ในเดือนมกราคม พ.ศ.2477 (ตรงกับรัชสมัยของพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 7 แห่งกรุงรัตนโกสินทร์) สามี-ภรรยาคู่หนึ่ง ทำงานอยู่ที่ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัย กรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส พวกเขาได้ยิงอนุภาคชนิดหนึ่งที่เรียกว่า แอลฟา ไปยังแผ่นอลูมิเนียม อ่านถึงตรงนี้อาจมองว่างานของเขาก็ง่ายๆ และอาจจะฟังยากว่านี่เป็นเหตุการณ์ที่สำคัญมากทีเดียว
เราจะไม่ใส่ใจในรายละเอียดทางเทคนิคนัก ขอเริ่มตรงที่ว่า สามี-ภรรยาคู่นี้ ชื่อว่า Frederic Joliot และ Irene Curie นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส อนุภาคแอลฟาที่ใช้ได้มาจากโลหะกัมมันตรังสี ที่ชื่อว่า Polonium ซึ่งถูกพบ 36 ปีก่อนหน้านี้ โดยพ่อและแม่ของ Irene , Pierre กับ Marie Curie ผู้ค้นพบเรเดียม สิ่งที่ Frederic และ Irene พบก็คือ เมื่ออลูมิเนียมถูกระดมยิงด้วยอนุภาคแอลฟา มันจะกลายเป็นสารกัมมันตรังสีด้วย
เป็นสิ่งที่แปลกประหลาดทีเดียวในช่วงเวลานั้น แต่ ณ ปัจจุบันสารธรรมดาถูกทำให้เป็นสารกัมมันตรังสีทุกวัน ถึงอย่างนั้นนักฟิสิกส์ก็ไม่สามารถเร่งการกระทำสิ่งนี้ให้เกิดขึ้นในธรรมชาติได้ เป็นเพียงแสดงให้เห็นว่าธรรมชาติทำงานอย่างไร ซึ่งขณะนี้เรารู้แล้วว่าชนิดของรังสีที่เกิดในลักษณะนี้เกิดขึ้นบ่อยทีเดียวในธรรมชาติ เช่น การเกิดสารกัมมันตรังสีบนดวงดาวหรือชั้นบรรยากาศโลกที่ถูกรังสีคอสมิกพุ่งชน
ผลการทดลองของ Frederic และ Irene ผ่านการตีพิมพ์ต่างๆ ยังความตื่นเต้นให้แก่วงการฟิสิกส์อย่างมาก ไม่นานก็มีคนจำนวนมากดำเนินการคล้ายๆ กันตามมา หนึ่งนั้นก็คือ Enrico Fermi นักฟิสิกส์หนุ่มแห่งมหาวิทยาลัยโรม แต่เฟอร์มิกลับทำในสิ่งที่เป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญยิ่งขึ้นไปอีก เรื่องราวบางส่วนถูกเล่าผ่านหนังสือ Atom in the Family โดยภรรยาของเฟอร์มิ ว่า
" เขาตัดสินใจที่จะสร้างสารกัมมันตรังสีประดิษฐ์ขึ้น แต่แทนที่จะใช้อนุภาคแอลฟา เขากลับใช้อนุภาคนิวตรอนแทน เหตุผลก็คือมันไม่มีประจุจึงไม่ถูกต่อต้านโดยประจุในนิวเคลียส ระยะการเคลื่อนที่จึงมากกว่าอนุภาคแอลฟา ในขณะที่ยังคงพลังงานและอัตราเร็วของนิวตรอนในระดับที่สูงกว่า โอกาสการชนอยางจังก็อนุภาคก็มากกว่าอีกด้วย "
