เจมส์ ฟรังก์ (James Franck) เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ผู้มีชื่อเสียงมากที่สุดคนหนึ่ง นักเรียนฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลายจะรู้จักการทดลองของ ฟรังก์ กับกุสตาฟ แฮทซ์ (Gustav Hertz) ที่ทำให้คนทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิ สิกส์ประจำปี พ.ศ. 2468 และนิสิตฟิสิกส์ระดับมหาวิทยาลัยก็รู้หลักการของฟรังก็-คองตอน (Franck-Condon) ที่ใช้ในวิชาฟิสิกส์โมเลกุล

            ฟรังก์ เกิดที่เมืองฮัมบูร์กในเยอรมนี เมื่อปี พ.ศ. 2425 ครอบครัวเป็นชนขั้นกลางสัญชาติยิว เมื่ออายุ 13 ปี ฟรังก์ได้รู้ข่าวการพบรังสีเอกซ์ โดยวิลเฮล์ม เรินต์เกน (Wilhelm  Rontgen) และรู้สึกตื่นเต้นในความอัศจรรย์ของรังสีที่ตามองไม่เห็น เมื่อประสบอุบัติเหตุแขนเดาะ ฟรังก็ได้ขอให้เจ้าหน้าที่พยาบาลถ่ายภาพแขนโดยใช้เอ็กซเรย์ วันที่ 7 เมษายน ปี พ.ศ. 2439 จึงเป็นวันที่โลกใช้รังสีเอกซ์วิเคราะห์สภาพของกระดูกเป็นครั้งแรก

            แม้จะสนใจวิทยาศาสตร์ตั้งแต่เด็ก แต่บิดาของฟรังก์ซึ่งประสบความสำเร็จในธุรกิจธนาคารก็ไม่สนับสนุนให้ลูกชายเรียนฟิสิกส์ เพราะเห็นว่าไม่มีทางจะร่ำรวยได้ ดังนั้นฟรังก์จึงสอบเข้ามหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์ก (Heidelberg) โดยตั้งใจจะเรียนนิติศาสตร์และเคมี และได้เรียนฟิสิกส์กับคณิตศาสตร์ โดยมีมักซ์ บอร์น (Max Bom) (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี พ.ศ. 2497)  เป็นเพื่อนร่วมชั้น แต่ไม่ชอบวิธีสอนวิทยาศาสตร์ของอาจารย์ รังก็จึงลาออกไปเรียนเคมีที่มหาวิทยาลัยริตริช วิลเฮล์ม (Friedrich-Wilhelms) ส่วนบอร์นเปลี่ยนไปเรียนคณิตศาสตร์ ที่มหาวิทยาลัยก๊อดติงเก้น (Gottingen)

ภาพ เจมส์ ฟรังก์ (James Franck)
ที่มา https://alchetron.com/James-Franck-1257116-w

            หลังจากที่เข้าฟังมักซ์ พลังค์ (Max Planck) (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี พ.ศ. 2461) สอนฟิสิกส์ฟรังก์รู้สึกต้องการจะเรียนฟิสิกส์มากจึงขออนุญาตบิดาเปลี่ยนวิชาเรียน โดยให้เหตุผลว่า ถ้าไม่ได้เรียนฟิสิกส์ ก็จะไม่มีความสุขเลยตลอดชีวิตยิ่งเมื่อได้เข้าฟังสัมมนาที่แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (AIbert Einstein) (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี พ.ศ. 2464) และวัลเทอร์ แนนสท์ฃ (Walther Nernst) (รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี พ.ศ. 2463 บรรยายฟรังก็ก็ยิ่งเชื่อมั่นว่า การตัดสินใจเปลี่ยนวิชาของเขาถูกต้องแล้วเมื่อเรียนสำเร็จระดับปริญญาตรี ฟรังก์ได้ทำวิทยานิพนธ์เรื่อง สภาพเคลื่อนที่ได้ (mobility)  ของไอออนในหลอดปล่อยประจุ (discharge tube) ซึ่งเป็นการศึกษาที่จะนำเขาไปสู่การทดลองที่ทำให้ได้รับรางวัลโนเบลในที่สุด

ภาพ a vacuum tube used for the Franck-Hertz experiment in instructional laboratories
ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Franck-Hertz_experiment

