แม้จะได้รับการยกย่องว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์อังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 18 (หลังจากที่ Newton เสียชีวิต) แต่ถ้าถามใครสักคนในสมัยที่ Henry Cavendish ยังมีชีวิตอยู่ว่ารู้จัก Cavendish หรือไม่ เขาก็จะตอบว่า "ไม่รู้จัก"

HENRY CAVENDISH
(ที่มา : http://www.famousscientists.org/henry-cavendish/)

            ทั้งนี้เพราะ Henry Cavendish แม้จะเป็นคนฉลาดระดับอัจฉริยะที่มีผลงานสำคัญมากมาย เช่น พบแก๊สไฮโดรเจน และเป็นผู้ที่หามวลของโลกเป็นคนแรก แต่เขามีบุคลิกภาพที่ประหลาดคือ เป็นคนขี้อายถึงระดับจิตผิดปกติ เช่น เวลานั่งรถม้าไปไหนมาไหน ก็จะปิดม่านหน้าต่างรถไม่ให้ใครเห็น ชอบเดินเล่นคนเดียวในเวลากลางคืน ไม่ชอบออกจากบ้านในเวลากลางวัน แม้ที่บ้านจะมีคนใช้ทำความสะอาด และหุงหาอาหารให้ แต่ Cavendish ก็ไม่ชอบพบปะเธอ ดังนั้น จึงใช้วิธีเขียนใบสั่งงานแทน มีอยู่ครั้งหนึ่ง Cavendish พบสาวใช้ที่หน้าบ้านโดยบังเอิญ เขารู้สึกทุกข์ใจมาก จึงสั่งให้สร้างบันไดหลังบ้านสำหรับให้เธอใโดยเฉพาะ และกำหนดว่า Cavendish เป็นผู้ใช้บันไดหน้าบ้านแต่เพียงผู้เดียว เวลานั่งรับประทานอาหารก็จะไม่โอภาปราศรัยกับใคร ชอบนั่งกินข้าวคนเดียว และทุกวันจะกินขาแกะทอดเป็นอาหารหลัก อีกทั้งไม่ชอบแต่งตัว และชอบใส่สู่ทชุดเดิม แม้วันเวลาจะผ่านไปหลายปีก็ตามสไตล์ของเสื้อผ้าที่สวมใส่ก็ยังเหมือนเดิม Cavendish จึงเป็นคนแต่งตัวตกยุค และเวลาออกสังคมชอบใส่หมวกปีกทรงสามเหลี่ยม และมักแขวนหมวกที่ขอแขวนเดิม บางคืนจะปีนขึ้นตันไม้ใหญ่หน้าบ้านเพื่อดูดาว และได้ติดตั้งเทอร์โมมิเตอร์บนหลังคาบ้าน เพื่อบันทึกอุณหภูมิของอากาศในแต่ละวัน

            นิสัยเหล่านี้แสดงชัดว่า Cavendish เป็นคนไม่แคร่ใคร และไม่มีความรู้สึกผูกพันกับใครหรือกับสิ่งใด ชีวิตจึงดำเนินไปเหมือนนาฬิกา คือซ้ำ ๆ ซากู ๆ แต่ตรงเวลา

            กระนั้น Cavendish ก็ยังมีส่วนดีอยู่บ้าง คือเป็นคนรวยที่มีใจเมตตา อีกทั้งรักวิทยาศาสตร์และคิดว่า ความรักที่มี่นี้เพียงพอสำหรับชีวิตของเขาแล้วตามปกติ Cavendish ไม่ชอบพูดโอ้อวดความสำเร็จของตัวเอง และชอบเก็บความรู้สึกไม่ว่าจะเสียใจหรือดีใจเกี่ยวกับอะไรก็ตาม Cavendish จะไม่ปริปากเล่าคนอื่น ดังนั้นจึงเป็นเรื่องไม่น่าแปลกใจเลยที่หลังจากที่ Cavendish ได้ตายจากไปนานนับศตวรรษ จึงมีคนพบงานวิจัยของ Cavendish อีกหลายชิ้นที่โลกไม่เคยรู้มาก่อน

