Nils Gustaf Dalén นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลที่แทบไม่มีใครรู้จัก

โดย อ.สุทัศน์ ยกส้าน

Image # 2. Nils Gustaf Dalén นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลที่แทบไม่มีใครรู้จัก

Nils Gustaf Dalén (PHOTO CREDIT: Nobelprize.org)

        เวลาเราอ่านรายชื่อนักฟิสิกส์ที่ได้รับรางวัลโนเบล ชื่อที่ปรากฏล้วนเป็นบุคคลที่คนแทบทั้งโลกรู้จัก เช่น Wilhelm Röntgen (ผลงานการพบรังสีเอ็กซ์ที่ได้รางวัลในปี 1901) Joseph Thomson (ผลงานการพบอิเล็กตรอนได้รางวัลในปี 1906) Heike Kamerlingh Onnes (การทำแก๊สฮีเลียมให้เป็นของเหลว ได้รับรางวัลในปี 1913) Max Planck (การพบควอนตัมได้รางวัลในปี 1918) และ Albert Einstein (การอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกซึ่งได้รับรางวัลในปี 1921) เป็นต้น และมีคนๆ หนึ่งชื่อ Nils Gustaf Dalén ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1912 จากผลงานสิ่งประดิษฐ์ที่ให้แสงสว่างอย่างอัตโนมัติ และปลอดภัยในประภาคารและทุ่น ซึ่งทำให้การเดินทางของผู้คนในทะเล ทางบก และทางอากาศปลอดภัย

เมื่อ Dalén ได้รับการประกาศให้เป็นผู้รับรางวัลโนเบล ชาวสวีเดนแทบทุกคนรู้สึกยินดี และภูมิใจในตัว Dalén มาก แต่วงการวิชาการนอกสวีเดนรู้สึกตกตะลึงว่า หลายคนนึกว่านี่คือการเล่นพวกระดับโลก และแสดงความเป็นชาตินิยมอย่างโจ่งแจ้งของสถาบันโนเบลแห่งสวีเดน เพราะผลงานของ Dalén ไม่ยิ่งใหญ่เลยเมื่อเปรียบเทียบกับการพบรังสีเอ็กซ์และอิเล็กตรอน อีกทั้ง Dalén ก็ยังได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ก่อน Planck และก่อน Einstein ด้วย 

Image # 3. Nils Gustaf Dalén นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลที่แทบไม่มีใครรู้จัก

Gualielmo Marconi (PHOTO CREDIT: Nobelprize.org)

       ในช่วงเวลานั้น (ปี 1911) การมอบรางวัลโนเบลได้ถือกำเนิดมาแล้ว 11 ปี และคณะกรรมการส่วนหนึ่งไม่พอใจที่รางวัลตกเป็นของนักฟิสิกส์บริสุทธิ์ คือมีผลงานฟิสิกส์ที่ไม่ประจักษ์ในประโยชน์ อันเป็นจุดประสงค์ที่ Alfred Nobel เจ้าของรางวัลได้ตั้งเกณฑ์ไว้ จึงได้พยายามโน้มน้าวคณะกรรมการให้มอบรางวัลแก่วิศวกรบ้างดังนั้น ในปี 1909 รางวัลโนเบลฟิสิกส์จึงตกเป็นของ Gualielmo Marconi และ Karl Braun จากการประดิษฐ์วิทยุ ซึ่งเป็นวิศวกร

ถึงปี 1911 สมาชิกของ Academy Technology ที่เป็นวิศวกรได้ถูกกลุ่มกรรมการฟิสิกส์โน้มน้าวให้เสนอ Kamerlingh Onnes รับรางวัล แต่กลุ่มวิศวกรกลับมีความเห็นว่า สิ่งที่ Onnes ทำดูเป็นฟิสิกส์มากไปจึงไม่เห็นด้วยอีก และคิดจะเสนอให้ Nicola Tesla รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ร่วมกับ Thomas Edison แต่ Tesla ประกาศว่าไม่ต้องการรับรางวัลคู่กับศัตรู ดังนั้น เมื่อไม่มีใครอีกแล้ว วิศวกร Dalén จึงได้รับรางวัลแทน แต่ก็ไม่สามารถเดินทางไปรับรางวัลได้ เพราะ Dalén ประสบอุบัติเหตุ เมื่อสารเคมีในห้องปฏิบัติการระเบิด ทำให้ตาข้างหนึ่งบอด และร่างกายบาดเจ็บ น้องชาย Albin Dalén จึงเข้ารับรางวัลแทนจากพระหัตถ์ของกษัตริย์สวีเดน และ Gustaf Dalén ก็มิได้กล่าวบรรยายผลงานที่ตนทำ เพื่อให้ผู้เข้าร่วมแสดงความยินดีฟังอันเป็นประเพณีที่ผู้รับรางวัลทุกคนปฏิบัติ