            หลังสำเร็จการศึกษาปริญญาเอกในปี พ.ศ. 2449 ฟรังก็ยังทำงานต่อเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่เบอร์ลินเพื่อศึกษากระบวนการเปลี่ยนแปลงในอะตอมว่าจะเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมหรือไม่ โดยวิจัยว่าเวลากระแสไฟฟ้าไหลผ่านไอปรอท จะเกิดอะไรขึ้น โดยมีกุสตาฟ แฮทซ์ เป็นผู้ช่วย ทั้งสองไต้พบว่า เมื่อความต่างศักย์เพิ่ม กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มตาม จนกระทั่งถึงค่าหนึ่ง กระแสไฟฟ้าจะลดทันทีแต่เมื่อเพิ่มความต่างศักย์ต่อไป กระแสไฟฟ้าก็จะเพิ่มอีกจนกระทั่งความต่างศักย์ถึงค่าหนึ่งกระแสไฟฟ้าก็ลดทันทีอีกช่วงศักย์ไฟฟ้าที่ทำให้กระแสลดลงค่าแรกในกรณีไอปรอทมีค่า 4.9 โวลต์

            ในเบื้องต้นทั้งสองคิดว่า พลังงาน 4.9 อิเล็กตรอนโวลด์ คือ พลังงานในการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมปรอท เพราะไม่เคยศึกษาทฤษฎีอะตอมไฮโดรเจนของโบร์ (Bohr) ตังนั้นจึงไม่ได้อธิบายผลการทดลองที่ได้โดยใช้ทฤษฎีของโบร์ แต่เมื่อได้อ่านทฤษฎีของไอน์สไตน์ เรื่องปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (photoelectric) ฟรังก์กับแฮทช์ก็ตระหนักว่า พลังงาน 4.9 อิเล็กตรอนโวลด์ ที่ลดลงนั้นคือ พลังงานจลน์ที่อิเล็กตรอนได้สูญเสียไปในการกระตุ้นอะตอมปรอทให้อยู่ในสถานะกระตุ้น และเวลาอิเล็กตรอนกลับสู่สถานะพื้นฐาน มันจะปล่อยแสงความยาวคลื่น 253.6 นาโนเมตรออกมา เป็นรังสีอัลตราไวโอเลต ดังที่ โรเบิร์ต วู้ด (Robert Wood) สังเกตเห็น

            ฟรังก์รู้สึกยินดีมาก เพราะรู้ว่านี่เป็นเทคนิคหนึ่งที่สามารถใช้หาค่าคงตัวของพลังก์ได้ และเป็นวิธีที่น่าเชื่อถือกว่าวิธีจัดจากการแผ่รังสีของวัตถุร้อน การทดลองของฟรังก์กับแฮทซ์จึงยืนยันว่า แบบจำลองอะตอมของโบร์ที่อนุญาตให้อิเล็กตรอนในอะตอมสามารถมีพลังงานได้หลายค่าเป็นแบบจำลองที่ถูกต้อง

            เมื่อเกิดสงครามโลกครั้งที่หนึ่งในปี พ.ศ. 2457 ฟรังก์เข้ารับราชการทหารและถูกส่งไปปฏิบัติการที่สนามรบทางตอนเหนือของฝรั่งเศส โดยอยู่ใต้บังคับบัญชาของฟริทซ์ฮาเบอร์ (Fitz Haber (รางวัลในเบลสาขาเคมี ปี พ.ศ. 2461) ซึ่งพยายามใช้แก๊สพิษฆ่าศัตรู เมื่อได้ข่าวว่า ตนได้รับแต่งตั้งเป็นศาสตราจารย์มหาวิทยาลัยฟรีตริช วิลเฮล์ม (Friedrich-Wilhelm) จึงขอลาออกจากการเป็นทหาร เพื่อทำวิจัยเรื่องการใช้หน้ากากป้องกันแก๊สพิษ

            เมื่อสงครามโลกครั้งที่หนึ่งยุตีในปี พ.ศ. 2461 ฟรังก็กับแฮทซ์ได้ตีพิมพ์งานวิจัย เรื่องการแตกตัวเป็นไอออนและการกระตุ้นอะตอมของแก๊ส และได้แถลงความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมสองอะตอม หลักการนี้ได้รับการยืนยันว่าถูกต้องโดยเอ็ดเวิร์ด คอนดอน (Edward Condon) ซึ่งใช้กลศาสตร์ควอนตัมอธิบาย ทำให้เป็นที่รู้จักในนาม "หลักการของ Franck-Condon" ซึ่งใช้ศึกษาสเปกตรัมที่เกิดจากการกระตุ้นโมเลกุล

