สิ่งที่ตาเปล่าไม่สามารถมองเห็น
อนุภาคเล็ก ๆ ของฝุ่นลอยอยู่ในอากาศโดยที่ตามองไม่เห็น. แต่เมื่อลำแสงของดวงอาทิตย์ส่องเข้ามาทางหน้าต่าง สิ่งที่มองไม่เห็นก็ประจักษ์แก่สายตาในทันใด. ลำแสงที่ส่องเข้ามาทำให้มนุษย์มองเห็นอนุภาคเล็ก ๆ.
ลองคิดต่อไปเกี่ยวกับแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งสำหรับตาเปล่าแล้วจะเห็นเป็นสีขาวหรือไม่มีสี. จะเกิดอะไรขึ้นถ้าแสงอาทิตย์ส่องผ่านหยดน้ำในมุมที่เหมาะสม? น้ำก็จะทำหน้าที่เสมือนปริซึม และเราจะเห็นรุ้งกินน้ำสีสันสดสวย!
จริง ๆ แล้ว วัตถุต่าง ๆ รอบตัวเราสะท้อนความยาวคลื่นแสงหลากหลายซึ่งตาของเราจะเห็นเป็นสี. ยกตัวอย่าง หญ้าสีเขียวในตัวมันเองแล้วไม่ได้สร้างแสงสีเขียว แต่แทนที่จะเป็นอย่างนั้น มันดูดความยาวคลื่นของแสงทุกสีที่เห็นได้ยกเว้นสีเขียว. หญ้าสะท้อนความยาวคลื่นสีเขียวกลับมายังตาของเรา. ด้วยเหตุนี้ ตาของเราจึงเห็นหญ้าเป็นสีเขียว.
ดูด้วยเครื่องมือที่มนุษย์ทำขึ้น
ไม่กี่ปีมานี้ หลายสิ่งหลายอย่างที่ตาเปล่าของเรามองไม่เห็นกลายเป็นสิ่งที่ประจักษ์แก่สายตาเมื่ออาศัยสิ่งประดิษฐ์สมัยใหม่. เราสามารถดูหยดน้ำที่ดูเหมือนปราศจากชีวิตด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบธรรมดา ๆ และพบว่ามีสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ เคลื่อนไหวยั้วเยี้ย. และเส้นผมเส้นหนึ่งถ้ามองตามปกติจะเห็นเป็นเส้นกลมเรียบเสมอกันตลอด แต่ถ้าดูผ่านกล้องจุลทรรศน์จะเห็นเป็นหยัก ๆ ไม่เรียบ. กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายสูงมาก ๆ สามารถขยายวัตถุได้หนึ่งล้านเท่า พอ ๆ กับการขยายแสตมป์ดวงหนึ่งให้ใหญ่เท่าประเทศเล็ก ๆ!
ปัจจุบัน เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายสูงยิ่งขึ้นอีก พวกนักวิจัยก็ได้ภาพโครงร่างของพื้นผิววัตถุในระดับอะตอม. วิธีนี้ทำให้พวกเขาเห็นภาพของสิ่งซึ่งก่อนหน้านี้อยู่เกินขอบเขตการเห็นของมนุษย์.
ในอีกด้านหนึ่ง เราอาจมองขึ้นไปบนท้องฟ้ายามค่ำคืนและเห็นดวงดาวต่าง ๆ. มากเท่าไร? ถ้าดูด้วยตาเปล่า อย่างมากก็เห็นเพียงไม่กี่พันดวง. แต่โดยใช้กล้องโทรทัศน์ที่ประดิษฐ์ขึ้นเมื่อเกือบ 400 ปีมาแล้ว ผู้คนเริ่มเห็นมากขึ้น. ต่อมา ในทศวรรษ 1920 กล้องโทรทัศน์กำลังขยายสูง ณ หอดูดาวเมาท์วิลสัน เผยให้เห็นว่ามีกาแล็กซีอื่น ๆ นอกเหนือจากกาแล็กซีของเรา และเต็มไปด้วยดวงดาวนับไม่ถ้วนเช่นกัน. ปัจจุบัน โดยใช้เครื่องมือสลับซับซ้อนที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้นเพื่อสำรวจเอกภพ นักวิทยาศาสตร์กะประมาณว่ามีกาแล็กซีอยู่หลายหมื่นล้านกาแล็กซี และในจำนวนนี้มีหลายกาแล็กซีที่ประกอบด้วยดวงดาวนับแสน ๆ ล้านดวง!
น่าทึ่งจริง ๆ ที่กล้องโทรทัศน์ได้เผยให้เห็นว่าดาวนับพัน ๆ ล้านดวงที่ปรากฏเป็นทางช้างเผือกเพราะดูเหมือนอยู่ใกล้กันมากนั้น จริง ๆ แล้วแต่ละดวงอยู่ไกลกันสุดจะพรรณนา. ทำนองคล้ายกัน กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายสูงได้ช่วยให้ตาเปล่าของเราเห็นว่าวัตถุที่ดูเหมือนมีเนื้อแน่นแข็งนั้น จริง ๆ แล้วประกอบด้วยอะตอมซึ่งมีความว่างเปล่าเป็นส่วนประกอบพื้นฐาน.
