พอล ดิแรก นักฟิสิกส์อัจฉริยะจอมเงียบขรึมผู้ค้นพบการมีอยู่ของ “ปฏิสสาร”

พอล ดิแรก (Paul Dirac) เป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอังกฤษผู้มีส่วนสำคัญในการพัฒนาทั้งกลศาสตร์ควอนตัมและพลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม ได้รับการยกย่องในฐานะหนึ่งในบิดาของกลศาสตร์ควอนตัม ดิแรกคิดค้นสมการที่รวมทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเข้ากับสมการกลศาสตร์ควอนตัมได้สำเร็จเรียกว่าสมการดิแรก (Dirac Equation) และจากการแก้สมการนี้ทำให้เขาพบการมีอยู่ของ “ปฏิสสาร” เขาเขียนหนังสือThe Principle of Quantum Mechanics ซึ่งถือเป็น “คำภีร์ไบเบิล” ของวิชากลศาสตร์ควอนตัมมานานเกือบร้อยปีจนถึงปัจจุบัน และเขายังมีผลงานอื่นด้านฟิสิกส์อีกมากมายรวมทั้งเป็นผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ที่มีอายุน้อยที่สุดอีกด้วย ด้วยผลงานที่สำคัญมากมายดิแรกจึงได้รับการยกย่องเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์คนสำคัญที่สุดของศตวรรษที่ 20

 
เด็กน้อยต้องทนทุกข์จากพ่อเผด็จการ

paul-dirac-02

พอล ดิแรก เป็นชาวอังกฤษ เกิดเมื่อปี 1902 ที่เมืองบริสตอล พ่อเป็นชาวสวิสที่พูดภาษาฝรั่งเศสอพยพมาทำงานเป็นครูสอนภาษาฝรั่งเศสที่โรงเรียนในเมืองบริสตอล ส่วนแม่เป็นคนอังกฤษทำงานเป็นบรรณารักษ์ที่ห้องสมุดกลางของเมืองบริสตอล ในวัยเด็กดิแรกโตขึ้นมาบนความสับสนและถูกกดดันจนเป็นทุกข์ใจมาตลอด ทั้งๆที่เขาเกิดที่อังกฤษและมีแม่เป็นชาวอังกฤษแต่พ่อยังต้องการให้เขาเป็นชาวสวิสส่วนแม่เห็นตรงข้ามกับพ่อ ตั้งแต่เล็กดิแรกพบว่าพ่อกับแม่พูดกันคนละภาษา พ่อพูดภาษาฝรั่งเศสอย่างเดียวส่วนแม่ก็พูดเฉพาะภาษาอังกฤษเท่านั้น ดิแรกถือสัญชาติสวิสอยู่จนอายุ 17 ปีจึงได้เปลี่ยนสัญชาติเป็นอังกฤษพร้อมๆกับพ่อ

ตอนเด็กดิแรกต้องรับประทานอาหารเย็นกับพ่อทุกวันและถูกบังคับให้พูดเฉพาะภาษาฝรั่งเศสเท่านั้น เขาจะไม่ได้รับอนุญาตให้ออกจากโต๊ะอาหารหากว่าเขาเกิดพูดฝรั่งเศสผิดแม้เพียงเล็กน้อย เขามีปัญหาเกี่ยวกับกรดในกระเพาะอาหารพอถูกพ่อลงโทษเช่นนั้นเขาจึงมักอาเจียนที่โต๊ะอาหารเป็นประจำ เขาจึงต้องเรียนรู้วิธีแก้ปัญหาด้วยการพูดให้น้อยที่สุดเพื่อให้ผิดน้อยที่สุด ในที่สุดเขาก็กลายเป็นคนเงียบขรึมพูดเท่าที่จำเป็นเท่านั้นจนเป็นนิสัยติดตัวตลอดไป ความเข้มงวดและเผด็จการของพ่อส่งผลให้ความสัมพันธ์ของพ่อลูกตึงเครียดกันตลอดชีวิตถึงขั้นพอโตขึ้นเขาไม่ยอมพูดภาษาฝรั่งเศสอีกเลย

