11 เม.ย. เวลา 01:32 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
บทสัมภาษณ์ เจอโรม ไอแซก ฟรายด์แมน (Jerome I. Friedman)
นักฟิสิกส์ผู้ทำการทดลองจนค้นพบควาร์ก
(สัมภาษณ์โดย สัมโมทิก สวิชญาน)
1
Q : งานวิทยานิพนธ์และการทดลองของอาจารย์ แสดงให้เห็นว่า บนโลกนี้มีควาร์กอยู่จริงๆ แล้วอะไรที่เป็นสิ่งที่บ่งชี้ว่า ควาร์กนั้นเป็นอนุภาคมูลฐานจริงๆ โดยที่มันไม่ได้ประกอบขึ้นมาจากอะไรอีก
A: เรารู้ว่ามีควาร์กอยู่จริง เนื่องจากเราสามารถสอดส่องเข้าไปในใจกลางของโปรตอน โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคหลายเครื่อง ที่ช่วยกันสร้างลำอนุภาคพลังงานสูงมาก เล็งและยิงไปที่โปรตอน
จะเห็นว่าเราสามารถเจาะเข้าไปดูอะไรๆในโปรตอนได้เหมือนกับเราใช้กล้องจุลทรรศน์อิเลกตรอนส่องไวรัสเลยทีเดียว เราพบว่าโปรตอนมีอะไรบางอย่างข้างใน จากนั้นเราก็ลองวัดสปินของของข้างในดู การทดลองต่างๆ เหล่านี้แหละ ที่ช่วยให้เราบอกได้ว่าองค์ประกอบภายในเหล่านี้มีประจุแบบเศษส่วน (fractional charge) เหมือนกับที่ควาร์กมี เพราะฉะนั้นเป็นอันว่า คุณเห็นมัน คุณวัดสปินมันได้ วัดประจุมันได้ มันก็มีอยู่ตรงนั้นแน่ๆ
แล้วทำไมผมถึงคิดว่ามันเป็นอนุภาคมูลฐานแล้ว คำตอบคือเราไม่รู้หรอกว่ามันอนุภาคมูลฐานแล้วหรือยัง เพราะควาร์กนั้นเล็กมากๆ เมื่อเทียบกับโปรตอน อย่างไรก็ดี มันอาจจะมีอะไรที่เล็กลงไปกว่านี้ได้อีก สมมุติว่าถ้าเราต้องการใส่อะไรบางอย่างให้เข้าไปอยู่เป็นองค์ประกอบภายในของควาร์ก เราก็จำเป็นจะต้องใช้สนามของแรงชนิดใหม่ ซึ่งแข็งแกร่งกว่าแรงที่แข็งแกร่งที่สุดในปัจจุบันประมาณ 100 ล้านเท่า
มันอาจมีอยู่จริงก็ได้ แต่คงเป็นเรื่องน่าประหลาดใจเอาการ ดังนั้น ถ้าคิดว่าไม่มีอะไรแล้ว ไม่มีอะไรบางอย่างที่เล็กลงไปอีกอยู่ในควาร์กแล้ว เราก็บอกได้ว่าควาร์กเป็นอนุภาคมูลฐาน
Q : อยากให้อาจารย์เล่าคร่าวๆ ถึงความก้าวหน้าต่างๆ ที่ได้เกิดขึ้นในสาขาฟิสิกส์พลังงานสูงในช่วง 100 ปีที่ผ่านมา
A : สงสัยผมคงต้องใช้เวลาสักสามวันได้ [หัวเราะ] ประเด็นก็คือ ตอนนี้เรามีสิ่งที่เรียกว่า แบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ซึ่งประสบความสำเร็จเป็นอย่างดีที่ระดับพลังงานของเครื่องเร่งอนุภาคทั้งหมดในปัจจุบัน
แบบจำลองมาตรฐานเกี่ยวข้องกับแรงสามชนิด ได้แก่ strong force, electromagnetic force, และ weak force
ลองคิดดูว่าตอนนี้เรารู้จักอนุภาคอะไรแล้วบ้าง