โดยปกตินักฟิสิกส์จะถูกชี้นำโดยทฤษฎีและการออกแบบการทดลองก็จะเป็นไปตามทฤษฎีนั้นๆ แต่ในช่วงเวลานั้นกลับไม่มีทฤษฎีใดอธิบายเหตุการณ์ได้ มีเพียงผลเชิงประจักษ์จากการทดลองเท่านั้นที่แสดงให้เห็นว่าสารกัมมันตรังสี ถูกประดิษฐ์ได้จากการยิงอนุภาคนิวตรอน เฟอร์มิขณะอายุ 33 ปี ซึ่งโดดเด่นอยู่แล้วในด้านฟิสิกส์ทฤษฎีจึงเริ่มออกแบบการทดลองเพื่อแก้ปัญหาในประเด็นนี้ สิ่งแรกที่ต้องทำคือหาอุปกรณ์ตรวจวัดรังสีที่ออกจากสารกัมมันตรังสี ที่ดีที่สุดตอนนั้นคือ เครื่องนับไกเกอร์ (Geiger Counters) แต่ถึงอยางนั้นก็ตามเครื่องมือวัดนี้ยังใหม่มาก(ในปี พ.ศ.2477)และยังอ่านค่าออกมาไม่ได้ ทำให้เฟอร์มิต้องสร้างมันขึ้นมาเอง
เครื่องมือวัดและนับรังสี(อนุภาค)ได้ในที่สุดแต่เฟอร์มิต้องการแหล่งกำเนิดนิวตรอนอิสระด้วย เขาได้ใช้ผงเบอร์ริลเลี่ยมหุ้มห่อแก๊สเรดอนซึ่งเป็นสารกัมมันตรังสีในหลอดแก้ว โดยหวังให้อนุภาคแอลฟาจากเรดอนกระแทกเข้ากับนิวเคลียสของเบอร์ริลเลียมจนนิวตรอนกระเด็นหลุดออกมา ซึ่งมันก็เป็นดังที่เขาคิด
ในตอนนี้เฟอร์มิก็มีกระสุนนิวตรอนที่พร้อมแล้วสำหรับการทดลอง เขาเริ่มต้นกับอนุภาคที่เบาก่อน เช่น ไฮโดรเจน ไล่ไปหาหนัก ผลการยิงนิวตรอนไปยังไฮโดรเจนไม่พบอะไร เปลี่ยนไปเป็นน้ำ(H2O) ลิเทียม ก็ไม่เกิดอะไรที่ตรวจวัดได้ เปลี่ยนมาเป็นเบอร์ริลเลียม แล็วก็โบรอนคาร์บอน ไนโตรเจน ไม่มีอะไรถูกสร้างขึ้นใหม่เลย เฟอร์มิเริ่มหวั่นไหวกับสิ่งที่ทำและอยู่ในจุดที่อาจเลิกทำวิจัย แต่ด้วยความดื้อรั้นของเขาเองทำให้เขาสู้ต่อ ออกซิเจน ซึ่งผลก็น่าจะรู้อยู่แล้วว่าไม่เกิดอะไรเพราะก่อนหน้านี้เคยทดลองกับน้ำมาแล้ว แต่ในที่สุดรางวัลของเฟอร์มิก็ได้จากการนำฟลูออรีน เพราะผลจากการยิงนิวตรอนใส่ฟลูออรีนทำให้ฟลูออรีนแผ่รังสีได้ ซึ่งมันทำให้เขาเดินหน้าต่อไป
ที่จริงดอกผลของความพยายามนี้ไม่ได้เกิดจากเฟอร์มิคนเดียว แต่เพราะเพื่อนร่วมงานของเขาก็มีส่วนช่วยอย่างมาก ซึ่งในบันทึกของภรรยาของเขาบันทึกไว้ว่า
"สารที่ไม่แผ่รังสีถูกทดสอบด้วยเครื่องนับไกเกอร์ แต่การอาบลำอนุภาคนิวตรอนอาจไปรบกวนกับเครื่องนับนี้ด้วย ดังนั้นบริเวณที่มีการอาบลำอนุภาคนิวตรอนกับบริเวณที่เครื่องนับไกเกอร์จะเป็นคนละด้านของทางเดินในอาคาร บางครั้งกัมมันตภาพที่ถูกสร้างขึ้นในสารจะมีช่วงเวลาสั้นมากในบางครั้งน้อยกว่าหนึ่งนาทีก็ตรวจจับไม่ได้แล้ว เพื่อนร่วมงานของเฟอร์มิก็ต้องเป็นม้าเร็ววิ่งไปเอาเครื่องนับมาตรวจวัด ให้ทันก่อนที่สารนั้นจะหมดสภาพการแผ่รังสี ซึ่งปรากฏว่าเฟอร์มินั่นเองที่วิ่งได้เร็วกว่าคนอื่น ... "
