ปัญหาหนึ่ง ที่สนใจกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ คือ แสงเคลื่อนที่ได้เร็วเพียงใด Galleo Galilei ได้เคยขอให้ศิษย์และตนเองยื่นบนเขาสองลูกที่รู้ระยะห่างกัน เมื่อถึงเวลาที่กำหนดก็ให้ศิษย์จุดตะเกี๋ยง แล้ว Galilec พยายามวัดเวลาที่ใช้ในการเดินทางของแสง ผลปรากฏว่า เขาจับเวลาไม่ได้ เพราะแสงเคลื่อนที่เร็วมากจนประสาทมือจับเวลาไม่ทัน

            Rene Descartes นักคณิตศาสตร์ฝรั่งเศสก็คิดเช่นกันว่า แสงมีความเร็วสูงถึงอนันต์ คือสามารถเดินทางจากแหล่งกำเนิดถึงจุดหมายปลายทางได้ โดยไม่ใช้เวลาเลย

            แต่มีนักวิทยาศาสตร์ท่านหนึ่ง ที่เคยเห็นพ้องกับ Descartes ว่ามนุษย์คงไม่สามารถวัดความเร็วของแสงได้ แต่ในเวลาต่อมากลับเปลี่ยนใจและคิดว่า ถ้าวัดความเร็วของแสงบนโลกไม่ได้ ก็ต้องพยายามวัดความเร็วของแสงบนสวรรค์เขาผู้นั้นชื่อ Olaus Christen Roemer

            Olaus Christen Roemer เกิดเมื่อวันที่ 25 กันยายน ค.ศ.1644 (ตรงกับรัชสมัยพระเจ้าปราสาททอง) ที่เมือง Arhus เดนมาร์ก ในปีที่ Roemer ถือกำเนิดนั้น Isaac Newton มีอายุ 2 ขวบ Galileo ได้เสียชีวิตไปแล้ว 2 ปีส่วน Christiaan Huygens มีอายุ 15 ปี และ Giovanni Cassini มีอายุ 19 ปี สำหรับ Edmond Halley ยังไม่เกิดมาดูโลกจนอีก 12 ปี บุคคลทั้งหมดที่กล่าวมามีความสนใจและมีผลงานเรื่องแสงทั้งสิ้น

ภาพที่ 1 Olaus Christen Roemer
ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Ole_R%C3%B8mer#/media/File:R%C3%B8mer,_Ole_(ur_Ber%C3%B8mte_danske_maend).jpg

            บิดาของ Roemer มีอาชีพเป็นพ่อค้า มารดาเป็นบุตรสาวของสมาชิกสภาเมือง Arhusในวัยเด็ก Roemer เรียนหนังสือเก่งมาก เมื่ออายุ 18 ปี เขาสำเร็จการศึกษาจากโรงเรียนสอนศาสนาแห่ง Arhus แล้วไปศึกษาต่อที่มหาวิทยาลัย Copenhagen โดยมี Rasmus Bartholin เป็นอาจารย์สอน (Bartholin คือผู้พบปรากฏการณ์การหักเหคู่ (double refraction) ของแสงในผลึก calcite ที่เกิดขึ้นเวลารังสีแสงผ่านเข้าไปในผลึก จะถูกแยกออกเป็นสองรังสี) ความสามารถทางวิชาการของ Roemer ทำให้ Bartholin รู้สึกประทับใจมาก จึงมอบหน้าที่ให้เป็นผู้วิเคราะห์ข้อมูลดาราศาสตร์ของ Tycho Brahe มาตีพิมพ์ในวารสารของมหาวิทยาลัย

            ชื่อเสียงและความสำเร็จในการทำงานของ Roemer ในเรื่องนี้ได้เป็นที่เลื่องลือถึงวงการวิชาการในต่างประเทศ จนพระเจ้าหลุยส์ที่ 14 แห่งฝรั่ง,ศสทรงเชิญให้ Roemer เป็นพระอาจารย์ถวายพระอักษรแด่มกุฎราชกุมารของฝรั่งเศสและเป็นนายช่างที่มีหน้าที่สร้างน้ำพุที่พระราชวัง Versailles ของพระองค์ด้วย