-ควาร์กหกชนิด
- lepton หกชนิดซึ่งแบ่งออกได้เป็นสามกลุ่ม
สิ่งต่างๆ เหล่านี้คือภาพที่เรามีในปัจจุบัน ซึ่งก็ใช้งานได้อย่างน่าพึงพอใจ ผมไม่สามารถบอกได้ว่าอย่างไหนสำคัญที่สุด เพราะประเดี๋ยวจะดูไม่ยุติธรรมกับการค้นพบอื่นๆ
แบบจำลองมาตรฐาน (Standard Model) ที่มา : https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/standard-model
อันที่จริง ฟิสิกส์อนุภาคเริ่มพัฒนามาตั้งแต่ในช่วง 50 ปี 100 ปีนี่แหละ
โดยทั่วไป วิทยาศาสตร์ช่วยให้เราเข้าใจเกี่ยวกับตัวเองและโลกมากขึ้น แต่นอกจากนั้นแล้วในบางสาขาวิชา ช่วยสร้างเทคโนโลยีให้กับเราได้ด้วย เป็นต้นว่าเรามีกลศาสตร์ มีอิเล็กทรอนิกส์ มีเทอร์โมไดนามิกส์ เราก็มีรถยนต์ เรือ ยานอวกาศ แล้วในสาขาฟิสิกส์อนุภาคมีอะไรเหล่านี้หรือเปล่า ? คุณอาจต้องลองดูในระยะยาว ฟิสิกส์อนุภาคสนใจอันตรกิริยาระหว่างอนุภาค บางคนอาจเรียกว่าฟิสิกส์นิวเคลียร์ก็ได้ ในอดีตฟิสิกส์อนุภาคก็คือฟิสิกส์นิวเคลียร์ ฟิสิกส์อนุภาคนั้นทำให้เรามีเครื่องเร่งอนุภาคใช้ ก่อให้เกิดการประยุกต์ด้านการแพทย์ เช่น คุณสามารถศึกษาโครงสร้างของไวรัสได้ สร้างยาชนิดใหม่ได้ สร้างวัสดุชนิดใหม่ได้ ฯลฯ
เมื่อผมพูดถึงฟิสิกส์อนุภาค ผมจะพูดถึงภาพรวมของทั้งฟิสิกส์อนุภาคและฟิสิกส์นิวเคลียร์ สาขานี้ทำให้เรารู้จักปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันซึ่งอาจเป็นแหล่งพลังงานของเราในอนาคต เราจะเริ่มนำพลังงานของอนุภาคมาใช้เนื่องจากปัญหาโลกร้อนและการขาดแคลนน้ำมัน ถ้าลองมองแบบ "ขำขำ" เจ้าฟิสิกส์อนุภาคนี้แหละที่ทำให้เรามี world wide web มันถูกพัฒนาขึ้นมาที่ CERN เพื่อให้นักฟิสิกส์อนุภาคทำงานร่วมกันได้ เพราะฉะนั้นแล้ว เป็นอันว่าฟิสิกส์อนุภาคก็ได้ปรับปรุงอะไรหลายต่อหลายอย่างด้วยวิธีการของมันเอง อันที่จริงในช่วงแรกๆ ฟิสิกส์ของรังสีคอสมิกก็ดูเป็นฟิสิกส์อนุภาค เพราะเรามองหาอนุภาคใหม่ๆ จากรังสีคอสมิกด้วย
1
Q : นักฟิสิกส์หลายต่อหลายท่านได้รับแรงบันดาลใจไม่ทางใดก็ทางหนึ่งก่อนที่พวกเขาจะตัดสินใจเข้ามาศึกษาฟิสิกส์ ในความคิดของอาจารย์ อาจารย์คิดว่าควรสอนฟิสิกส์อย่างไร เพื่อให้นักเรียนได้รับแรงบันดาลใจที่จะรักฟิสิกส์
A : ประเด็นก็คือ ให้นักเรียนได้รู้ถึงธรรมชาติอันมหัศจรรย์ และบอกพวกเขาว่าตอนนี้เรารู้ และไม่รู้อะไรบ้าง เช่น เมื่อเช้านี้ ผมได้ไปบรรยายและชี้ให้เห็นว่า กว่าร้อยละ 96 ของมวลสารและพลังงานในจักรวาลนี้ยังไม่เป็นที่รู้จักอะไรประมาณนั้น นักเรียนควรเข้าใจด้วยว่าอะไรบ้างที่ยังเป็นปริศนาอยู่ในตอนนี้และพวกเขาก็โอกาสที่ค้นพบสิ่งที่ยิ่งใหญ่