เช้าวันหนึ่งของเดือนตุลาคม พ.ศ. 2477 การค้นพบที่ประกอบด้วยโชคได้ถูกพบขึ้นโดยเฟอร์มิและทีมงานจากการนำทรงกระบอกกลวงเงินมาทำให้เป็นสารกัมมันตรังสี ได้มีการใช้แหล่งกำเนิดนิวตรอนวางไว้ตรงกลางเขาพบว่าความแรงของกัมมันตภาพที่เกิดจากเงินจะขึ้นอยู่กับสารที่อยู่ภายในห้องทดลอง
"วัตถุโดยรอบทรงกระบอกของเงินดูจะมีอิทธิพลต่อกัมมันตภาพ ถ้าทรงกระบอกอยู่บนโต๊ะไม้กัมมันภาพที่ได้จะมีความแรงมากเมื่อถูกวางบนโต๊ะโลหะ
ตอนนี้ทุกคนถูกปลุกให้ตื่นด้วยความสนใจต่อเหตุการณ์ที่พบ เขานำเอาแหล่งกำเนิดนิวตรอนออกจากท่อทรงกระบอกของเงินแล้วเอาวัตถุต่างๆ มาวางกั้นไว้ แผนตะกั่วทำให้การแผ่รังสีเพิ่มนิดหน่อย ตะกั่วเป็นโลหะหนัก "เอาที่เบาๆ ไว้ตอนท้าย" เฟอร์มิกล่าว "ต่อไปก็พาราฟิน"
สารที่มีเป็นจำนวนมากในพาราฟินก็คือไฮโดรเจน ผลการทดลองที่ใช้พาราฟินนี้เกิดในวันที่ 22 ตุลาคม
เขานำแท่งบรรจุพาราฟินขนาดใหญ่ทำช่องกลวงไว้ตรงกลางเพื่อให้ใส่แหล่งกำเนิดนิวตรอนได้แล้วก็นำไปใส่ไว้ในท่อทรงกระบอกของเงินอีกทีหนึ่งแล้วใช้เครื่องนับไกเกอร์ตรวจวัดด้านนอกสุด ผลก็คือเครื่องนับไกเกอร์รัวนับรังสีที่ได้อย่างบ้าคลั่ง เสียงโห่ร้องลั่นไปทั่วห้อง "เยี่ยมยอดไปเลย มันเหลือเชื่อ" พาราฟินได้ทำให้ปฏิกิริยาที่มีต่อเงินธรรมดาเป็นเงินที่แผ่รังสีได้เพิ่มเงินเป็นร้อยเท่า "
ช่วงเวลานั้นเฟอร์มิกลับมาจากอาหารกลางวัน เมื่อพบเหตุการณ์นี้ เขามีทฤษฎีที่จะใช้อธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นอยู่แล้ว
"พาราฟินประกอบไปด้วยไฮโดรเจน ที่นิวเคลียสของไฮโดรเจนคือโปรตอน อนุภาคที่มีมวลเกือบจะเท่ากับมวลของนิวตรอน เมื่อแหล่งกำเนิดถูกห่อหุ้มด้วยพาราฟิน นิวตรอนได้ชนกับโปรตอนในพาราฟินก่อนจะทะลุถึงเงินที่ห่ออยู่ด้านนอก ในการชนกันนั้นทำให้นิวตรอนได้สูญเสียพลังงานและช้าลง (คล้ายๆ กับลูกบิลเลียดที่ชนกับลูกบิลเลียดขนาดเดียวกันและช้าลง แต่ถ้าเจอสิ่งที่ใหญ่กว่าก็จะกระดอนกลับ) การชนและแฉลบออกไปนี้ทำให้นิวตรอนมีอัตราเร็วลดลงที่เหมาะสมที่จะทำให้นิวเคลียสของเงินจับนิวตรอนไว้ได้ และจับได้ดีกว่านิวตรอนทีวิ่งเร็ว