 
ฉายแววอัจฉริยะเด่นชัดตั้งแต่วัยเรียน

paul-dirac-03

ดิแรกเข้าเรียนชั้นมัธยมที่โรงเรียนซึ่งพ่อของเขาสอนภาษาฝรั่งเศสอยู่ เขาเป็นเด็กที่ขยันเรียนมากมีผลการเรียนเป็นอันดับต้นๆในแทบทุกวิชา จบชั้นมัธยมแล้วดิแรกเข้าเรียนต่อสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยบริสตอลในปี 1918 ตอนมีอายุ 16 ปี เขาใช้เวลาเพียง 3 ปีก็จบระดับปริญญาตรีด้วยเกียรตินิยมอันดับ 1 ดิแรกมีผลการเรียนวิชาคณิตศาสตร์ดีเลิศดังนั้นเขาจึงหวังจะได้เรียนต่อสาขาคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ แต่เนื่องจากทุนที่เขาได้รับยังน้อยเกินไปไม่เพียงพอสำหรับการเรียนที่แคมบริดจ์ ครั้นจะลองทำงานในฐานะวิศวกรที่เรียนจบมาด้วยเกียรตินิยมอันดับ 1 แต่กลับหางานทำไม่ได้เนื่องจากภาวะเศรษฐกิจตกต่ำหลังสงครามโลกครั้งที่ 1 เขาจึงเลือกเรียนวิชาคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเดิมซึ่งไม่ต้องเสียค่าเล่าเรียน

ดิแรกใช้เวลาเพียง 2 ปีเรียนจบสาขาคณิตศาสตร์ด้วยเกียรตินิยมอันดับ 1 อีกครั้งหนึ่งซึ่งทำให้เขาได้รับทุนเพิ่มมากพอสำหรับการเรียนต่อที่แคมบริดจ์ตามความตั้งใจเดิม หนึ่งในวิชาที่เขาลงเรียนในช่วงนี้คือวิชาเรขาคณิตโพรเจคทีฟ (Projective Geometry) และวิชานี้ได้เป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้เขาค้นพบเรื่องสำคัญของทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมในอีกไม่กี่ปีต่อมา ปี 1923 ดิแรกในวัย 21 ปีได้จากบ้านเกิดไปเป็นนักศึกษาปริญญาเอกของมหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ เขาเลือกศึกษาทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปกับฟิสิกส์ควอนตัมภายใต้การดูแลของอาจารย์ที่ปรึกษา Ralph Fowler และนั่นคือจุดเริ่มต้นของการผุดขึ้นของนักฟิสิกส์อัจฉริยะอีกคนหนึ่งของโลก

 
ดาวรุ่งดวงใหม่แห่งวงการฟิสิกส์โลก

paul-dirac-04

อาจารย์ที่ปรึกษาให้ดิแรกศึกษาทฤษฎีอะตอมของ Niels Bohr และผลงานของ Arnold Sommerfeld จนทะลุปรุโปร่งกลายเป็นผู้เชี่ยวชาญคนหนึ่งในทฤษฎีควอนตัม ปี 1925 Ralph Fowler ให้ดิแรกศึกษาผลงานเกี่ยวกับทฤษฎีอะตอมล่าสุดที่ยังไม่ได้ตีพิมพ์ของนักฟิสิกส์หนุ่มชาวเยอรมัม Werner Heisenberg ด้วยความสามารถทางคณิตศาสตร์อันเป็นเลิศดิแรกได้ไขปริศนาสำคัญบางอย่างของกลศาสตร์ควอนตัมด้วยแนวทางที่แตกต่างจากของ Heisenberg โดยสิ้นเชิง และเขาได้เขียนบทความชื่อ The Fundamental Equations of Quantum Mechanics ซึ่งได้รับการตีพิมพ์โดยราชสมาคมแห่งลอนดอนภายในเวลาแค่ 3 สัปดาห์ ดิแรกส่งสำเนาบทความไปให้ Heisenberg ตามมารยาท ทั้งคู่ต่างยอมรับนับถือซึ่งกันและกันและกลายเป็นเพื่อนกันไปตลอดชีวิต

ดิแรกจบปริญญาเอกในปี 1926 ด้วยวัย 23 ปี หลังเรียนจบเขาก็ออกจากแคมบริดจ์เพื่อไปศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมที่สถาบันวิจัยที่มีผลงานโดดเด่นที่สุดของโลกในขณะนั้นสองแห่งได้แก่ที่มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์กที่มี Niels Bohr เป็นผู้อำนวยการกับที่มหาวิทยาลัยเกิททิงเงิน ประเทศเยอรมันซึ่งมี Werner Heisenberg เพื่อนของเขาเป็นเจ้าถิ่น หลังจากนั้นในปี 1927 ดิแรกได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง The Quantum Theory of the Emission and Absorption of Radiation ว่าด้วยปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับสสารอันถือเป็นจุดกำเนิดของวิชาไฟฟ้าพลศาสตร์เชิงควอนตัม (Quantum Electrodynamics) ด้วยผลงานสำคัญสองชิ้นทั้งที่ยังเรียนไม่จบและเพิ่งเรียนจบใหม่ๆดิแรกจึงกลายเป็นดาวรุ่งดวงใหม่แห่งวงการฟิสิกส์โลกที่น่าติดตาม