            Henry Cavendish เกิดเมื่อ ค.ศ.1731 (รัชสมัยพระภูมินทราชา) ในปีที่ Cavendish ถือกำเนิด Isaac Newton เสียชีวิตแล้ว 4 ปี Benjamin Franklin อายุ 25 ปี และ Leonhard Euler มีอายุ 24 ปี บิดาของ Cavendish ชื่อ Lord Charles Cavendish เป็นลูกคนที่ 3 ของ Duke of Devonshire ที่ 2 เมื่อบิดาแต่งงานกับ Lady Anne Grey นั้นสุขภาพของเธอไม่ดีเลย ดังนั้น เมื่อเธอตั้งครรภ์ แพทย์จึงแนะนำให้ครอบครัวไปพักผ่อนที่เมือง Nice ในฝรั่งเศส และเธอได้คลอดลูกคนแรกชื่อ Henry Cavendish เมื่อวันที่ 10 ตุลาคม ค.ศ.1731 อีกส่องปีต่อมา หลังจากที่คลอดลูกคนที่ 2 ได้ไม่นาน มารดาก็เสียชีวิต Cavendish จึงกำพร้ามารดาตั้งแต่มีอายุได้ 2 ขวบ

            Cavendish เข้าเรียนหนังสือที่โรงเรียนชื่อ Hackney Academy ในลอนดอน ซึ่งเป็นโรงเรียนสำหรับลูกของเศรษฐี จากที่นี่ Cavendish ได้ไปเรียนต่อในระดับมหาวิทยาลัยที่ St. Peter's College แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge เป็นเวลา 4 ปี จากนั้นบิดาได้ให้ Cavendish เดินทางแบบ Grand Tour ไปยุโรปซึ่งเป็นประเพณีที่นิยมทำในสมัยนั้น Cavendish ได้เดินทางไปฝรั่งเศส เพื่อเรียนคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่ปารีส

            เมื่อกลับถึงอังกฤษ Cavendish ได้เข้าพักกับบิดาที่บ้าน ซึ่งตั้งอยู่ที่ถนน Great Marlborough ในย่าน Soho ของลอนดอน และพำนักอยู่ที่นั่นนานเกือบ 30 ปี เพราะบิดาของ Cavendish เป็นนักฟิสิกส์ที่มีความสามารถอีกทั้งยังเป็นสมาชิกของ Royal Society ด้วย ดังนั้น Cavendish จึงเริ่มใช้ชีวิตวิทยาศาสตร์โดยการทำงานเป็นผู้ช่วยในห้องปฏิบัติการของบิดา เพื่อทดลองเรื่องไฟฟ้า ความร้อน และแม่เหล็ก ซึ่งได้ทำให้ James Clerk Maxwell ซึ่งได้อ่านผลงานของ Cavendish ในเวลาต่อมารู้สึกประทับใจมาก

            เมื่อบิดาเสียชีวิตในปีค.ศ. 1783 Cavendish ได้รับมรดกเป็นเงินมหาศาล ทำให้เป็นมหาเศรษฐีที่ร่ำรวยที่สุดในอังกฤษ แต่ Cavendish ก็ยังใช้ชีวิตอย่างสมถะเหมือนเดิม

            Cavendish มีบ้านหลายหลัง โดยเฉพาะบ้านที่ Clapham ซึงตั้งอยู่ทางใต้ของลอนดอน มีอุปกรณ์ทดลองวิทยาศาสตร์มากมาย และมีห้องสมุดขนาดใหญ่ให้นักวิชาการซึ่งเป็นเพื่อน ๆ ของบิดามาคันคว้าCavendish ได้จ้างบรณรักษ์มาดูแลห้องสมุดนี้และให้เงินเดือนค่อนข้างสูง ที่บริเวณนอกบ้านมีต้นไม้ขนาดใหญ่ให้ Cavendish ปีนขึ้นไปสังเกตดูดาวในท้องฟ้าด้วยกล้องโทรทรรศน์ และจดบันทึกข้อมูลดินฟ้าอากาศ และที่ Clapham นี้เอง Cavendish ได้พบว่าน้ำประกอบด้วยไฮโดรเจนกับออกซิเจน

            ตามปกติเวลาทดลองวิทยาศาสตร์ Cavendish มี Charles Blagden เป็นผู้ช่วย ครั้นเมื่อ Blagden ได้รับเลือกเป็นเลขานุการของ Royal Society ทำให้ต้องติดตามนายกสมาคมเดินทางไปเยือนยุโรปบ่อย จึงขอลาออกจากการเป็นผู้ช่วย และ Cavendish ก็ได้ให้เงินตอบแทนเป็นการสมนาคุณ 500 ปอนด์ และได้เขียนในพินัยกรรมว่าจะมอบเงิน 15,000 ปอนด์เป็นมรดกให้ Blagden ด้วยเมื่อถึงเวลาที่ Cavendish เสียชีวิต

