ช่วงต้นศตวรรษที่ 20 วงการฟิสิกส์เกิดความก้าวหน้าที่สำคัญเป็นระยะ ในปี ค.ศ.1932 เจมส์ แชดวิก (James Chadwick) ค้นพบอนุภาคนิวตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่เป็นไม่มีประจุไฟฟ้าและอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลในอีก 3 ปีต่อมา

แต่ก็มีคำถามสำคัญว่าอนุภาคนิวตรอนกับโปรตอนอยู่ด้วยกันในนิวเคลียสของอะตอมได้อย่างไร (ยกเว้นอะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีโปรตอนเพียงตัวเดียว) เพราะโปรตอนมีประจุเป็นบวก ส่วนนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้า

ดังนั้น นิวเคลียสจึงไม่ควรมีเสถียรภาพ เพราะแรงผลักทางไฟฟ้าอันมหาศาลระหว่างโปรตอนด้วยกันเองซึ่งอยู่ใกล้ชิดกันมาก น่าจะทำให้นิวเคลียสแตกกระจายออกไป

ในปี ค.ศ.1934 ยุกะวะ ฮิเดกิ (Yukawa Hideki) นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นเสนอแนวคิดซึ่งตีพิมพ์เผยแพร่ในปีต่อมาว่า แรงที่ยึดเหนี่ยวโปรตอนและนิวตรอนน่าจะเกิดจากอนุภาคที่แลกเปลี่ยนกันไปมาระหว่างโปรตอนกับนิวตรอน

อาจเปรียบแบบง่ายๆ โดยคิดถึงภาพของคน 2 คน ต่างคนต่างยื้อดึงลูกบอลเข้าหาตัว ทำให้ดูเหมือนว่าทั้งคู่ถูกยึดเหนี่ยวให้อยู่ใกล้ๆ กัน โดยลูกบอลเปรียบเสมือนอนุภาคแลกเปลี่ยนนั่นเอง

ตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคแลกเปลี่ยนนี้เกิดจากพลังงานค่าหนึ่งที่ได้มาจากความว่างเปล่า แต่มันก็จะสลายตัวไปในช่วงเวลาสั้นมากๆ ช่วงเวลาที่อนุภาคนี้คงตัวอยู่จะแปรผกผันกับค่าพลังงานตามหลักความไม่แน่นอนของไฮเซินแบร์ก

นักฟิสิกส์เรียกอนุภาคที่เกิดขึ้นแล้วหายไปอย่างรวดเร็วราวกับผีหลอกนี้ว่า อนุภาคเสมือน (virtual particle) ครับ

น่าสังเกตว่าธรรมชาติยอมให้มีการละเมิดหลักการอนุรักษ์พลังงานได้ในช่วงเวลาสั้นมากๆ

นี่คือ ความน่าอัศจรรย์ชวนฉงนอย่างหนึ่งของฟิสิกส์ควอนตัมที่ไม่อาจเข้าใจได้ด้วยฟิสิกส์คลาสสิคหรือสามัญสำนึก

ยุกะวะสมมุติต่อไปว่าอนุภาคนี้เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วใกล้แสง ดังนั้น ระยะทางที่อนุภาคเคลื่อนที่ได้จึงเท่ากับอัตราเร็วแสงคูณกับเวลาที่มันดำรงอยู่

ทั้งนี้ การทดลองทางนิวเคลียร์ฟิสิกส์แสดงให้เห็นว่าระยะดังกล่าวมีค่าประมาณ 2 x 10-15 เมตร และเมื่อใช้ความสัมพันธ์ระหว่างสสาร-พลังงานตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ ก็จะสามารถคำนวณค่ามวลของอนุภาคเสมือนได้ว่ามีค่าประมาณ 1.76 x 10-28 กิโลกรัม

มวลของอนุภาคเสมือนที่คำนวณได้นี้มากกว่ามวลของอิเล็กตรอนราว 200 เท่า แต่ก็ยังน้อยกว่ามวลของโปรตอนราว 10 เท่า อนุภาคเสมือนดังกล่าวจึงได้ชื่อว่า เมซอน (meson)

