มักซ์ ฟอน เลาเอ...ต ลาคม - ธ นวาคม 2557 74 m t e c...

6
reat Pioneer & Luminary G G ดร.บัญชา ธนบุญสมบัติ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ [email protected] www.facebook.com/buncha2509 มักซ์ ฟอน เลาเอ ผู้บุกเบิกการศึกษาโครงสร้างผลึกโดยใช้รังสีเอกซ์ มักซ์ ฟอน เลาเอ ผู้บุกเบิกการศึกษาโครงสร้างผลึกโดยใช้รังสีเอกซ์ มักซ์ เทโอดอร์ เฟลิกซ์ ฟอน เลาเอ ปี ค.ศ. 2014 น้นับเป็นปีสำคัญทางด้าน วิทยาศาสตร์ (รวมทั้งวัสดุศาสตร์ด้วย) เพราะเป็น “ปีสากลแห่งผลึกวิทยา” หรือ International Year of Crystallography 2014 (IYCr2014) เหตุผลทีนักวิทยาศาสตร์เลือกปีน้ในการจัดการงานก็คือ เมอ 100 ปีก่อน (ค.ศ. 1914) นักฟิสิกส์ระดับโลก คือ มักซ์ เทโอดอร์ เฟลิกซ์ ฟอน เลาเอ (Max Theodore Felix von Laue) ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ด้วยเหตุผลที่ว่า“สำหรับการค้นพบการเลี้ยวเบนของ รังสีเรินต์เกนโดยผลึก (for his discovery of the diffraction of Rontgen rays by crystals)” page 75_73-78.indd 73 10/9/14 4:34:29 PM

Upload: others

Post on 04-Mar-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: มักซ์ ฟอน เลาเอ...ต ลาคม - ธ นวาคม 2557 74 M T E C คำว าร งส เร นต เกนก ค อร งส เอกซ

reat Pioneer & LuminaryGGดร.บญชา ธนบญสมบต

ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต[email protected]

www.facebook.com/buncha2509

มกซ ฟอน เลาเอผบกเบกการศกษาโครงสรางผลกโดยใชรงสเอกซ

มกซ ฟอน เลาเอผบกเบกการศกษาโครงสรางผลกโดยใชรงสเอกซ

มกซ เทโอดอร เฟลกซ ฟอน เลาเอ

ป ค.ศ. 2014 นนบเปนปสำคญทางดาน

วทยาศาสตร (รวมทงวสดศาสตรดวย) เพราะเปน

“ปสากลแหงผลกวทยา” หรอ International Year

of Crystallography 2014 (IYCr2014) เหตผลท

นกวทยาศาสตรเลอกปนในการจดการงานกคอ เมอ

100 ปกอน (ค.ศ. 1914) นกฟสกสระดบโลก คอ

มกซเทโอดอรเฟลกซฟอนเลาเอ(MaxTheodore

Felix von Laue) ไดรบรางวลโนเบลสาขาฟสกส

ดวยเหตผลทวา“สำหรบการคนพบการเลยวเบนของ

รงสเรนตเกนโดยผลก (forhisdiscoveryof the

diffractionofRontgenraysbycrystals)”

page 75_73-78.indd 73 10/9/14 4:34:29 PM

Page 2: มักซ์ ฟอน เลาเอ...ต ลาคม - ธ นวาคม 2557 74 M T E C คำว าร งส เร นต เกนก ค อร งส เอกซ

ตลาคม - ธนวาคม 2557M T E C74

คำวา รงสเรนตเกน กคอ รงสเอกซ

หรอเอกซเรย (X-ray) ซงทางการแพทยใชถาย

ภาพโครงกระดกภายในรางกายของเรานนเอง

อยางไรกดวทยาศาสตรสาขาอนได ใชงานรงสเอกซ

ในอกหลายแงมม เชน ใชวเคราะหวสดชนหนงๆ

วามธาตอะไรผสมอยบาง และอะตอมของธาตตางๆ

จดเรยงตวกนอยางไร เปนตน รงสเอกซคนพบโดย

วลเฮลม คอนราด เรนตเกน (Wilhelm Conrad

Rontgen) นกฟสกสเยอรมน และการคนพบนทำ

ใหเรนตเกนไดรบรางวลโนเบลสาขาฟสกส ในป

1901(ตอไปนจะใชปค.ศ.ตลอดบทความ)