            Henry Cavendish สนใจธรรมชาติหลายเรื่อง และชอบทดลองวิทยาศาสตร์เพื่อวัดค่าตัวแปรต่าง ๆ อย่างละเอียด โดยใช้อุปกรณ์ง่าย ๆ และใช้คณิตศาสตร์ช่วยเพื่อตั้งกฎและทฤษฎีวิทยาศาสตร์

            Cavendish ไม่ชอบถกเถียงเชิงวิชากรกับผู้ใด (นิสัยเหมือน Newton) ดังนั้น จึงมีผลงานที่ตีพิมพ์จำนวนค่อนข้างน้อย แต่เขาได้บันทึกองค์ความรู้ที่เขาพบทุกเรื่องอย่างมีขั้นตอน เมื่อ Cavendish ตาย เขาได้มอบผลงานทุกชิ้นของเขาแก่ James Clerk Maxwell ซึ่งทำให้ Maxwell ตื่นเต้น เพราะได้พบว่า Cavendish รู้ความจริงของธรรมชาติหลายเรื่องที่ไม่มีใครรู้มาก่อน เช่น เรื่องไฟฟ้าสถิต วิธีวัดค่าของประจุไฟฟ้า และการทดลองให้กระแสฟฟ้าไหลผ่านร่างกายคน รวมถึงได้ออกแบบสายล่อฟ้าร่วมกับ Benjamin Franklin  เพื่อนำไปติดตั้งที่ยอดตึกเป็นการป้องกันอันตรายจากฟ้าผ่า

            ถึง Cavendish ไม่ชอบเข้าสังคมเลย แต่ก็ได้พยายามฝืนใจโดยการออกงานสังคมในลอนดอนบ้าง เมื่ออายุ 29 ปี Cavendish ได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ Royal Society ซึ่งมีกฎบังคับสมาชิกทุกคนให้นำภาพเหมือนของตนมามอบให้สมาคม แต่ Cavendish มิได้ปฏิบัติตาม นายกสมาคมจึงต้องจ้างจิตรกรมาแอบวาดภาพของ Cavendish ขณะเขานั่งกินอาหารเย็นคนเดียว

            ผลงานวิทยาศาสตร์ของ Cavendish ที่มีมากมายทำให้ได้รับเลือกเป็นสมาชิกต่างชาติของ Paris Academy of Sciences และเป็น F.R.S.A. (Fellow of the Royal Society of Arts) รวมถึงเป็นผู้อำนวยการที่มีหน้าที่ดูแลรับผิดชอบ British Museum ด้วย

            เมื่ออายุเกือบ 70 ปี Cavendish ได้ทำการทดลองเรื่องหนึ่งซึ่งทำให้เขามีชื่อเสียงโด่งดังมาก นั่นคือ การวัดหาค่าความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกซึ่งเป็นปัญหาที่ไม่มีใครในสมัยนั้นรู้คำตอบ เพราะการจะเอาโลกขึ้นตาชั่งนั้นเป็นเรื่องที่ไม่มีใครทำได้ ดังนั้น Cavendish จึงต้องคิดหาวิธีอื่น คือใช้กฎของ Newton ซึ่งแถลงว่า แรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างวัตถุ 2 ก้อนที่มีมวลM กับ m เมื่ออยู่ห่างกัน จะสามารถหาได้จากสูตร F = GMm/r² ดังนั้นจากสูตรนี้ 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 เป็นมวลโลก

            เมื่อไม่รู้วิธีจะวัดมวลของโลก Cavendish จึงสมมุติให้โลกประกอบด้วยน้ำที่ผิวและมีหินที่แกนกลาง แล้วคำนวณพบว่า ความหนาแน่นโดยเฉลี่ยของโลกมีค่าประมาณ 6 เท่าของความหนาแน่นของน้ำ

            ในปี ค.ศ.1772 ทาง Royal Society ได้ตั้งคณะกรรมการชุดหนึ่งขึ้นมาหามวลของโลก โดยจะวัดแรงดึงดูดระหว่างภูเขากับเพนดูลัมที่แขวนอยู่ใกล้ภูเขา แต่ไม่ได้ผล เพราะแรงดึงดูดดังกล่าวมิได้ทำให้แนวของเพนดูลัมเบี่ยงเบนจากแนวดิ่งมาก นอกจากนี้นักทดลองก็ไม่รู้ตำแหน่งจุดศูนย์กลางมวล และมวลของภูเขาด้วย