คำว่า meson มาจากคำว่า mesos ในภาษากรีก ซึ่งหมายถึง ตรงกลาง บ่งว่าอนุภาคนี้มีมวลอยู่ตรงกลางระหว่างมวลของอิเล็กตรอนกับโปรตอน

ไม่กี่ปีถัดมา คือในปี ค.ศ.1937 ก็มีเรื่องตื่นเต้น เพราะการทดลองเกี่ยวกับรังสีคอสมิกทั้งในสหรัฐอเมริกาและในญี่ปุ่น ค้นพบอนุภาคที่มีมวลในระดับเดียวกับที่ยุกะวะ ฮิเดกิ ทำนายไว้ ทำให้เขามีชื่อเสียงเป็นที่รู้จักกันในวงการฟิสิกส์ทั่วโลก นักฟิสิกส์ในประเทศต่างๆ เช่น สหราชอาณาจักร และญี่ปุ่น ต่างก็พยายามต่อยอดทฤษฎีของเขาออกไป

แต่ทว่า…เมื่อการศึกษาก้าวหน้าขึ้นก็พบว่าอนุภาคเสมือนที่ทำนายไว้และอนุภาคที่ตรวจจับได้ในรังสีคอสมิกเป็นอนุภาคต่างชนิดกัน

พอถึงปี ค.ศ.1942 ก็เริ่มมีแสงสว่าง นักวิทยาศาสตร์สองคนในทีมวิจัยของยุกะวะทำนายว่าอนุภาคที่ตรวจจับได้ในรังสีคอสมิกเกิดขึ้นจากการสลายตัวของอนุภาคที่ยุกะวะทำนาย

ถัดมาอีก 5 ปี คือ ค.ศ.1947 ทีมวิจัยของสหราชอาณาจักรนำโดย เซซิล พาวเวลล์ (Cecil Powell) ก็ทำการทดลองตรวจสอบพบว่าอนุภาคของยุกะวะมีอยู่จริงในรังสีคอสมิก และเรียกมันว่า พาย-เมซอน (pi-meson) และอนุภาคนี้เองที่สลายตัวไปทำให้เกิดอนุภาคที่ตรวจพบได้ในปี ค.ศ.1937

ทั้งนี้ ในอีก 1 ปีต่อมา เครื่องเร่งอนุภาคในสหรัฐอเมริกาก็สามารถสร้างอนุภาคที่ยุกะวะทำนายไว้ขึ้นมาได้สำเร็จ

เมื่ออนุภาคที่ยุกะวะทำนายไว้นี้ตรวจพบได้ทั้งในธรรมชาติ (ในรังสีคอสมิก) และสามารถสังเคราะห์ขึ้นมาได้ (โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาค) จึงทำให้ยุกะวะ ฮิเดกิ ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ.1949 เขายังเป็นชาวญี่ปุ่นคนแรกที่ได้รับรางวัลโนเบลอีกด้วย

ส่วนเซซิล พาวเวลล์ ก็ได้รับรางวัลโนเบลในปีถัดมา คือ ค.ศ.1950 สำหรับ “การพัฒนาวิธีการถ่ายภาพสำหรับการศึกษากระบวนการทางนิวเคลียน์และการค้นพบของเขาเกี่ยวกับอนุภาคเมซอนโดยใช้วิธีการนี้”

ชื่อเดิมของยุกะวะ ฮิเดกิ คือ โอกะวะ ฮิเดกิ (Ogawa Hideki) เขาเกิดที่โตเกียวในปี ค.ศ.1907 มีพี่สาว 2 คน พี่ชาย 2 คน และน้องชายอีก 2 คน พ่อของเขาคือ โอกะวะ ทะกุจิ (Ogawa Takuji) ซึ่งเป็นอาจารย์ด้านภูมิศาสตร์และธรณีวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยเกียวโต

เขาเปลี่ยนนามสกุลจากโอกะวะไปเป็นยุกะวะตอนแต่งงาน สาเหตุก็คือ พี่น้องฝั่งเจ้าสาวไม่มีผู้ชาย ในขณะที่พี่น้องฝั่งตัวเขาเองมีผู้ชายหลายคน ตามธรรมเนียมแล้วคุณพ่อตาจึงรับเขาเป็นบุตร (ชาย) บุญธรรม

ในวัยเยาว์ก่อนเข้าเรียนระดับประถม คุณปู่ของเขาสอนปรัชญาขงจื่อให้ ส่วนคุณพ่อซึ่งเป็นนักอ่าน ก็มีคลังหนังสือให้เขาเลือกอ่าน คุณแม่ก็หาซื้อนิตยสารให้ เพื่อนๆ ก็ให้ยืมหนังสือสำหรับเด็ก พอเข้าช่วงวัยรุ่นคือราวมัธยมต้น เขาก็อ่านปรัชญาเต๋า เช่น ปรัชญาของจวงจื่อ ซึ่งมีอิทธิพลต่อเขาตลอดชั่วชีวิต

มีเรื่องเล่าว่าเขาเรียนคณิตศาสตร์ได้ดีเยี่ยม แต่ครั้งหนึ่งครูบอกว่าเขาทำผิด เหตุเพราะเขาใช้วิธีการอื่นที่ครูไม่ได้สอนในการพิสูจน์ทฤษฎีบท ว่ากันว่าเรื่องนี้ทำให้เขาเบี่ยงเบนความสนใจจากคณิตศาสตร์ และต่อมาไปโฟกัสที่ฟิสิกส์แทน

ในวัยเพียง 17 ปี เขาก็ซื้อหนังสือ The Quantum Theory มาอ่าน เล่มนี้เขียนโดยนักฟิสิกส์เยอรมัน ชื่อ ฟริตซ์ ไรช์ (Fritz Reiche)

ยุกะวะ ฮิเดกิ มีชีวิตอยู่ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง จึงมีเหตุกระทบกับงานที่เขาทำอย่างเลี่ยงไม่ได้ ในปี ค.ศ.1943 รัฐบาลญี่ปุ่นต้องการทุ่มสรรพกำลังในการสงคราม จึงมีนโยบายว่าเป้าหมายสูงสุดของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ต้องเป็นไปเพื่อเอาชนะสงครามเท่านั้น และนักวิจัยญี่ปุ่นทุกคนต้องดำเนินการตามนโยบายนี้

เขาจึงจำใจเข้าร่วมงานกับกองทัพเรือของญี่ปุ่นในการหาการใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ที่ได้จากแร่ยูเรเนียม แต่ญี่ปุ่นไม่มีเหมืองแร่ยูเรเนียม และการวิจัยถูกยกเลิกเนื่องจากญี่ปุ่นแพ้สงครามไปก่อน จึงอาจพูดได้ว่าตัวเขาเองไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับสงครามโดยตรง

ในทางกลับกัน ภายหลังสงครามโลกจบลงไม่นาน ในเดือนตุลาคม ค.ศ.1945 เขาเขียนบทความชื่อ “ความคิดอันเงียบสงัด” ลงในนิตยสารรายสัปดาห์ ข้อความตอนหนึ่งว่า

“การที่เป้าหมายของชาติและวิธีการบรรลุซึ่งเป้าหมายนั้นจะมีเหตุผลสมควรได้รับการสนับสนุน ทั้งเป้าหมายและวิธีการจักต้องสอดรับกับความก้าวหน้าของสวัสดิภาพของมนุษยชาติโดยรวม”

เมื่อเป็นดังนี้ ยุกะวะ ฮิเดกิ จึงสรุปว่า

“จากการไล่ลำดับนับตั้งแต่ปัจเจกบุคคล ครอบครัว สังคม ชาติและโลก นับเป็นเรื่องผิดพลาดอย่างยิ่งที่จะอ้างถึงชาติแต่เพียงอย่างเดียวและถือว่ามันมีอำนาจชี้ถูกชี้ผิดสูงสุด”

 

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022