100 ปี ไอน์สไตน์ กับนิวเคลียร์
นิวเคลียร์เป็นสิ่งใดๆ ก็ตาม ที่เกี่ยวข้องกับนิวเคลียสของอะตอม แต่ก่อนนั้นคนเรายังไม่เชื่อว่าอะตอมมีจริง เพราะอะตอมเล็กมากจนใครก็มองไม่เห็น อะตอมจึงเป็นแต่เพียงหลักปรัชญาของชาวกรีกชื่อว่าดีโมคริตุส (Democritus) ตั้งแต่เมื่อสองพันกว่าปีมาแล้ว ต่อมาเมื่อความรู้ทางวิทยาศาสตร์เจริญขึ้น ราวเกือบสองร้อยปีก่อน (ค.ศ. ๑๘๐๘) จอห์น ดอลตัน (John Dalton) ชาวอังกฤษก็เอาหลักปรัชญาที่ว่ามาปัดฝุ่นกลายเป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ เรียกว่าทฤษฎีอะตอมสมัยใหม่ (modern atomic theory) อะตอมของดอลตันในตอนนั้นก็เป็นเหมือนกับลูกบิลเลียดกลมๆ ซึ่งตัน แต่ว่ามีขนาดเล็กมากจนมองไม่เห็น จากนั้นมาก็มีนักวิทยาศาสตร์เรียงแถวกันมายาวเหยียดศึกษาเรื่องของอะตอม จนเชื่อว่าที่จริงอะตอมไม่ได้ตัน แต่โปร่งจนแทบจะไม่มีเนื้อสสารเอาเลย คือมีเพียงนิวเคลียสเล็กๆ เป็นแกนกลางขนาดเพียง ๑ ในหมื่นของเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอม โดยรอบๆ นิวเคลียสเป็นอาณาเขตว่างเปล่าที่อิเล็กตรอนวิ่งวนกันวุ่นไปรอบๆ นิวเคลียส ไม่ได้มีเนื้อสสารใดๆ นอกจากเนื้อสสารของอิเล็กตรอนเองซึ่งก็เล็กน้อยมาก ยกตัวอย่างอะตอมยูเรเนียมมีมวลที่นิวเคลียสของโปรตรอนกับนิวตรอนรวมกัน (๒๓๘ อนุภาค) หนักประมาณ ๔,๗๐๐ เท่าตัวของอิเล็กตรอนทั้ง ๙๒ อนุภาครวมกันที่วิ่งวุ่นวนอยู่รอบๆ นิวเคลียสนั้น
โครงสร้างของอะตอมที่กล่าวมานี้ โดยเฉพาะเรื่องพฤติกรรมของอิเล็กตรอนที่ว่าวิ่งวุ่นวนอยู่รอบๆ นิวเคลียสนี้ ท่านว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้ที่ดูเหมือนวิ่งวุ่นๆ นั้น แท้จริงแล้วแบ่งได้เป็นชุดๆ ตามระดับพลังงานมากน้อยแตกต่างกันเป็นช่วงๆ อิเล็กตรอนที่อยู่ในชุดเดียวกันเรียกว่าอยู่ในเชลล์ (k l m n ..) เดียวกัน ซึ่งเรื่องนี้พัฒนาขึ้นมาได้จากทฤษฎีที่เป็นผลงานของมักซ์ พลังค์ (Max Planck) ซึ่งได้ตัวสมการหรือค่าคงตัวมาจากการทดลอง และค่าคงตัวนี้รู้จักกันดีในชื่อว่า Planck's constant ว่ากันว่าเวลาพิสูจน์สูตรหรือตัวสมการหรือค่าคงตัวนี้ พลังค์ใช้วิธีดำน้ำเอา เพราะกฎฟิสิกส์ที่มีมาตั้งแต่ยุคที่เซอร์ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton) จัดให้นั้น ไม่เพียงพอจะใช้อธิบายได้ และพลังค์ก็ไม่กล้าพอที่จะแหกคอก แต่คนที่กล้าแหกคอกกลับเป็นแอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ในขณะที่มีอายุเพียง ๒๖ ปี ที่กล้าแหกคอกโดยพิสูจน์สูตรจากสมมุติฐานว่าพลังงานของโฟตอนที่เชื่อกันมาตามที่นิวตันบอกไว้ ว่าปล่อยออกมาอย่างมีความต่อเนื่องนั้น แท้จริงแล้วเป็นห้วงๆ หรือเป็นก้อนๆ หรือจะเรียกอะไรก็ตาม ซึ่งภาษาอังกฤษใช้คำว่า ควอนตัม ดังนั้นไอน์สไตน์จึงเป็นคนแรกที่ใช้คำๆ นี้ และพัฒนาต่อมาโดยนักวิทยาศาสตร์อีกแถวยาวเรียกว่า ทฤษฎีควอนตัม (quantum theory)