            หลังจากที่เสร็จภาระงานในฝรั่งเศส ในปี ค.ศ. 1681 Roemerวัย 37 ปี ได้เดินทางกลับเดนมาร์กเพื่อเข้ารับตำแหน่งศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัย Copenhagen และเข้าพิธีสมรสกับ Anne Bartholin ผู้เป็นบุตรสาวของอดีตอาจารย์ที่ปรึกษา

            Roemer ชอบงานด้านดาราศาสตร์มาก หลังจากที่ได้สร้างกล้องดูดาวเพื่อใช้วิจัยค้นคว้าที่มหาวิทยาลัยแล้ว เขาได้ใช้เวลาอีก 10 ปีเพื่อศึกษาดวงจันทร์ทั้ง 4 ของดาวพฤหัสบดีที่ Galileo พบจนมีข้อมูลเกี่ยวกับ lo, Europa, Callisto และ Ganymede ที่สมบูรณ์ยิ่งกว่าที่บรรดานักดาราศาสตร์ต่าง ๆ เคยค้นพบ

            เมื่อ French Academy of Sciences ต้องการรู้วิธีวัดตำแหน่งเส้นแวงของสถานที่ทุกแห่งบนโลก สถาบันได้ส่งนักดาราศาสตร์ไปขอคำแนะนำจาก Roemer ซึ่งก็ให้ความช่วยเหลือเป็นอย่างดี จนสถาบันพอใจมาก จึงขอให้ Roemer ไปดำรงตำแหน่งนักดาราศาสตร์ผู้ช่วยของ Giovanni Cassini ที่ Paris ซึ่งถือเป็นเกียรติสูงมาก เพราะในเวลานั้นฝรั่งเศสคือศูนย์กลางการวิจัยดาราศาสตร์ของโลก อันเป็นผลจากการมีพระเจ้า Louis ที่ 14 (ซึ่งมีพระสมัญญาว่า Sun King) ทรงเป็นองค์อุปถัมภ์วิทยาการดาราศาสตร์ นอกจากนี้พระองค์ยังทรงให้สร้างหอดูดาวแห่งปารีสซึ่งมีกล้องโทรทรรศน์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในโลกด้วย และหอดูดาวนี้มีผู้อำนวยการเป็นนักดาราศาสตร์ซื่อ Giovanni Cassini ผู้มีชื่อเสียงมากจากการพบช่องว่างระหว่างวงแหวนของด้าวเสาร์ (Cassini gap)

            ความยิ่งใหญ่ของวงการดาราศาสตร์ฝรั่งเศสในเวลานั้นมีมากถึงระดับที่ในปี ค.ศ. 1667 นักดาราศาสตร์ฝรั่งเศสได้เปลี่ยนแปลงให้เส้นแวงที่ 0 องศา ลากผ่านหอดูดาวที่ Paris ซึ่งโปรตุเกสเคยเป็นประเทศมหาอำนาจทางทะเลได้กำหนดให้เส้นแวงที่  0 องศาลากผ่านหมู่เกาะ Madeira ของโปรตุเกสในปี ค.ศ. 1509 มาแล้ว แต่ครั้นเมื่อถึงเวลาที่นักวิทยาศาสตร์อังกฤษมีความสามารถสูงสุดด้านดาราศาสตร์บ้าง อังกฤษได้กำหนดให้เส้นแวงที่ 0 องศาลากผ่านหอดูดาวที่เมือง Greenwich ในปี ค.ศ. 1884 และโลกก็ยังใช้เส้นนี้มาจนทุกวันนี้

            ในการกำหนดเส้นแวงของสถานที่ต่าง ๆ บนโลกเป็นเรื่องสำคัญมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับนักเดินเรือในทะเล และนักทำแผนที่ เพราะการรู้ตำแหน่งที่แม่นยำของเรือจะทำให้เรือปลอดภัยจากการชนหินฺโสโครก เมื่อการรู้ตำแหน่งเส้นแวงเป็นปัญหาที่สำคัญมากเช่นนี้ สมเด็จพระเจ้า Philip ที่ 3 แห่งสเปนจึงทรงสัญญาว่าจะประทานรางวัลให้แก่ผู้ที่สามารถทำเรื่องนี้ได้สำเร็จเป็นคนแรก

