นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 187 มีนาคม - เมษายน 2557

56 / 62

56
นิตยสาร สสวท.
ตามปกติเวลาทดลองวิทยาศาสตร์ Cavendish มี Charles Blagden
เป็นผู้ช่วย ครั้นเมื่อ Blagden ได้รับเลือกเป็นเลขานุการของ Royal
Society ท�ำให้ต้องติดตามนายกสมาคมเดินทางไปเยือนยุโรปบ่อย จึงขอ
ลาออกจากการเป็นผู้ช่วย และ Cavendish ก็ได้ให้เงินตอบแทนเป็นการ
สมนาคุณ 500 ปอนด์ และได้เขียนในพินัยกรรมว่าจะมอบเงิน 15,000
ปอนด์เป็นมรดกให้ Blagden ด้วยเมื่อถึงเวลาที่ Cavendish เสียชีวิต
Henry Cavendish สนใจธรรมชาติหลายเรื่อง และชอบทดลอง
วิทยาศาสตร์เพื่อวัดค่าตัวแปรต่าง ๆ อย่างละเอียด โดยใช้อุปกรณ์ง่าย ๆ
และใช้คณิตศาสตร์ช่วยเพื่อตั้งกฎและทฤษฎีวิทยาศาสตร์
Cavendish ไม่ชอบถกเถียงเชิงวิชาการกับผู้ใด (นิสัยเหมือน
Newton) ดังนั้น จึงมีผลงานที่ตีพิมพ์จ�ำนวนค่อนข้างน้อย แต่เขาได้บันทึก
องค์ความรู้ที่เขาพบทุกเรื่องอย่างมีขั้นตอน เมื่อ Cavendish ตาย เขาได้
มอบผลงานทุกชิ้นของเขาแก่ James Clerk Maxwell ซึ่งท�ำให้Maxwell
ตื่นเต้น เพราะได้พบว่า Cavendish รู้ความจริงของธรรมชาติหลายเรื่อง
ที่ไม่มีใครรู้มาก่อน เช่น เรื่องไฟฟ้าสถิต วิธีวัดค่าของประจุไฟฟ้า และการ
ทดลองให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านร่างกายคน รวมถึงได้ออกแบบสายล่อฟ้า
ร่วมกับ Benjamin Franklin เพื่อน�ำไปติดตั้งที่ยอดตึกเป็นการป้องกัน
อันตรายจากฟ้าผ่า
ถึง Cavendish ไม่ชอบเข้าสังคมเลย แต่ก็ได้พยายามฝืนใจโดยการ
ออกงานสังคมในลอนดอนบ้าง เมื่ออายุ 29 ปี Cavendish ได้รับเลือก
เป็นสมาชิกของ Royal Society ซึ่งมีกฎบังคับสมาชิกทุกคนให้น�ำภาพ
เหมือนของตนมามอบให้สมาคม แต่ Cavendish มิได้ปฏิบัติตาม นายก
สมาคมจึงต้องจ้างจิตรกรมาแอบวาดภาพของ Cavendish ขณะเขานั่ง
กินอาหารเย็นคนเดียว
ผลงานวิทยาศาสตร์ของ Cavendish ที่มีมากมายท�ำให้ได้รับเลือก
เป็นสมาชิกต่างชาติของ Paris Academy of Sciences และเป็น F.R.S.A.
(Fellow of the Royal Society of Arts) รวมถึงเป็นผู้อ�ำนวยการที่มีหน้า
ที่ดูแลรับผิดชอบ British Museum ด้วย
เมื่ออายุเกือบ 70 ปี Cavendish ได้ท�ำการทดลองเรื่องหนึ่งซึ่งท�ำให้
เขามีชื่อเสียงโด่งดังมาก นั่นคือ การวัดหาค่าความหนาแน่นเฉลี่ยของโลก
ซึ่งเป็นปัญหาที่ไม่มีใครในสมัยนั้นรู้ค�ำตอบ เพราะการจะเอาโลกขึ้นตาชั่ง
นั้นเป็นเรื่องที่ไม่มีใครท�ำได้ ดังนั้น Cavendish จึงต้องคิดหาวิธีอื่น คือใช้
กฎของ Newton ซึ่งแถลงว่า แรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างวัตถุ 2 ก้อนที่มีมวล
M กับ m เมื่ออยู่ห่างกัน r จะสามารถหาได้จากสูตร F = GMm/r2 ดังนั้น
จากสูตรนี้ ถ้ารู้ m, r, G ซึ่งเป็นค่าคงตัวโน้มถ่วงสากลและ F ก็จะหา M ได้
แต่ F ตามปกติมีค่าน้อยนิดเพราะ M, m มีค่าน้อย แต่จะมีค่ามาก
ถ้า M, m มีค่ามาก เช่น ในกรณี M เป็นมวลดวงอาทิตย์ และ m เป็น
มวลโลก
เมื่อไม่รู้วิธีจะวัดมวลของโลก Cavendish จึงสมมุติให้ โลกประกอบ
ด้วยน�้ำที่ผิวและมีหินที่แกนกลาง แล้วค�ำนวณพบว่า ความหนาแน่นโดย