            หลังจากสงครามโลกครั้งทีหนึ่ง คนเยอรมันส่วนใหญ่ต้องใช้ชีวิตอย่างยากลำบาก เพราะความขัดแย้งได้เกิดขึ้นในสังคม เมื่อชาวนาชี และกลุ่มขวาจัดกล่าวหาว่าการที่เยอรมนีแพ้สงคราม เพราะประเทศถูกชาวยิวหักหลังในปี พ.ศ. 2463 ที่นีลส์ โบร์ (Niels Bohr) (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี พ.ศ. 2465) เดินทางมาเบอร์ลินเพื่อดูการทดลองที่ฟรังก์ยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีโบร์ ทั้งสองจึงสนิทสนมกันมาก

ภาพ เจมส์ ฟรังก์ (James Franck)
ที่มา  https://www.thefamouspeople.com/profles/james-franck-7076.php

            ในปี พ.ศ. 2468 ฟรั่งก์กับแฮทซ์ได้รับข่าวว่าเป็นผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี ทั้ง ๆ ที่โบร์ได้เสนอซื่อของฟรังก็ทุกปีตั้งแต่ปี พ.ศ. 2464 หลังการพิชิตรางวัลโนเบลฟรั่งก์ได้ข่าวว่าจะได้รับตำแหน่งผู้อำนวยการสถาบัน Principal Institute ที่เบอร์ลินแทนแนนสท์ แต่คำสั่งแต่งตั้งถูกฮิตเลอร์ยกเลิก เพราะฟรังก์มีสัญชาติยิว ฟรังก์จึงขอลาออกจากมหาวิทยาลัย เพื่อประท้วงการกดขี่ยิวโดยกองทัพนาซี และเมื่อหนังสือพิมพ์รายงานข่าวนี้ โรงพิมพ์ก็ถูกฮิตเลอร์สั่งปิด เหตุการณ์นี้ทำให้เพื่อน ๆ  ของฟรังก์ทั่วโลกเขียนจดหมายมาเชิญฟรังก์ไปทำงานด้วย

            ในปี พ.ศ. 2478 เมื่อมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอพกินส์ (John  Hopkins) ในอเมริกาเสนอตำแหน่งศาสตราจารย์ให้ฟรังก์ซึ่งต้องการหนีจากกองทัพนาซีไปให้ไกล จึงตอบตกลงแต่ปรากฏว่าฟรังก์อยู่ที่จอห์น ฮอพกินส์ (John Hopkins) ได้ไม่นาน เพราะมหาวิทยาลัยไม่มีทุนวิจัยให้ จึงไปรับงานใหม่ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก (Chicago University) และทำวิจัยเรื่องการสังเคราะห์อาหารของพืชด้วยแสง

            ที่ชิคาโก ฟรังก์ได้เริ่มทำงานวิจัยฟิสิกส์ของแข็งร่วมกับเอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์ (Edward Teller) เรื่องการดูดกลืนแสงโดยผลึก ซึ่งเป็นการวางรากฐานของทฤษฎีเอ็กชิตอน(exciton) ในของแข็ง และใช้แนวคิดนี้อธิบายสาเหตุที่แสงสีฟ้าสามารถกระตุ้นคลอโรพลาสต์ (chloroplast) ให้ทำงาน และฟรังก์ก็ตระหนักว่า ชีววิทยาแตกต่างจากฟิสิกส์ เพราะในฟิสิกส์ คำตอบที่ง่ายที่สุดมักเป็นคำตอบที่ถูกต้อง แต่ในชีววิทยาเหตุการณ์กลับตรงกันข้ามคือ คำตอบง่ายๆ มักผิดเพราะธรรมชาติมีกลไกที่ซับซ้อนในการปิดบังคำตอบอย่างไรก็ตาม ผลงานของฟรังก์เกี่ยวกับเรื่องนี้ทำให้ได้รับรางวัลรัมฟอร์ด (Rumford Prize) ของ American Academy of Arts and Science ในปี พ.ศ. 2498

            เหตุการณ์กองทัพญี่ปุ่นโจมตีเพิร์ล ฮาเบอร์ (Pearl Harbor) ในเดือนธันวาคม ปี พ.ศ. 2474 ทำให้สหรัฐฯ เข้าร่วมสงครามโลกครั้งที่ 2 นักฟิสิกส์อเมริกันถูกระดมเข้าร่วมใครงการสร้างระเบิดปรมาณู และเรดาร์โดยมีอาร์เธอร์คอมป์ตัน (Arthur Compton)  (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี พ.ศ. 2470) เป็นหัวหน้าในโครงการแมนฮัตต้น (Manhattan) และคอมป์ตันได้ขอให้ฟรังก็เป็นหัวหน้าสาขาเคมีที่มหาวิทยาลัยชิคาโกซึ่งฟรังก์ก็ตอบรับ ภายใต้เงื่อนไขว่า "ก่อนที่อเมริกาจะใช้ระเบิดปรมาณูในการทำลาย ฟรังก็ใคร่ขอเข้าชี้แจงเหตุผลด้วยตนเองต่อประธานาธิบดีสหรัฐฯ"