 
สุดยอดสมการกับการทำนายปฏิสสาร

paul-dirac-05

ปลายปี 1927 ดิแรกกลับมาทำงานวิจัยของเขาต่อที่มหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ การศึกษาของเขามุ่งเน้นไปที่พฤติกรรมของอิเล็กตรอน และแล้วเขาก็ได้คิดค้นสมการที่สวยงามยิ่งใหญ่และทรงพลังเป็นสมการที่รวมทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเข้ากับสมการกลศาสตร์ควอนตัม มันคือสมการคลื่นพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพของอิเล็กตรอนที่ต่อมาเรียกว่าสมการดิแรก (Dirac Equation) ดังรูปด้านล่าง สมการนี้ได้รับเลือกจากนักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ทั่วโลกให้เป็นสมการที่สวยงามที่สุดในโลกเมื่อปี 2016 ต้นปี 1928 ดิแรกได้ตีพิมพ์บทความ The Quantum Theory of the Electron อธิบายทฤษฎีอันเป็นที่มาของสมการดิแรก บทความชิ้นนี้ได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในบทความที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา

paul-dirac-09

ผลของสมการดิแรกทำให้มีการค้นพบสิ่งใหม่ที่ไม่มีใครเคยคิดว่ามีอยู่ จากการแก้สมการนี้ทำให้ดิแรกค้นพบการมีอยู่ของ “ปฏิสสาร” เขาประกาศเมื่อปี 1931 ว่าอิเล็กตรอนมี 2 ชนิดคือชนิดมีประจุไฟฟ้าลบซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีอยู่แล้ว และยังมีอีกชนิดหนึ่งที่มีมวลเท่ากันแต่มีประจุไฟฟ้าบวก เขาเรียกมันว่าแอนตี้-อิเล็กตรอน หลังจากนั้นปีหนึ่ง Carl Anderson แห่งสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียได้ค้นพบว่าอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าบวกตามที่ดิแรกทำนายไว้มีอยู่จริงซึ่งต่อมาถูกเรียกว่าโปสิตรอน อีก 23 ปีต่อมาก็มีการค้นพบปฏิอนุภาคของโปรตอนเรียกว่าแอนติโปรตอน และหลังจากนั้นมีการค้นพบปฏิอนุภาคของอนุภาคอื่นๆเพิ่มอีก นำไปสู่การยอมรับในวงการวิทยาศาสตร์ปัจจุบันว่าอนุภาคทุกชนิดจะมีปฏิอนุภาคเป็นคู่ๆกันอยู่

 
รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์อายุน้อยที่สุด

paul-dirac-06

ดิแรกทำการศึกษาวิจัยด้านกลศาสตร์ควอนตัมอย่างต่อเนื่องควบคู่กับการสอนนักศึกษาที่มหาวิทยาลัยแคมบริดจ์ จนถึงปี 1930 เขาได้ตีพิมพ์หนังสือวิชากลศาสตร์ควอนตัมในชื่อ The Principle of Quantum Mechanics หนังสือเล่มนี้ได้กลายเป็นตำราเล่มสำคัญที่นักศึกษาวิชานี้จะขาดไม่ได้เลย แม้กระทั่งนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่อย่าง Albert Einstein ในยามที่เขามีปัญหาเกี่ยวกับควอนตัมยังต้องพลิกหนังสือเล่มนี้ดู หนังสือ The Principle of Quantum Mechanics ของดิแรกถือเป็น “คำภีร์ไบเบิล” ของวิชากลศาสตร์ควอนตัมมานานเกือบร้อยปีจนถึงปัจจุบัน และเป็นผลงานสำคัญที่สุดอีกอย่างหนึ่งของเขาซึ่งเขาทำสำเร็จขณะมีอายุแค่ 28 ปีเท่านั้น