เฉลี่ยของโลกมีค่าประมาณ 6 เท่าของความหนาแน่นของน�้ำ
ในปี ค.ศ.1772 ทาง Royal Society ได้ตั้งคณะกรรมการ
ชุดหนึ่งขึ้นมาหามวลของโลก โดยจะวัดแรงดึงดูดระหว่างภูเขากับ
เพนดูลัมที่แขวนอยู่ใกล้ภูเขา แต่ไม่ได้ผล เพราะแรงดึงดูดดังกล่าวมิได้
ท�ำให้แนวของเพนดูลัมเบี่ยงเบนจากแนวดิ่งมาก นอกจากนี้นักทดลองก็
ไม่รู้ต�ำแหน่งจุดศูนย์กลางมวล และมวลของภูเขาด้วย
นักฟิสิกส์ชื่อ John Mitchell จึงเสนอวิธีวัดใหม่ โดยให้ศึกษาแรงดึงดูด
ระหว่างทรงกลม 2 ลูกที่รู้ค่ามวล และระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของ
ทรงกลมอย่างแน่ชัด จากนั้นให้น�ำแรงที่ได้ไปเปรียบเทียบกับแรงที่โลก
ดึงดูดทรงกลม ก็จะท�ำให้รู้มวลโลก
ในการนี้ Mitchell ได้ออกแบบสร้างตาชั่งบิด (torsion balance)
แต่เขาท�ำยังไม่ลุล่วงก็เสียชีวิตก่อน Henry Cavendish จึงน�ำแนวคิด
ของ Mitchell ไปสานต่อ โดยใช้ลูกบอลขนาดเล็ก 2 ลูก และลูกบอล
ขนาดใหญ่ 2 ลูก แล้วน� ำลูกบอลเล็กทั้งสองไปติดแผ่นที่ปลายท่อนไม้
เบาซึ่งยาวประมาณ 6 ฟุต จากนั้นแขวนท่อนไม้ให้อยู่ในแนวนอนด้วย
ลวดที่ยาว 40 นิ้ว อุปกรณ์นี้ถูกแขวนอยู่ในภาชนะปิด โดยไม่ให้ลม หรือ
ลมหายใจของคนรบกวน และ Cavendish ก็ได้พบว่า เมื่อน�ำลูกบอล
ขนาดใหญ่ที่มีมวล 150 กิโลกรัม ไปวางใกล้ลูกบอลขนาดเล็ก มีมวล
0.7 กิโลกรัม แรงดึงดูดระหว่างมวลทั้งสองจะท�ำให้ลวดที่แขวน บิดตัว
ไปเล็กน้อย ซึ่งจะวัดได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ การรู้มวลของลูกบอลทั้งสี่
และระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางมวลของลูกใหญ่กับลูกเล็ก รวมถึงรู้
ค่า G โดยประมาณท�ำให้ Cavendish สามารถวัดมวลของโลกได้ และ
เมื่อรู้รัศมีของโลก เขาก็พบว่า ความหนาแน่นของโลกโดยเฉลี่ย = 5.44
เท่าของความหนาแน่นของน�้ำ (ค่าปัจจุบันคือ 5.518)
Henry Cavendish เสียชีวิตเมื่อวันที่ 24 กุมภาพันธ์ ค.ศ.1810
สิริอายุ 78 ปี
ศพของเขาถูกน�ำไปฝังที่ All Saints Church ในแคว้น Derby
เพราะเป็นคนไม่มีครอบครัว ดังนั้นเขาจึงได้มอบเงินมรดกทั้งหมดให้
มหาวิทยาลัย Cambridge เพื่อจัดตั้งเป็นทุนวิจัยแก่อาจารย์ และจัดให้มี
ต�ำแหน่ง Cavendish Professorship of Experimental Physics แห่ง
Cavendish Laboratory ด้วย
ณ วันนี้ เทคนิคการวัดมวลของโลกที่ Henry Cavendish ออกแบบ
ได้ถูกน�ำไปใช้ในการวัดค่า G อย่างละเอียด เป็นการตรวจสอบความถูก
ต้องของทฤษฎีสนามของ Dirac ซึ่งได้ตั้งสมมติฐานว่า G มิได้มีค่าคงตัว
แต่ขึ้นกับเวลา
ดังเช่นในปี ค.ศ. 1996 Jens Gundlach แห่งมหาวิทยาลัย
Washington ได้วัดค่า G โดยใช้เลเซอร์วัดมุมที่ลวดบิดไปซึ่งมีขนาดเล็ก
มาก และให้ระบบกวัดแกว่งไปมาในสุญญากาศด้วยคาบละ 10 นาที เขา
ได้พบว่า G มีค่าไม่เปลี่ยนแปลงคือคงตัวอย่างผิดพลาดไม่เกิน ±0.0015%
อีก 4 ปีต่อมา เขาก็ได้วัดค่า G อีก และพบว่า ค่า G ที่วัดได้ ผิด
พลาดไม่เกิน ±0.0014%
บรรณานุกรม
Krebs, R. E. (2004). Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions,
and Discoveries of the Middle Ages and the Renaissance. London:
Greenwood Press.