            งานในโครงการแมนฮัตตันที่ฟรังก์ทำ ส่วนใหญ่เป็นงานบริหาร เพราะงานเคมีมีเกล็น ซีบอร์ก (Glenn Seaborg) (รางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี พ.ศ. 2494) เป็นหัวหน้า เมื่อฝ่ายสัมพันธมิตรเริ่มได้เปรียบ และการสร้างระเบิดปรมาณูลูกแรกใกล้จะลุล่วง นักวิทยาศาสตร์ทุกคนในโครงการแมนฮัตตันเริ่มตระหนักดีว่า ผลกระทบที่เกิดจากการใช้ระเบิดปรมาณูจะมีมากมหาศาล ไม่ว่าจะในด้านสงครามหรือการเมือง

            หลังจากที่กองทัพนาซีพ่ายแพ้แก่กองทัพสัมพันธมิตรในเดือนพฤษภาคมปี พ.ศ. 2488 ฟรังก์ได้ปรารภว่า "การแข่งขันสร้างระเบิดปรมาณูจะเกิดขึ้นระหว่างสหรัฐกับรัสเซีย และขอให้กองทัพสหรัฐสาธิตอิทธิฤทธิ์ของระเบิดปรมาณูในสถานที่ ๆ ไม่มีมนุษย์อาศัย"

ภาพ เจมส์ ฟรังก์ (James Franck)
ที่มา https://twitter.com/crerarlibrary/status/769166457674399744

รายงานของฟรังก์เกี่ยวกับเรื่องนี้ มิได้ถูกนำไปเสนอต่อรัฐบาล เพราะในเดือนเมษายน ปี พ.ศ. 2488 ประธานาธิบดีรูสเวลต์ (Roosevelt) ถึงแก่กรรม และคอมป์ตันได้รับเลือกเป็นที่ปรึกษาของประธานาธิบดีแฮร์รี่ ทรูแมน (Harry Truman) คณะนักฟิสิกส์รางวัลโนเบลของอเมริกาได้นำรายงานของฟรังก์เสนอต่อรัฐมนตรีกลาโหม แต่รัฐมนตรีไม่ได้อ่าน ดังนั้นคอมป์ตันจึงเขียนบันทึกแปะติดที่รายงานว่า "ถ้ามีการใช้ระเบิดปรมาณู สงครามจะยุติเร็ว การสู้รบจะไม่ยืดเยื้อ และชีวิตของประชาชนนับล้านจะปลอดภัย"  ประธานาธิบดีทรูแมนเห็นด้วยกับการใช้ระเบิดปรมาณูถล่มฮิโรชิม่า (Hiroshima) และนางาซากิ (Nagasak) เพื่อยุติสงครามโลกครั้งที่สอง

            หลังสงครามโลกครั้งที่สอง ฟรังก์เริ่มช่วยบรรดาเพื่อนที่ถูกทหารนาซีกลั่นแกล้ง ให้หลบหนีออกจากเยอรมนีโดยได้ขอให้นานาชาติช่วยด้วย เพราะหลังสงครามเยอรมนีตกอยู่ในสภาพขาดแคลนอาหาร ทารกที่เกิดใหม่ต้องเสียชีวิตประมาณ 80 - 90%

            ในปี พ.ศ. 2490 มหาวิทยาลัยไฮเดลเบิร์ก (Heidelberg) ในเยอรมนี ได้เสนอตำแหน่งศาสตราจารย์ให้ฟรังก์ แต่เขาปฏิเสธ และบอกว่าบ้านใหม่ของเขาคืออเมริกา แต่ก็ยังตอบรับการได้รับเลือกเป็นสมาชิกของสมาคมมักซ์ พลังก์ (Max Planck) ในปี พ.ศ. 2494 ฟรั่งก์และแฮทซ์ได้รับเหรียญ Max Planck

            ในปี พ.ศ. 2507 ฟรังก์ได้หวนกลับไปเยี่ยมเพื่อนเก่าในเยอรมนีถึงวันที่ 21 พฤษภาคม ปี พ.ศ. 2507 หลังรับประทานอาหารเย็นกับอ็อตโต ฮาห์น (รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี พ.ศ.2487) ฟรังก์ได้ล้มลง และเสียชีวิตด้วยโรคหัวใจวายสิริอายุ 81 ปี

            บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://magazine.ipst.ac.th/

บรรณานุกรม

Hentschel, AM. (2011). Science and Conscience: The Life of Jamnes Franck. Stanford University Press.