เราต้องกระตุ้นความอยากรู้อยากเห็นในตัวธรรมชาติ เพราะว่าธรรมชาตินั้นน่าอัศจรรย์ใจ มันเยี่ยมยอด มันลึกลับ นักเรียนจะสนใจอะไรได้อย่างไรก็ด้วยวิธีการนี้เอง รวมทั้งเราจะต้องให้นักเรียนมีอิสระในตัวเองตั้งแต่เนิ่นๆ และถามคำถาม เราไม่ควรให้การศึกษาในแบบที่ว่าเราบอกนักเรียนทุกสิ่งทุกอย่างไปหมด เราต้องถามนักเรียน เพื่อให้เขาประพฤติตัวเป็นนักวิทยาศาสตร์
ตัวผมเชื่อใน inquiry-based instruction ถามนักเรียนสิ เอ คุณคิดว่าสิ่งนั้นสิ่งนี้ทำงานได้อย่างไร ทำไมล่ะ คุณคิดว่าแปลกหรือเปล่า พอคุณเปิดวิทยุ แล้วคุณก็เห็นว่าไม่มีสายอะไรต่อมาจากที่ไหนเลยนะ แต่คุณก็ได้ยินเสียงที่อยู่ห่างออกไปเป็นร้อยเป็นพันไมล์ เป็นไปได้อย่างไรกัน ถามเพื่อให้นักเรียนคิด ไม่ใช่ยอมรับเรื่องเหล่านี้ไปซะอย่างนั้นว่า อ้อ ก็นี่มันวิทยุ คิดถึงเรื่องเหล่านี้ มันเป็นคำถามที่ดีมากไม่ใช่หรือ
Q : สำหรับตัวอาจารย์เอง อะไรที่เป็นแรงบันดาลใจให้อาจารย์มาเลือกฟิสิกส์
A: ตอนแรกผมจะเป็นนักเรียนศิลปะ จนกระทั่งผมได้อ่านหนังสือเกี่ยวกับสัมพัทธภาพ-ของไอน์สไตน์ ผมก็อยากเข้าใจว่าทำไมไม้เมตรที่เคลื่อนที่ถึงหดสั้นลง ทำไมนาฬิกาถึงเดินช้าลง
นักเรียนจำนวนไม่น้อยที่ยังเห็นว่าฟิสิกส์ยากอยู่ดีเนื่องจากคณิตศาสตร์และความซับซ้อนที่มีอยู่
การเรียนการสอนที่ดีจะช่วยได้ โดยคณิตศาสตร์นั้นคือภาษา ถ้าผมจะมาอาศัยอยู่ในประเทศไทย ผมก็ต้องเรียนภาษาไทย มันไม่ง่ายหรอก แต่ผมก็ต้องทำ เพราะผมต้องการอาศัยอยู่ที่นี่ เช่นเดียวกัน ผมต้องการศึกษาฟิสิกส์ ฉะนั้นผมก็ต้องเรียนคณิตศาสตร์เพราะมันเป็นภาษาของฟิสิกส์ ว่ากันตามจริง เมื่อคุณเข้าถึงคณิตศาสตร์จริงๆ คุณจะพบว่ามันมีความน่าสนใจในตัวเอง เนื่องจากมันเต็มไปด้วยสมรรถภาพอย่างไม่น่าเชื่อ เมื่อตอนที่ผมเริ่มเรียนแคลคูลัส ผมไม่อยากเชื่อเลยว่ามันทำอะไรอย่างนั้นได้ด้วย และเมื่อผมได้เรียนรู้อย่างอื่นอีก คณิตศาสตร์ก็ยิ่งดูน่าตื่นเต้นเข้าไปทุกทีๆ เป็นอันว่าผมได้พบว่า คณิตศาสตร์นั้นน่าตื่นเต้น เมื่อตื่นเต้นแล้ว เข้าถึงมันแล้ว ผมก็เห็นพลังของมันในที่สุด
* บทสัมภาษณ์นี้จัดทำขึ้นในปี ค.ศ. 2005
ขอบคุณมหาวิทยาลัยมหิดล คณะอาจารย์ และภาควิชาฟิสิกส์
ผู้ช่วยให้การสัมภาษณ์นี้เกิดขึ้น