            แต่ปัญหาที่นักประดิษฐ์ทุกคนต้องประสบคือไม่มีใครในโลกมีนาฬิกาที่สามารถเดินได้เที่ยงตรง เพราะนาฬิกาลูกตุ้มเพนดูลัมของ Galileo จะกวัดแกว่งอย่างไม่สม่ำเสมอ ขณะเรือกำลังโคลงเคลงในทะเล เวลาถูกคลื่นชัดและพายุพัด Roemer จึงคิดว่า ถ้ำการวัดเวลาอย่างเที่ยงตรงบนโลกเป็นเรื่องที่ทำไมได้ ทางออกหนึ่งคือ ใช้ดาวบนฟ้าในการบอกตำแหน่งของเส้นแวง และพบว่า ดวงจันทร์ชื่อ I- ของดาวพฤหัสบดีสามารถใช้บอกตำแหน่งเส้นแวงได้ ด้วยการจับเวลาที่ I0 ถูกดาวพฤหัสบดีบดบัง โดยใช้ผู้สังเกตที่อยู่สองตำแหน่งบนโลก คือ ที่ Copenhagen กับที่ Paris ซึ่งจะได้เวลาแตกต่างกัน และค่าแตกต่างนี้สามารถบอกความแตกต่างระหว่างองศาของเส้นแวงที่ลากผ่านเมืองทั้งสองได้

            แต่ Roemer ก็รู้สึกประหลาดใจมาก เมื่อพบว่า ที่หอดูดาวParis เพียงแห่งเดียว กลับจับเวลาในการเกิดจันทรคราสของ Io ได้ต่างกัน (การสังเกตนี้จึงยืนยันว่า แสงมิได้มีความเร็วอนันต์เพราะถ้าแสงมีความเร็วดั่งกล่าว เวลาในการเห็นจันทรคราสจะไม่แตกต่างกัน) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเขาได้พบว่า ถ้าเวลาในการสังเกตแตกต่างกัน 6 เดือน เวลาในการเกิดจันทรคราสของ 10 จะต่างกันถึง 22 นาที (เวลาที่ถูกต้องคือ 16.5 นาที) ตัวเลขที่แตกต่างกันนี้จะเกิดเวลาโลกกับดาวพฤหัสบดีโคจรในทิศเดียวกัน นั่นคือเวลาโลกกับดาวพฤหัสบดีอยู่ข้างเดียวกับของดวงอาทิตย์ โดยเวลาที่เกิดจันทรคราสจะสั้น แต่เวลาโลกอยู่ตรงข้ามกับดาวพฤหัสบดี เวลาที่เกิดจันทรคราสจะยาว

            ในเวลาต่อมา Roemer ก็ตระหนักว่า เวลาที่แตกต่างกันเกิดจากการที่แสงต้องใช้เวลาในการเดินทางเป็นระยะทางเท่ากับความยาวของเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรของโลก และเมื่อเขาใช้สูตรว่า ความเร็ว = ระยะทาง/เวลา เขาก็รู้ความเร็วของแสงทันที

            แต่ Roemer ไม่มีข้อมูลเรื่องความยาวเส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ เขาจึงต้องอาศัยข้อมูลของCassini ซึ่งได้ค่าเท่ากับ 292 ล้านกิโลเมตร (ตัวเลขจริง 300 ล้านกิโลเมตร และเมื่อเวลาที่ใช้ดูจันทรคราสแตกต่างกัน 22 นาที = 1,320 วินาที) Roemer ก็ได้ค่าความเร็วแสงเท่ากับ 221,212 กิโลเมตร/วินาที ตัวเลขความเร็วของแสงในปัจจุบันคือ 299,792.458 กิโลเมตร/วินาที

ผลคำนวณของ Roemer จึงผิด "เพียง" 26 % ซึ่งนับว่า "ดีมาก" ถ้าพิจารณาความไม่สมบูรณ์ของอุปกรณ์ที่เขาใช้วัดความยากลำบากในการสังเกตจันทร์คราส เพราะดาวพฤหัสบดีอยู่ไกลจากโลกมาก และกล้องโทรทรรศน์ก็ไม่ได้มีคุณภาพนอกจากนี้การประมาณที่อ้างว่า วงโคจรทั้งของโลก และของดาวพฤหัสบดีเป็นวงกลมนั้นก็นับว่าไม่ถูกต้อง เพราะวงโคจรของดาวทั้งสองเป็นวงรี