ปี 1932 ดิแรกในวัย 30 ปีได้รับการแต่งตั้งเป็นเมธีลูเคเชียน (Lucasian Professor of Mathematics) ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์อันเป็นตำแหน่งอันทรงเกียรติยิ่ง Isaac Newton นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่อีกคนของโลกก็เคยรับตำแหน่งนี้เป็นคนแรกๆ ในปี 1933 ดิแรกได้รับเลือกให้เป็นผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1933 ร่วมกับ Erwin Schrödinger สำหรับการค้นพบทฤษฎีอะตอมรูปแบบใหม่ ตอนแรกเขาคิดจะปฏิเสธการรับรางวัลนี้เพราะอยากอยู่เงียบๆไม่อยากเป็นข่าวแต่เพื่อนคนหนึ่งบอกเขาว่าถ้าไม่รับจะยิ่งเป็นข่าวดัง เขาจึงกลายเป็นผู้ชนะรางวัลโนเบลฟิสิกส์ที่มีอายุน้อยที่สุดในประวัติศาสตร์ในขณะนั้น นอกจากนี้ผลงานเชิงทฤษฎีของดิแรกในเรื่องปฏิอนุภาคยังทำให้นักฟิสิกส์คนอื่นได้รับรางวัลโนเบลจากการค้นพบปฏิอนุภาคจริงๆอีกหลายคน

 
บิดากลศาสตร์ควอนตัมจอมเงียบขรึม

paul-dirac-07

ดิแรกทำงานวิจัยและสอนหนังสืออยู่ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์อย่างยาวนานจนเกษียณอายุในปี 1969 ขณะมีอายุ 67 ปีอันเป็นการสิ้นสุดการดำรงตำแหน่งเมธีลูเคเชียนที่ยาวนานถึง 37 ปีลงไปด้วย หลังจากนั้นเขาไปดำรงตำแหน่งเป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยฟลอริดาสเตตจนกระทั่งเสียชีวิตในปี 1984 ด้วยวัย 82 ปี ดิแรกเป็นนักฟิสิกส์ที่มีผลงานมากมายทั้งด้านทฤษฎีไฟฟ้าพลศาสตร์เชิงควอนตัม ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม โดยเฉพาะการคิดค้นสมการดิแรกที่นำไปสู่การค้นพบการมีอยู่ของปฏิสสารและการเขียนตำรา The Principle of Quantum Mechanics ที่เป็นประโยชน์แก่วงการฟิสิกส์อย่างยิ่ง นอกจากนี้เขายังมีผลงานเกี่ยวกับแม่เหล็กขั้วเดียวและทฤษฎีสตริงอีกด้วย ด้วยผลงานที่สำคัญมากมายดิแรกจึงได้รับการยกย่องในฐานะหนึ่งในบิดาแห่งกลศาสตร์ควอนตัมและเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์คนสำคัญที่สุดของศตวรรษที่ 20

นอกจากความสำเร็จอันโดดเด่นด้านผลงานทางวิชาการแล้วดิแรกยังเป็นที่จดจำของเพื่อนฝูงและผู้ร่วมงานว่าเป็นคนที่เงีียบขรึมมาก เขาพูดน้อยมากพูดเท่าที่จำเป็นซึ่งเป็นนิสัยติดตัวมาตั้งแต่เด็ก เพื่อนร่วมงานของเขาถึงขนาดตั้งหน่วย “ดิแรก” ซึ่งหมายถึง 1 คำต่อชั่วโมงเพื่อเอาไว้นินทาเขาลับหลัง นอกจากนี้ดิแรกยังเป็นคนที่ไม่ชอบเป็นข่าวดังนั้นเขาจีงปฏิเสธรางวัลเกียรติยศที่เสนอมอบให้แก่เขาจำนวนมาก แม้กระทั่งตำแหน่งอัศวินอันเป็นเกียรติยศสูงสุดที่ประเทศอังกฤษมอบให้แก่นักวิทยาศาสตร์ที่เสนอมอบให้แก่เขาในปี 1953 เขายังปฏิเสธไม่รับตำแหน่งมาแล้ว Niels Bohr เคยกล่าวถึงดิแรกว่าเป็นผู้ชายที่แปลกประหลาดที่สุด (The Strangest Man) และชื่อนี้ถูกนำไปเป็นชื่อหนังสืออัตชีวประวัติอันโด่งดังของดิแรก

paul-dirac-08

 

ข้อมูลและภาพจาก famousscientists, wikipedia, nobelprize.org


Leave a Reply

Your email address will not be published.