ตำราวชาการบางเลมเลาแนวคดทนำไปส

การคนพบของเลาเอไวแบบสนๆ งายๆ ในทำนอง

วาเนองจากผลกประกอบดวยอะตอมทจดเรยง

ตวอยางเปนระเบยบใน3มตและเนองจากรงสเอกซ

มความยาวคลนใกลเคยง (หรอนอยกวา) ระยะหาง

ระหวางอะตอมในผลก ดงนน หากเรายงรงสเอกซ

เขาไปในผลก โครงสรางของผลกจะทำใหรงสเอกซ

เลยวเบนไปในทศทางตางๆ และเมอนำฉากมารบ

กจะเกดจดบนฉากดงกลาวเรยกวาจดเลาเอ(Laue

spot)

แตความทรงจำของผคนในเหตการณหนงๆ

มกจะมรายละเอยดทไมตรงไปตรงมานก เพราะ

นกวทยาศาสตรกเหมอนคนทวไป เพยงแตมความร

ความชำนาญมากเปนพเศษในวชาการบางเรองเทา

นน

ในปาฐกถาโนเบลโดยเลาเอ เมอวนท 12

พฤศจกายน 1915 เรอง “วาดวยการตรวจจบการ

แทรกสอดของรงสเอกซ” เขาเลาวาเยนวนหนงใน

เดอนกมภาพนธ1912เอวาลด(PaulPeterEwald)

ไดมาขอคำแนะนำทางวชาการงานวจยของเอวาลด

เปนการศกษาเชงคณตศาสตรเกยวกบพฤตกรรม

การเลยวเบน (Diffraction)

การเลยวเบน (diffraction) ซงหมายถง พฤตกรรมของคลนซงเกดขนเมอคลนตกกระทบวตถ (ภาพซาย)

หรอเคลอนผานชองเปด (ภาพขวา) โดยทความยาวคลนใกลเคยง (หรอนอยกวา) ขนาดของวตถหรอชองเปดนน ทงนคลน

จะมทศทางการเคลอนทตางไปจากเดม

ตวอยางทคนเคยกนดกคอ สมมตวาเราเดนเขาไปใกลหอง ซงภายในหองมคนคยกนเสยงดงพอสมควร เรากอาจจะ

ไดยนเสยงคนคยกนนน แมวาเราจะไมไดอยตรงตำแหนงประตพอด กลาวคอ คลนเสยงได “เลยวเบน” ออกมาทาง

ประตมาเขาหเรานนเอง

page 75_73-78.indd 74 10/9/14 4:34:29 PM

Page 3: มักซ์ ฟอน เลาเอ...ต ลาคม - ธ นวาคม 2557 74 M T E C คำว าร งส เร นต เกนก ค อร งส เอกซ

ตลาคม - ธนวาคม 2557M T E C 75

ของคลนแมเหลกไฟฟาในโครงสรางผลก แตทวา

คลนแมเหลกไฟฟาทเอวาลดศกษาอยในชวงทตา

มองเหนดงนนจงมความยาวคลนมากกวาระยะหาง

ระหวาง“ตวสน”หรออะตอมในผลกมาก

การทดลองใชผล กคอปเปอรซ ล เฟต

(copper sulphate) หรอทภาษาไทยเรยกวา จนส

เปนสารประกอบทเกดจากทองแดง กำมะถนและ

ออกซเจน

เลาเอเลาวาตอนนนเขาใหคำแนะนำอะไร

ไมไดแตในขณะเดยวกนเขากลบคดถงคำถามทเหน

ไดชดเจน นนคอ จะเกดอะไรขนหากวาคลนทผาน

เขาไปในผลกมความยาวคลนสนกวาคาคงทแลตทซ

(latticeconstant)ในผลก

เลาเอเลาตอไปวาอยางไรกด“ทานอาจารย

ในศาสตรแขนงนซงผคนยอมรบนบถอ” ยงมขอกงขา

บางประการอย “ทานอาจารย” ทเลาเอพดถงนคอ

อารโนลด ซอมเมอรเฟลด (Arnold Sommerfeld)