ในปี ค.ศ. ๑๙๐๕ ที่ไอน์สไตน์จุดประกายเรื่องควอนตัมนั้น ไอน์สไตน์ยังได้เขียนสูตรสั้นๆ ง่ายๆ ขึ้นมาอีกสูตรหนึ่งด้วย คือ E=mc2 เรียกว่า สมการมวล-พลังงานของไอน์สไตน์ ซึ่งสามารถตีความได้ว่า พลังงาน (E)กับมวล (m) เป็นของสิ่งเดียวกันที่แปลงกลับไปกลับมากันได้ สมการนี้ดูเผินๆ ก็ไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับนิวเคลียร์เอาเลย แต่พอถึงช่วงปี ค.ศ. ๑๙๓๔-๓๙ ก็มีผู้ค้นพบการแบ่งแยกของนิวเคลียสหรือฟิชชัน (fission) ซึ่งเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่นิวเคลียสแตกออกเป็นสองเสี่ยงขนาดใกล้เคียงกัน และมีมวลของนิวเคลียสหายไปเล็กน้อยกลายไปเป็นพลังงานมหาศาลตรงตามสมการของไอน์สไตน์ที่เขียนไว้ตั้งแต่ ๓๐ กว่าปีก่อน ในช่วงที่มีการค้นพบการแบ่งแยกนิวเคลียสนั้น พอดีกับเป็นช่วงที่กำลังเกิดสงครามโลกครั้งที่ ๒ ความรู้นี้จึงถูกนำไปสร้างระเบิดนิวเคลียร์ พาให้อนุชนรุ่นหลังหลงคิดกันว่าไอน์สไตน์เป็นผู้คิดค้นและสร้างระเบิดนิวเคลียร์เอาไปทิ้งที่เมืองฮิโรชิมาและนางาซากิของประเทศญี่ปุ่นเมื่อเดือนสิงหาคม ค.ศ. ๑๙๔๕ ซึ่งความเข้าใจนี้ถูกต้องเพียงเสี้ยวเล็กๆ เสี้ยวเดียวเท่านั้น
เนื่องจากว่าคนที่ค้นพบปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียสเป็นชาวเยอรมันชื่อว่าอ๊อตโต ฮาห์น (Otto Hahn) กับฟริตซ์ ชตราสมันน์ (Fritz Strassmann) พวกนักนิวเคลียร์ฟิสิกส์เป็นโหลที่หนีภัยสงครามจากยุโรปมาพำนักอาศัยอยู่ในสหรัฐอเมริกาจึงกลัวกันว่าเยอรมันนาซีจะสร้างระเบิดนิวเคลียร์มาใช้ในสงคราม และพยายามโน้มน้าวให้สหรัฐอเมริกาเร่งค้นคว้าการสร้างระเบิดนิวเคลียร์ให้ได้ก่อนเยอรมัน โดยไปขอร้องให้ไอน์สไตน์ซึ่งเป็นผู้มีชื่อเสียง ให้ออกหน้าลงนามในจดหมายถึงประธานาธิบดีโรสเวลต์ (Roosevelt) ไอน์สไตน์คล้อยตามและยอมลงชื่อในจดหมายซึ่งมีผลเพียงประธานาธิบดีสั่งให้ตั้งคณะที่ปรึกษาขึ้นมาหนึ่งคณะเท่านั้น หลังจากนั้นไอน์สไตน์ก็ไม่เคยเข้าไปยุ่งเกี่ยวด้วยเลยกับการสร้างระเบิดนิวเคลียร์จนสำเร็จตลอดจนการนำไปทิ้งที่ประเทศญี่ปุ่น
หลังสงครามโลกยุติลง ได้เกิดการแข่งขันกันสร้างแสนยานุภาพนิวเคลียร์ โดยเฉพาะระหว่างสหรัฐอเมริกากับสหภาพโซเวียตหรือรัสเซีย และไอน์สไตน์นี่แหละที่เป็นบุคคลในแถวหน้าที่ออกมาต่อต้านการแข่งขันกันสร้างอาวุธนิวเคลียร์ ทั้งโดยการออกทีวี วิทยุ และการเขียนบทความ ตลอดจนการสนับสนุนการสร้างสันติถาพขององค์การสหประชาชาติอย่างสุดตัว
ที่กล่าวมาทั้งหมดนี้ จะเห็นได้ว่าไอน์สไตน์แทบไม่เคยลงไม้ลงมือเกี่ยวกับนิวเคลียร์จริงๆ เลย แต่ผลงานของเขากลับเกี่ยวโยงกับนิวเคลียร์อย่างแนบแน่นอย่างไม่น่าเชื่อทีเดียว จึงไม่น่าแปลกใจเลยว่าชื่อของเขาจะได้รับเกียรตินำไปตั้งเป็นชื่อธาตุลำดับที่ ๙๙ ในตารางพีริออดิก มีชื่อธาตุว่า ไอน์สไตเนียม (einsteinium) ธาตุนี้ค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชื่อ Ghiorso กับเพื่อนร่วมงาน ที่มหาวิทยาลัย Berkeley จากขยะที่เป็นเศษวัสดุหลงเหลือจากการทดลองระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ (ระเบิดไฮโดรเจน) ลูกแรกของโลกที่เกาะปะการังชื่อว่า Eniwetok ในมหาสมุทรแปซิฟิกเมื่อเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. ๑๙๕๒