Roemer นำเสนอผลงานนี้ต่อสมาคม French Academy of Sciences และผลงานถูกนำไปตีพิมพ์ในวารสาร Journal des Scavans ของสมาคมฉบับวันที่ 7 ธันวาคม ค.ศ.1676 แต่ผลงานนี้ก็ยังไม่เป็นที่ยอมรับในทันที เพราะ Roemer ใช้แบบจำลองระบบสุริยะของ Copernicus ซึ่ง Cassini ไม่ศรัทธาในทฤษฎีนี้ จนกระทั่ง James Bradley ทดลองวัดความเร็วของแสงด้วยวิธีสังเกตความคลาดแสงดาว (aberration of starlight) ในปี ค.ศ. 1727 ซึ่งก็ใช้ดวงจันทร์ Io เช่นกัน

            ความสำเร็จนี้ทำให้หอดูดาวแห่ง Paris นำแผ่นจารึกแสดงความสำเร็จของ Roemer มาติดตั้งเพื่อเป็นที่ระลึกในการวัดค่าความเร็วของแสงเป็นครั้งแรก และความเร็วนี้ในเวลาต่อมาได้ถูกแทนด้วยตัวอักษร c ซึ่งมาจากคำละตินว่า celeritas ที่แปลว่าความว่องไว

            ความสำเร็จของ Roemer ครั้งนี้เกิดขึ้นก่อนที่ Newton จะเขียนตำรา Principia ถึง 11 ปี แต่ Newton ไม่เคยสนใจ และไม่ได้ให้ความสำคัญในการวัดของ Roemer จะมีก็แต่ Christiaan Huygens เท่านั้นที่ตระหนักในความสำคัญของผลงาน เพราะได้กล่าวยืนยันว่า หลักการของ Roemer ในการวัดความเร็วของแสงนั้นถูกต้อง

            นอกจากจะวัดความเร็วแสงได้แล้ว Roemer ยังได้แบ่งเวลาทำงานในตำแหน่งผู้อำนวยการแห่งหอดูดาว Round Tower ในกรุง Copenhagen ริเริ่มให้มีการนำปฏิทิน Gregory มาใช้ในเดนมาร์ก บุกเบิกการนำมวลมาตรฐาน และความยาวมาตรฐานมาใช้ในประเทศ ประดิษฐ์เทอร์โมมิเตอร์แบบ Roemer ที่มีสเกลตั้งแต่ 0 ถึง 80 องศา โดยูให้ 0 องศาแสดงจุดเยือกแข็ง และ 80 องศาแสดงจุดเดือดของน้ำ

            นอกจากจะมีผลงานวิทยาศาสตร์แล้ว Roemer ยังทำงานในตำแหน่งผู้ว่ากรุง Copenhagen เป็นผู้พิพากษาประจำศาลฎีกา เป็นตำรวจ และในบางครั้งก็ทำงานเป็นหัวหน้าหน่วยดับเพลิงด้วย

            Roemer เสียชีวิตเมื่อวันที่ 19 กันยายน ค.ศ.1710 ที่กรุง Copenhagen สิริอายุ 65 ปี ณ วันนี้ความเร็วแสงเป็นค่าที่มีความสำคัญมากในธรรมชาติหลังจากที่ Einstein ได้กำหนดให้สสารทุกชนิด หรือแม้แต่คลื่นต่าง ๆ ก็มีความเร็วไม่เกินความเร็วของแสง

            ในปี ค.ศ. 1983 องค์การ International System of Units ได้กำหนดให้ระยะทาง 1 เมตร คือระยะทางที่แสงเดินทางโดยใช้เวลา 1/299,792.458 วินาที ตามคำจำกัดความนี้ ความเร็วของแสงจึงมีค่าคงตัว

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

บรรณานุกรม

Mackay, R.J. and Oldford, R,W. (2000) Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light. Statistical Science, 15(3), 254-278.