เล็กเหลือประมาณ
สิ่งเล็กที่สุดที่สามารถดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ธรรมดา ๆ นั้นประกอบด้วยอะตอมมากกว่าหนึ่งหมื่นล้านอะตอม! แต่ในปี 1897 มีการค้นพบว่าอะตอมมีอนุภาคเล็ก ๆ ที่โคจรอยู่โดยรอบเรียกว่าอิเล็กตรอน. ต่อมา มีการค้นพบว่า นิวเคลียสของอะตอมที่อิเล็กตรอนโคจรอยู่โดยรอบนั้นประกอบด้วยอนุภาคที่ใหญ่กว่า เรียกว่านิวตรอนและโปรตอน. อะตอมหรือธาตุ 88 ชนิดซึ่งมีในธรรมชาติบนแผ่นดินโลก โดยพื้นฐานแล้วมีขนาดเท่ากัน แต่น้ำหนักต่างกัน เพราะแต่ละชนิดมีจำนวนอนุภาคพื้นฐานสามอย่างนี้มากกว่ากันตามลำดับ.
อิเล็กตรอน—ในกรณีของอะตอมไฮโดรเจนจะมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว—วิ่งวนผ่านความว่างเปล่ารอบนิวเคลียสของอะตอมหลายพันล้านรอบในทุก ๆ เศษหนึ่งส่วนล้านวินาที ด้วยเหตุนี้ อะตอมจึงคงรูปอยู่ได้และทำให้มันมีคุณสมบัติเสมือนของแข็ง. จะต้องใช้อิเล็กตรอนเกือบ 1,840 ตัวจึงจะมีมวลเท่ากับโปรตอนหรือนิวตรอนหนึ่งตัว. ทั้งโปรตอนและนิวตรอนเล็กกว่าตัวอะตอมประมาณ 100,000 เท่า!
เพื่อจะเห็นภาพความว่างเปล่าของอะตอม ลองมโนภาพนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนที่มีอิเล็กตรอนโคจรอยู่โดยรอบ. ถ้านิวเคลียสซึ่งมีโปรตอนตัวเดียวนั้น มีขนาดเท่ากับลูกเทนนิส อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่โดยรอบจะห่างออกไปราว 3 กิโลเมตร!
รายงานการฉลองครบรอบหนึ่งร้อยปีแห่งการค้นพบอิเล็กตรอนให้ความเห็นว่า “บางคนลังเลที่จะฉลองถึงบางสิ่งบางอย่างซึ่งไม่มีใครมองเห็น, ไม่มีขนาดที่พอจะสังเกตเข้าใจได้แต่มีน้ำหนักที่ตรวจวัดได้, มีประจุไฟฟ้า—และหมุนรอบตัวเองคล้ายลูกข่าง. . . . ปัจจุบัน ไม่มีใครสงสัยความคิดที่ว่า สิ่งที่เราไม่มีทางจะเห็นได้เลยนั้นมีอยู่จริง.”
แม้แต่วัตถุที่เล็กลงไปอีก
เครื่องเร่งอนุภาค ซึ่งสามารถทำให้อนุภาคต่าง ๆ ของสสารชนกัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันมองเข้าไปในนิวเคลียสของอะตอมได้. ผลก็คือ มีการเขียนเกี่ยวกับอนุภาคต่าง ๆ มากมายซึ่งมีชื่อแปลก ๆ เช่น โพซิตรอน, โฟตอน, มีซอน, ควาร์ก, และกลูออน ที่เอ่ยมาเป็นเพียงเล็กน้อย. ทั้งหมดมองด้วยตาเปล่าไม่เห็น แม้จะใช้กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายสูงที่สุดก็ตาม. แต่ด้วยอุปกรณ์อย่างเช่น ห้องหมอก (cloud chamber), ห้องฟอง (bubble chamber), และเครื่องวัดการเปล่งแสงวับ ทำให้สังเกตได้ถึงร่องรอยที่อนุภาคเหล่านั้นทิ้งไว้.
พวกนักวิจัยในปัจจุบันมองเห็นสิ่งซึ่งครั้งหนึ่งไม่สามารถเห็นได้. เมื่อได้เห็น พวกเขาก็เข้าใจนัยสำคัญของสิ่งซึ่งพวกเขาเชื่อว่าเป็นแรงพื้นฐานสี่ชนิด—แรงโน้มถ่วง, แรงแม่เหล็กไฟฟ้า, และแรงอีกสองชนิดที่อยู่ในนิวเคลียส เรียกว่า “แรงนิวเคลียร์ชนิดอ่อน” และ “แรงนิวเคลียร์ชนิดเข้ม.” นักวิทยาศาสตร์บางคนพยายามค้นหาสิ่งที่เรียกว่า “ทฤษฎีแห่งสรรพสิ่ง” ซึ่งพวกเขาหวังว่าจะอธิบายทุกเรื่องในเอกภพอย่างที่เข้าใจได้ ตั้งแต่ระดับมหาทรรศน์ (ใหญ่มาก ๆ) จนถึงจุลทรรศน์ (เล็กมาก ๆ).
อาจเรียนรู้อะไรได้บ้างจากการเห็นสิ่งที่ตาเปล่าไม่สามารถเห็นได้? และโดยอาศัยสิ่งที่พวกเขาเรียนรู้ หลายคนลงความเห็นเช่นไร? บทความถัดไปจะให้คำตอบ.
[ภาพหน้า 3]
ภาพของอะตอมนิกเกิล (บน) และอะตอมแพลทินัม
[ที่มาของภาพ]
Courtesy IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center