            นักฟิสิกส์ซื้อ John Mitchel จึงเสนอวิธีวัดใหม่โดยให้ศึกษาแรงดึงดูดระหว่างทรงกลม 2 ลูกที่รู้ค่ามวล และระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของทรงกลมอย่างแน่ชัด จากนั้นให้นำแรงที่ได้ไปเปรียบเทียบกับแรงที่โลกดึงดูดทรงกลม ก็จะทำให้รู้มวลโลก

            ในการนี้ Mitchel ได้ออกแบบสร้างตาชั่งบิด (torsion balance) แต่เขาทำยังไม่ลุล่วงก็เสียชีวิตก่อน Henry Cavendish จึงนำแนวคิดของ Mitchell ไปสานต่อ โดยใช้ลูกบอลขนาดเล็ก 2 ลูก และลูกบอลขนาดใหญ่ 2 ลูก แล้วนำลูกบอลเล็กทั้งสองไปติดแผ่นที่ปลายท่อนไม้เบาซึ่งยาวประมาณ 6 ฟุต จากนั้นแขวนท่อนไม้ให้อยู่ในแนวนอนด้วยลวดที่ยาว 40 นิ้ว อุปกรณ์นี้ถูกแขวนอยู่ในภาชนะปิด โดยไม่ให้ลม หรือลมหายใจของคนรบกวน และ Cavendish ก็ได้พบว่า เมื่อนำลูกบอลขนาดใหญ่ที่มีมวล 150 กิโลกรัม ไปวางใกล้ลูกบอลขนาดเล็ก มีมวล 0.7 กิโลกรัม แรงดึงดูดระหว่างมวลทั้งสองจะทำให้ลวดที่แขวน บิดตัวไปเล็กน้อย ซึ่งจะวัดได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ การรู้มวลของลูกบอลทั้งสี่และระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางมวลของลูกใหญ่กับลูกเล็ก รวมถึงรู้ค่า G โดยประมาณทำให้ Cavendish สามารถวัดมวลของโลกได้ และเมื่อรู้รัศมีของโลก เขาก็พบว่า ความหนาแน่นของโลกโดยเฉลี่ย = 5.44 เท่าของความหนาแน่นของน้ำ (ค่าปัจจุบันคือ 5.518)

            Henry Cavendish เสียชีวิตเมื่อวันที่ 24 กุมภาพันธ์ ค.ศ.1810 สิริอายุ 78 ปี ศพของเขาถูกนำไปฝังที่ All Saints Church ในแคว้น Derby เพราะเป็นคนไม่มีครอบครัว ดังนั้นเขาจึงได้มอบเงินมรดกทั้งหมดให้มหาวิทยาลัย Cambridge เพื่อจัดตั้งเป็นทุนวิจัยแก่อาจารย์ และจัดให้มีตำแหน่ง Cavendish Professorship of Experimental Physics แห่ง Cavendish Laboratory ด้วย

            ณ วันนี้ เทคนิคการวัดมวลของโลกที่ Henry Cavendish ออกแบบได้ถูกนำไปใช้ในการวัดค่า G อย่างละเอียด เป็นการตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีสนามของ Dirac ซึ่งได้ตั้งสมมติฐานว่า G มิได้มีค่าคงตัวแต่ขึ้นกับเวลา

            ดังเช่นในปี ค.ศ. 1996 Jens Gundlach แห่งมหาวิทยาลัย Washington ได้วัดค่า G โดยใช้เลเซอร์วัดมุมที่ลวดบิดไปซึ่งมีขนาดเล็กมาก และให้ระบบกวัดแกว่งไปมาในสุญญากาศด้วยคาบละ 10 นาที เขาได้พบว่า G มีค่าไม่เปลี่ยนแปลงคือคงตัวอย่างผิดพลาดไม่เกิน +0.0015%

            อีก 4 ปีต่อมา เขาก็ได้วัดค่า G อีก และพบว่า ค่า G ที่วัดได้ ผิดพลาดไม่เกิน +0.0014%

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

บรรณานุกรม

Krebs, R. E. (2004). Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discovery of the middle Ages and the Renaissance. London: Greenwood Press.