณ์ไม่มีการยึดติด เพราะต่อมาในวัยกลางคนเขาเป็นศาสตราจารย์มีชื่อเสียงกลับไปใช้ชีวิตที่มาตุภูมิเขาได้รับสัญชาติเยอรมันอีกครั้ง และจบลงด้วยการขอสัญชาติอเมริกันในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ยุคฮิตเลอร์ไล่ล่าฆ่าล้างเผ่าพันธุ์ชาวยิว ทำให้เขาต้องหนีมาตั้งรกรากในสหรัฐอเมริกา

อัลเบิร์ตเรียนจบปี 1900 สอบได้คะแนนเป็นลำดับที่ 4 จากนักศึกษาจำนวนเพียง 5 คน เนื่องจากเขาไม่ค่อยเข้าห้องเรียน ชอบค้นคว้าด้วยตัวเองมากกว่า

อาชีพวิศวกรไม่ใช่ว่าจะเปิดรับคนเข้าทำงานง่ายๆ ยิ่งได้คะแนนค่อนข้างต่ำเช่นเขา จึงเดินเตะฝุ่นอยู่นาน 2 ปี ทั้งๆ ที่วิทยานิพนธ์ของเขาทำเรื่องที่ยิ่งใหญ่ต่อโลกในเวลาต่อมาคือหัวข้อ “วิธีการค้นหาขนาดของโมเลกุล” ก็ตาม

ในที่สุดไปได้งานที่ไม่ตรงกับสาขาที่ร่ำเรียนมาเท่าใดนัก คือตำแหน่งช่างเทคนิคของสำนักงานสิทธิบัตรแห่งประเทศสวิตเซอร์แลนด์ (Swiss Patent Office) ตั้งอยู่ที่กรุงเบิร์น เป็นอัตราลูกจ้างประจำได้เงินเดือนน้อยนิด แต่อัลเบิร์ตทำงานที่นี่นานหลายปีด้วยความพอใจ เขาบันทึกไว้ว่า

“บางทีงานประจำที่เราไม่เต็มอิ่มกับมันมากนักก็มีผลดีเหมือนกัน เพราะอีกด้านหนึ่งมันช่วยผลักดันให้เราต้องทะเยอทะยานดิ้นรนค้นหาสิ่งใหม่ๆ มาเติมเต็มสิ่งที่ขาดอยู่เสมอ ข้าพเจ้ายังนึกไม่ออกเหมือนกันว่า หากข้าพเจ้าได้เป็นวิศวกรไฟฟ้าสมใจนึกแล้ว ข้าพเจ้ายังจะมีแรงกระสันอยากคิดอะไรแผลงๆ ด้วยความปรารถนาที่จะท้าทายตัวเองอยู่อีกหรือไม่?”

 

หอนาฬิกาดาราศาสตร์
แรงบันดาลใจแห่งทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ที่กรุงเบิร์น เมืองหลวงแห่งประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ช่วงที่ไอน์สไตน์ต้องทำงานในสำนักงานสิทธิบัตร เขาตัดสินใจซื้ออพาร์ตเมนต์เพื่อเป็นเรือนหออาศัยอยู่กับนักคณิตศาสตร์สาวรุ่นพี่ชื่อ มิเลวา มาริค (Mileva Marich) บนเนื้อที่ 60 ตารางเมตร เลขที่ 49 ถนนกรัมกรัสเซอ ปัจจุบันได้รับการอนุรักษ์ให้เป็น “พิพิธภัณฑ์บ้านไอน์สไตน์”

ทั้งคู่มีบุตรชายด้วยกัน 2 คนคือ ฮันส์ (Hans) และเอดูอาร์ดหรือเอ็ดเวิร์ด (Eduard) แต่ชีวิตคู่ของทั้งสองไม่ค่อยราบรื่นนักจนต้องหย่าร้างในเวลาต่อมา

จากอพาร์ตเมนต์หลังนั้น หากเรามุ่งหน้ามาตามถนนสายหลักใจกลางกรุงเบิร์นเพียง 200 เมตรก็จะพบกับ “หอนาฬิกาดาราศาสตร์” ขนาดใหญ่มีชื่อเฉพาะเป็นภาษาเยอรมันซึ่งอ่านยากเช่นเคยว่า Zytglogge-Fuhrung

หอนี้สร้างในยุคกลางเมื่อราว ค.ศ.1300

บันทึกของไอน์สไตน์กล่าวว่า ที่นี่แหละคือจุดที่สร้างแรงบันดาลใจให้เขาคิดค้นทฤษฎีสัมพัทธภาพสำเร็จอย่างแท้จริง

หลังจากที่เขานอนฟังเสียงลูกตุ้มและดนตรีของนาฬิกาตีดังสนั่นทุกๆ 15 นาที มาเป็นเวลานานกว่า 3 ปี
เสียงระฆังที่ตีซ้ำๆ เหมือนมนต์สะกดปลุกเสียงหัวใจชาวเมืองให้ตื่นตัวอยู่ทุกเมื่อเชื่อวัน