ซงขณะนนเปนผอำนวยการของสถาบนเพอฟสกส

เชงทฤษฎ (Institute of Theoretical Physics)

ทเลาเอทำงานอย ผลกคอในตอนแรก ซอมเมอร

เฟลดยงไมยอมใหเลาเอใชงานเครองมอทดลอง

แตเลาเอกไดเจรจาตอรองจนในทสดซอมเมอรเฟลด

ยอมใหผชวยชอ วลเทอร ฟรดรช (Walter

Friedrich) มาชวยทำการทดลอง และไดนกศกษา

ปรญญาเอกของเรนตเกน ชอ เพาล คนพพง

(PaulKnipping)มารวมทมดวย

เอวาลด

อารโนลด ซอมเมอรเฟลด

วลเทอร ฟรดรช หนงในผรวมงานของเลาเอ (ภาพถายในเดอนกนยายน 1962)

page 75_73-78.indd 75 10/9/14 4:34:29 PM

Page 4: มักซ์ ฟอน เลาเอ...ต ลาคม - ธ นวาคม 2557 74 M T E C คำว าร งส เร นต เกนก ค อร งส เอกซ

ตลาคม - ธนวาคม 2557M T E C76

ประเดนเรองผลกท ใช ในการทดลองนม

แงมมทนาสนใจ เพราะเลาเอกบคนทลงมอทำการ

ทดลอง ไดแก ฟรดรชและคนพพง เลาถงเหตผล

ในการเลอกผลกนไวตางกน (อยางมนยสำคญใน

ทางวทยาศาสตร)พอสมควร

ในปาฐกถาโนเบล เลาเอบอกวาการทเลอก

คอปเปอรซลเฟต เนองจากสามารถหาผลกชนใหญ

ทมรปรางปกตไดงาย สวนในหนงสอชอ 50 Years

ofX-rayDiffractionบรรณาธการโดยP.P.Ewald

บทท4(หนา43)บอกงายๆเพยงวา“สวนผลกนน

กใชชนคอปเปอรซลเฟตเพราะวามอยในหองแลบ

(For crystal, a piece of copper sulfate was

usedasitwasfoundinthelaboratory.)”

แตในบทความชอ Max von Laue and

the discovery of X-ray diffraction in 1912

เขยนโดย Michael Eckert ไดอางถงบทความ

ซงเขยนโดยฟรดรชและคนพพง ในป 1912 ซงม

ขอความตอนหนงวา “เพราะวาตอนแรกเราเชอวา

เราจะตองเกยวของกบการแผรงสแบบฟลออเรสเซนส

ดงนนจงตองเลอกผลกซงมโลหะทมนำหนกอะตอม

สงพอสมควรเปนสวนประกอบอยดวย”นคอเหตผล

เบองหลงทพวกเขาเลอกคอปเปอรซลเฟตในกรณน

โลหะดงกลาว ไดแก ทองแดง (คอปเปอร) ซงม

นำหนกอะตอม63.546amu(หนกกวาเหลกซงมนำ

หนกอะตอม55.845amu)