ถ้าความเฟอร์มิถูก วัตถุที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนมากๆ ก็ควรให้ผลเช่นเดียวกัน "ลองใช้น้ำดูบ้าง" เฟอร์มิบอกทีมงานในบ่ายวันเดียวกันนั่นเอง
ไม่มีที่ไหนเหมาะสมไปกว่าสระเลี้ยงปลาทองซึ่งมีน้ำพุอยู่ด้วย ซึ่งที่ที่ว่านี้ก็อยู่หลังห้องปฏิบัติการนั่นเอง การทำการทดลองที่นี่ให้ผลการทดลองที่สนับสนุนแนวคิดของเฟอร์มิ เพราะว่าน้ำสามารถชะลอความเร็วของนิวตรอนได้และทำให้ท่อทรงกระบอกของเงินมีความแรงของการแผ่รังสีเพิ่มขึ้นกว่าปกติหลายเท่าทีเดียว
เฟอร์มิกับเพื่อนร่วมงานของเขาได้เรียนรู้แล้วว่านิวตรอนที่ถูกทำให้ช้าลงทำให้เกิดผลคือสารกัมมันตรังสีที่แรงขึ้นกว่าการใช้นิวตรอนที่เร็ว การค้นพบนี้ได้หันเหไปสู่ขั้นตอนสำคัญของการค้นพบในปีต่อมา ข้อค้นพบนี้เองได้นำเฟอร์มิและคนอื่นๆ สู่การควบคุมผลผลิตที่เป็นพลังงานอะตอมจากยูเรเนียม
ในตอนท้ายๆของคอร์สเราจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับฟิสิกส์นิวเคลียร์ แต่จะบรรยายถึงการค้นพบของเฟอร์มิเกี่ยวกับนิวตรอนช้าในตอนนี้ แต่ไมใช่การสอนหรือบอกรายละเอียดของนิวเคลียส แต่จะเป็นนำเสนอข้อเท็จจริงเล็กน้อยที่น่าประทับใจ ไม่ใช่ที่การค้นพบทุกครั้งทางฟิสิกส์ที่จะเป็นในแนวทางแบบเดียวกับกรณีของเฟอร์มิ
ความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ผ่านจากปีสู่ปีเป็นผลจากการทำงานของผู้คนมากมายในหลายๆดินแดน เขาอาจจะทำงานอย่างโดดเดี่ยวหรือเป็นคู่ หรือกลุ่มเล็กๆ หรือกลุ่มวิจัยกลุ่มใหญ่ ไม่ใช่เรื่องสำคัญถ้าจะทำงานในวิธีที่แตกต่างกัน ไม่สำคัญว่าจะทำงานในสถานที่ที่แตกต่าง เพราะเขาจะร่วมแลกเปลี่ยนแนวคิดต่อกัน แจ้งผลการทดลองร่วมกันกับนักวิทยาศาสตร์อื่นที่จะพยายามยืนยันในสิ่งที่ค้นพบ ลักษณะเช่นนี้มีความสำคัญเช่นเดียวกับการปฏิบัติร่วมทีมเดียวกันที่เป็นการผสมผสานทั้งความคิดและการสร้างสรรค์
เฟอร์มิกับคณะทำงานปฏิเสธที่จะเลิก และหันหน้าหนีไปจากสิ่งที่ล้มเหลวในระยะแรก เขาแสดงให้เห็นถึงภาพในใจในการสร้างตัวทฤษฎีขึ้นและนำมาสู่การทดลอง เขายังคงมุ่งมั่นในการแสดงให้ถึงสิ่งที่ยังไม่คาดหวังขณะนั้นว่าจะต้องเกิดให้ได้ และเครื่องไม้เครื่องมือต่างๆที่ใช้ในงานนี้ก็มือล้วนแต่อยู่ในมือแล้ว เหนือสิ่งอื่นใดเขาสนุกในการค้นพบสิ่งใหม่และสิ่งที่มีความสำคัญ นี่คือคุณลักษณะของมนุษย์ที่แตกต่างและมีคุณค่าอย่างมากต่อความล้ำหน้าของวิทยาศาสตร์ไม่น้อยกว่าสิ่งใดในชีวิต
นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างสรรค์บนสิ่งที่ค้นพบและรายงานโดยนักวิทยาศาสตร์รุ่นก่อน ในทุกๆ ความก้าวล้ำ นำหน้าของวิทยาศาสตร์ก็ยิ่งเป็นการเพิ่มคำถามทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ ขึ้นมาอีก งานของวิทยาศาสตร์ไม่ใช่หนังสือที่มีภาคจบ หรือจบแล้วจบเลย แต่จะเป็นในลักษณะที่ยังคงทิ้งปริศนาให้สืบเสาะกันต่อไป ทำให้เกิดจินตนาการแตกกิ่งก้านไปสู่สาขาวิชาอื่นหรือเกิดเป็นสาขาวิชาที่สำคัญที่น่าสนใจและไม่เคยมีมาก่อนได้อีก
บางงานทางวิทยาศาสตร์จะขึ้นกับการความเพียรพยายามในการเฝ้าสังเกตและวัดค่า บางครั้งผลได้กระตุ้นให้เกิดแนวคิดทฤษฎีใหม่ๆ บางครั้งก็ต้องหันกลับไปปรับแก้ทฤษฎีเก่า อย่างไรก็ตามการวัดโดยตัวมันเองไปถูกชี้นำด้วยทฤษฎีมาก่อน คุณลักษณะที่กล่าวมานี้ไม่ใช่เฉพาะทางฟิสิกส์แต่รวมวิทยาศาสตร์ทั้งหมด แต่นี่เป็นการบอกเล่าเรื่องราวทางฟิสิกส์ :-) คุณอาจถามว่า ใช่แต่ว่า อะไรคือฟิสิกส์ คำถามนี้เป็นธรรมดี แต่คำตอบคงไม่ง่ายนัก ... ฟิสิกส์อาจมองว่าเป็นการจัดแจงตัวของความคิดขั้นทดสอบเกี่ยวกับกายภาพของโลก (ฟังยากจัง ก็บอกแล้วมันไม่ง่ายนัก) ข่าวสารจากโลกที่กำลังรวบรวมมีการเปลี่ยนแปลงที่รวดเร็วมาก สัมฤทธิผลอันยิ่งใหญ่ของฟิสิกส์คือการพบจำนวนของหลักการไม่กี่ข้อที่เป็นพื้นฐานง่ายๆ ที่อธิบาย หรือช่วยจัดแจงข่าวสารที่มีปริมาณมหาศาลจากโลกนี้ได้ ในการเรียนฟิสิกส์แต่ละคอร์สก็จะเสนอจำนวนหนึ่งในหลักการเหล่านั้น
ฟิสิกส์เป็นมากกว่า "กฎ" และ "ข้อเท็จจริง" ฟิสิกส์เป็นกิจกรรมที่แยกออกมาเด่นชัดโดยนักฟิสิกส์ มันเป็นกิจกรรมที่ต่อเนื่อง-เป็นกระบวนการค้นหาที่บางครั้งก็นำเราไปสู่การค้นพบ(สำคัญบ้าง ไม่สำคัญบ้าง) มองดูไปที่นักฟิสิกส์ต่างๆ ที่ทำงานและคุณจะพบความแตกต่างของปัญหาที่แต่ละคนกำลังศึกษา ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ ลีลาหรือวิธีทำงานและอื่นๆ อีกเยอะแยะมากมาย เฟอร์มิเป็นตัวอย่างหนึ่งแต่เชิญชวนให้เรียนรู้วิธีของคนอื่นๆ ด้วย ซึ่งเมื่อเรียนฟิสิกส์เราจะพบมันและเชื่อว่าจะช่วยสร้างสรรค์ไอเดีย
วิทยาศาสตร์ไม่ได้ให้คำตอบสุดท้าย แต่มันเป็นสิ่งที่มหัศจรรย์และบางส่วนของมันอาจทำให้เรารับรู้โลกรอบตัวเราว่าเป็นสิ่งที่วิเศษสุดและปิติสุขที่เราสามารถอยู่ร่วมกันกับมันได้และเข้าใจมันได้