ใครจะเชื่อว่าในขณะเดียวกันเสียงนั้นยังช่วยปลุกพลังให้หนุ่มน้อยวัย 26 ถึงกับอดรนทนไม่ไหวต้องขอปีนหอคอยเข้าไปดูระบบกลไกการทำงานของมันบ่อยๆ ด้วยต้องการค้นหาความจริงว่า “เสียง” นั้นดังมาจากไหน และด้วยวิธีใด ทำไมแรกๆ จึงแรง และแผ่วปลาย

ภายในหอคอยทึบทะมึนก่อด้วยกำแพงหินหนา เขาเผชิญหน้ากับพนักงาน 2-3 คนที่ต้องช่วยกันดันสายพานเคลื่อนลูกตุ้มก้อนหินที่หนักหน่วง ให้ขึ้นไปสู่ยอดหอคอยที่สูงถึง 179 ฟุต (54.5 เมตร) ด้วยความแม่นยำห้ามพลาด เมื่อถึงจุดสูงสุดแล้ว พนักงานค่อยๆ ปล่อยลูกตุ้มลงอย่างช้าๆ ด้วยความระมัดระวัง ก่อให้เกิดแรงกระทบระหว่างก้อนหินกับปุ่มกลไกตามจุดต่างๆ

กลายเป็นเสียงระฆังที่คอยส่งสัญญาณนาฬิกาให้ดังขึ้นทุกๆ 15 นาทีที่ทุกคนได้ยิน

 

เขาเก็บความรู้นี้ไว้เป็นความลับ ครุ่นคิดซ้ำไม่หลับไม่นอน และยังไม่หนำใจ ความสงสัยอีกหลายเรื่องหลายประเด็นไม่เคยจางหาย

ไอน์สไตน์บันทึกไว้ในเย็นวันหนึ่งของเดือนพฤษภาคม 1905 (พ.ศ.2448) ขณะที่เขาอยู่เบื้องหน้าหอนาฬิกากรุงเบิร์น ด้วยคำถามที่ว่า

“จะเกิดอะไรขึ้นถ้ารถรางวิ่งออกจากจุดที่ตั้งของหอนาฬิกาด้วยความเร็วแสง ตราบที่ข้าพเจ้านั่งอยู่ในรถราง ข้าพเจ้าย่อมรู้สึกตัวว่านาฬิกานั้นยังคงเดินอยู่ แต่เมื่อมองย้อนกลับไปที่หอนาฬิกา ทำไมเวลาดูเหมือนจะหยุดลง”

เขาครุ่นคิดถึงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงาน แรงโน้มถ่วง มวลสาร เวลา และอวกาศ ที่มีปฏิกิริยาต่อกัน หกสัปดาห์ต่อมาเขาสามารถเขียนบทความสรุปเรื่อง “ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ” (Special Relativity Theory) นำเสนอตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ชั้นนำของเยอรมันชื่อ “อันนาเลินแดร์ฟือซิค” (Annalender Physik) หรือชื่อในภาษาอังกฤษว่าAnnals of Physics ฉบับเดือนมิถุนายนและกันยายนของปี 1905

ตรรกะทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษก็คือ หากวัตถุปลดปล่อยพลังงานออกมา มวลของวัตถุนั้นก็จะลดลงเป็นสัดส่วนกัน เขียนออกมาเป็นสมการ E = mc2

ทฤษฎีเดียวกันนี้ ทำให้ไอน์สไตน์ต้องเสียใจอย่างที่สุด นั่นคือได้มีการนำเอาสูตรดังกล่าวไปประยุกต์ใช้ในการทำระเบิดนิวเคลียร์ได้สำเร็จ จนสร้างความสูญเสียครั้งใหญ่หลวงให้กับมนุษย์ชาติชาวญี่ปุ่นที่เมืองฮิโรชิมาและนางาซากิ เมื่อรัฐบาลอเมริกันต้องการยุติสงครามโลกครั้งที่ 2

ในวาระครบรอบ 140 ปีชาตกาลของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ดิฉันขอร่วมรำลึกถึงเขา ด้วยการตอกย้ำเรื่องราวของ “หอนาฬิกาดาราศาสตร์แห่งกรุงเบิร์น” อยากฝากให้ใครก็ตามที่ได้มีโอกาสไปเยือนกรุงเบิร์น สวิตเซอร์แลนด์ เมืองนี้ไม่เพียงแต่จะมีพิพิธภัณฑ์บ้าน 4 ชั้น Einstien Haus Bern เท่านั้น

หากหอนาฬิกาที่ทุกคนไปมะรุมมะตุ้มมุงดูเจ้าตุ๊กตาหมีกับตัวตลกชุดสีทองชื่อเจ้า Chronos ตีกลองร่ายรำนั้น แท้ที่จริง สถานที่แห่งนี้คือแรงบันดาลใจอันใหญ่หลวงของการคิดค้นสูตร E = mc2 ให้แก่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

บทความก่อนหน้านี้การเมืองกล้วย-กล้วย-สิบทิศ / ฉบับประจำวันที่ 13-19 กันยายน 2562
บทความถัดไป“ช่อ” นั่งเก้าอี้ รองประธาน กมธ.กฎหมาย-ยุติธรรม ส่วน “โรม” นั่งตำแหน่ง โฆษกกมธ.