บทความของMichaelEckertไดชใหเหนวา

คำอธบายของฟรดรชและคนพพงนบงเปนนยวา

การทดลองนไมไดมองวาผลกทำหนาทเปนโครงสราง

3มตทจะทำใหลำรงสเอกซปฐมภม(primarybeam

คอรงเอกซทตกกระทบผลก) เกดการเลยวเบนแต

มองวา (อะตอมใน) ผลกเปนตวปลดปลอยรงส

เอกซทเรยกวา รงสเอกซลกษณะเฉพาะ (charac-

teristicX-ray)ออกมา

ดวยเหตนจงดเหมอนวาเลาเอคงจะคาดวา

รงสเอกซลกษณะเฉพาะทออกมาจากตำแหนงทอย

กนอยางเปนระเบยบในผลกจะเกดการแทรกสอดกน

ซงหากเลาเอคด(อยางไมถกตอง)เชนนนจรงกจะทำ

ใหเราเขาใจไดวาเหตใดซอมเมอรเฟลดจงไมเหนดวย

กบคำรองขอใชเครองมอในตอนตน ทงน เนองจาก

รงสเอกซลกษณะเฉพาะทออกมาจากตำแหนง

ตางๆ ในผลกนนไมมความสมพนธเชงเฟสกนแต

อยางใดดงนนจงไมนาจะเกดการแทรกสอดขนมาได

ปรศนาวาดวยเหตผลทแทจรงในการเลอก

ผลกคอปเปอรซลเฟตน ขอฝากไวใหคณผอานทสนใจ

ไปคนควาตอเอง (หากสนใจ) คราวนมาดผล

การทดลองกนครบ

ในการทดลองครงแรก ฟรดรชกบคนพพง

จดวางแผนโฟโตกราฟก(photographicplate)ไว

ระหวางหลอดกำเนดรงสเอกซกบผลก เนองจากม

สมมตฐานวาผลกจะทำตวคลายกบเกรตตงแบบ

สะทอน (reflexion grating) แตการทดลอง

ครงแรกนไรผล

ฟรดรชกบคนพพงจงคดใหม-ทำใหม คราว

นจดวางแผนรบภาพไวดานหลงผลกโดยมองวาผลก

ทำตวคลายกบเกรตตงแบบสงผาน (transmission

grating)

อปกรณทใชในการทดลองทนำไปสการคนพบการเลยวเบน รงสเอกซโดยผลก ปจจบนจดแสดงอยท Deutsches Museum ในเมองมวนก

page 75_73-78.indd 76 10/9/14 4:34:30 PM

Page 5: มักซ์ ฟอน เลาเอ...ต ลาคม - ธ นวาคม 2557 74 M T E C คำว าร งส เร นต เกนก ค อร งส เอกซ

ตลาคม - ธนวาคม 2557M T E C 77

คราวน...สำเรจ!ตรงกลางแผนโฟโตกราฟก

มบรเวณสเขมขนาดใหญซงเกดจากรงสเอกซทยง

มาตรงๆ บรเวณนรายลอมดวยจดทดพราจางซง

เรยงตวเปนแนววงแหวนแตละจดมรปรางคลายวงร

ซงมแนวแกนสนชไปยงบรเวณสเขมตรงกลางแผน

ทฤษฎนในเชงปรมาณโดยใชภาพถายทเหมาะสม

กวา และพบวาทฤษฎไดรบการยนยน นนเปนวนท

ผมรสกมนใจ”

เรนตเกนเปนคนแรกๆ ทแวะมาดอปกรณท

ใชและผลการทดลอง เขารสกประทบใจในภาพถาย

ทไดอยางมาก แตกยงไมไดยอมรบการตความวาภาพ

ทเหนเกดจากการเลยวเบน

การทดลองทโลกวทยาศาสตรตองจารกไว

นเกดขนเมอวนท 21 เมษายน1912และเลาเอได

รายงานผลการคนพบการเลยวเบนรงสเอกซโดย

ผลกตอเพอนนกวทยาศาสตรเมอวนท25พฤษภาคม

1912

หลงจากนนไมนานไอนสไตนซงเปนอาจารย

ดานฟสกสทฤษฎอยท German University of

Prague ในกรงปราก กไดสงโปสการดไปหาเลาเอ

เพอแสดงความยนดโปสการดนลงวนท10มถนายน

1912และเขยนไววา

“คณเลาเอทนบถอ!ผมขอแสดงความคารวะ

อยางจรงใจตอคณสำหรบความสำเรจอนนาทง

การทดลองของคณนบเปนหนงในการทดลอง

ท า ง ฟ ส ก ส ท ย ง ใ หญ ท ส ด เ ท า ท เ ค ย ม ม า ”

อลเบรตไอนสไตน

กวาหนงศตวรรษผานไปนบแตทเลาเอและ

เพอนรวมงานคนพบวารงสเอกซสามารถเลยวเบน

ไดโดยผลกเทคนคนกไดพฒนาไปอยางมากจนกระทง

กลายไปเปนเครองมอพนฐานทใชกนทกวนทวโลก

ในการศกษาทางฟสกส เคม วสดศาสตรและ

ธรณวทยาเปนตน

ทฤษฎการเลยวเบนรงสเอกซ (X-ray dif-

fraction) ยงไดรบการตอยอดไปใช ในการศกษา

การเลยวเบนของอเลกตรอน(electrondiffraction)

และการเลยวเบนนวตรอน (neutron diffraction)

ซงชวยใหคนเราเขาใจธรรมชาตลกซงยงขนไปอก

นอกจากนความรทางผลกวทยายงมสวน

ชวยใหเราสามารถออกแบบและสรางผลกใหมๆ

ทไมมในธรรมชาต โดยเฉพาะอยางยงผลกของสาร

กงตวนำในอปกรณอเลกทรอนกสตางๆอกดวย

ภาพการเลยวเบนรงสเอกซภาพแรกของโลก

แมภาพแรกจากการทดลองนจะดไมนา

สนใจอะไรสำหรบคนทวไป แตสำหรบนกฟสกสแลว

นคอภาพทแสดงวาการเลยวเบนของรงสเอกซโดย

ผลกเกดขนจรง เลาเอรบทราบผลสำเรจนขณะอยท

Cafe Lutzและรบกลบไปยงสถาบนเพอใหมนใจวา

สงทคดไวถกตอง เขาเลาไว ในอตชวประวตวาได

ครนคดถงทฤษฎทใชอธบายการเลยวเบนทเกดขน

ขณะทกำลงเดนทางกลบบานและบนทกไววา

“ผมไดเขยนสมการแบบนสามสมการเพอใช ในการ

ตความการคนพบครงใหม แตละสมการสอดคลอง

กบสภาพความเปนคาบซำๆ ของโครงสรางแลตทซ

ในสามมต ในกรณเฉพาะของรงสทปรากฏเปน

(จดเรยงกนเปน) รปวงแหวนกเกยวของกบรงสท

กวาดเปนรปกรวย โดยทรปกรวยแตละรปถกกำหนด

โดยเง อนไขแตละขอในเง อนไขท งสามขอท

จ ะทำ ให เ ก ดการแทรกสอดแบบเสร มสร า ง

อก 2-3 สปดาหตอมา ตอนทผมสามารถทดสอบ

page 75_73-78.indd 77 10/9/14 4:34:30 PM

Page 6: มักซ์ ฟอน เลาเอ...ต ลาคม - ธ นวาคม 2557 74 M T E C คำว าร งส เร นต เกนก ค อร งส เอกซ

ตลาคม - ธนวาคม 2557M T E C78

ขมทรพยทางปญญา

- เวบอยางเปนทางการของ IYCr2014 ท http://www.iycr2014.org/

- บทความ Max von Laue and the discovery of X-ray diffraction in 1912 เขยนโดย Michael Eckert ท http://

onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/andp.201200724/pdf

- ปาฐกถาโนเบลของเลาเอ ท http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1914/laue-lecture.pdf

ผคนในปจจบนทไดรบประโยชนจากความ

ก าวหน าทางวทยาการท กล าวมานคงจะตอง

ขอบคณผทเกยวของกบการคนพบครงนนไมวาจะเปน

วลเทอรฟรดรชและเพาลคนพพงผทำการทดลอง

และทสำคญคอ มกซ ฟอน เลาเอ ผเสนอแนวคด

และพฒนาทฤษฎท ใชอธบายการทดลองคร ง

ประวตศาสตรนนนนเอง

page 75_73-78.indd 78 10/9/14 4:34:30 PM