Nils Gustaf Dalén เกิดเมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน ค.ศ.1869 ที่เมือง Stenstorp ในเขต Skaraborg ของสวีเดน บิดามีอาชีพชาวนา หลังจากที่สำเร็จการศึกษาระดับมัธยมศึกษา Dalén ได้เข้าเรียนที่วิทยาลัยเกษตรกรรมเพื่อเตรียมตัวเป็นเกษตรกร แต่อาจารย์ Gustaf de Laval ที่สอนได้เห็นว่าศิษย์คนนี้มีพรสวรรค์ด้านการช่าง จึงแนะนำให้เปลี่ยนไปเรียนวิศวกรรมศาสตร์ที่ Chalmers Institute ในเมือง Gothenburg หลังจากที่ใช้เวลาเรียน 4 ปี Dalén ก็สำเร็จการศึกษา และได้ไปฝึกงานนานหนึ่งปีที่สวิสเซอร์แลนด์กับสวีเดน

เมื่อกลับจากสวีเดน Dalén วัย 32 ปีได้ประกอบอาชีพเป็นวิศวกรที่ปรึกษาประจำบริษัทในเมือง Gothenburg ในตำแหน่งหัวหน้าช่างเทคนิคของบริษัท Swedish Carbide and Acetylene จำกัด และได้เจริญก้าวหน้าในการงานเป็นอย่างดี เพราะมีผลงานสิ่งประดิษฐ์มากมาย เช่น ปั๊ม เครื่องจักรเทอร์ไบน์ และอุปกรณ์รีดนมวัว เป็นต้น 

Image # 4. Nils Gustaf Dalén นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลที่แทบไม่มีใครรู้จัก

Karl Braun (PHOTO CREDIT: Nobelprize.org)

       ในปี 1901 บริษัทของ Dalén ได้ซื้อลิขสิทธิ์วิธีการละลาย acetylene จากนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส และได้พัฒนาเทคนิคนี้เพื่อให้สารละลายสามารถใช้ได้ในการฉายแสงอย่างอัตโนมัติของประภาคาร เช่น เมื่อถึงเวลาพลบค่ำประภาคารก็จะเริ่มทำงานโดยการปล่อยแสงออกมา และเมื่อฟ้าสางประภาคารก็จะหยุดทำงานทันที โดยไม่ต้องมีคนหรือเจ้าหน้าที่เข้าไปทำหน้าที่ ปิด-เปิดไฟประภาคาร อุปกรณ์นี้สามารถทำงานเป็นเวลานานถึงหนึ่งปี

สิ่งประดิษฐ์นี้ของ Dalén ประกอบด้วยถังทรงกระบอกที่มีใย asbestos และดินที่ผสมสาร diatomaceous เพื่อเก็บสะสม acetylene อันเป็นสารอันตราย จึงทำให้ผู้ใช้และตัวประภาคารปลอดภัย

ในปี 1912 ขณะทดสอบความปลอดภัยของสิ่งประดิษฐ์นี้ ถังบรรจุ acetylene ได้ระเบิด ทำให้ Dalén บาดเจ็บสาหัส และตาข้างหนึ่งบอด หลังจากที่ได้รับการรักษาจนหายแล้ว Dalén ก็ยังทำงานวิจัยต่อไป และได้ทำสัญญาจะประดิษฐ์ระบบการให้ความสว่างที่คลองปานามาด้วย อีกทั้งได้ออกแบบเตาที่สามารถให้ความร้อนได้นานถึง 24 ชั่วโมงโดยใช้ถ่านหินที่หนักเพียง 8 ปอนด์

แม้ Dalén จะไม่มีผลงานเขียนมาก แต่สิ่งประดิษฐ์ของเขาคือ ไฟประภาคารได้ทำให้นักเดินทางทั้งทางบก ทะเล และอากาศปลอดภัย

นอกจากรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 1912 ที่ได้รับแล้ว Dalén ยังได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ Royal Academy of Sciences แห่งสวีเดนในปี 1913 และได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตกิตติมศักดิ์จากมหาวิทยาลัย Lund ของสวีเดนในปี 1918 ด้วย
Dalén แต่งงานกับ Elma Persson ในปี 1901 ครอบครัวมีบุตรชาย 2 คน และบุตรสาว 2 คน Dalén เสียชีวิตเมื่อวันที่ 9 ธันวาคม ค.ศ.1937 ที่คฤหาสน์ในเมือง Lidingo สิริอายุ 68 ปี 

Image # 5. Nils Gustaf Dalén นักฟิสิกส์รางวัลโนเบลที่แทบไม่มีใครรู้จัก

ไฟประภาคารส่องสว่างเป็นผลงานชิ้นเอกของ Dalen (PHOTO CREDIT: REUTERS/ LARRING DOWNING)

       ในการจะเห็นความสำคัญของ Dalén เราต้องรู้ว่า โลกคมนาคมในต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 มีการติดต่อทางทะเลเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นความปลอดภัยในการเดินทางเรือ จึงเป็นเรื่องจำเป็น และอุปกรณ์หนึ่งที่นักเดินทางในสมัยนั้นต้องการมากคือ ประภาคาร และทุ่นลอยที่ให้แสงสว่างอย่างมีประสิทธิภาพสูง และทำงานได้ตลอดเวลาโดยไม่ต้องมีเจ้าหน้าที่กำกับดูแลเพื่อลดค่าโสหุ้ยในการดำเนินการ

สวีเดนเป็นประเทศหนึ่งที่มีฝั่งทะเลค่อนข้างยาว และมีเกาะเล็ก เกาะน้อยมากมาย การติดตั้งประภาคารตามเกาะ แก่ง บนแหลม และคาบสมุทรจึงเป็นที่ต้องการมาก แต่ในขณะเดียวกัน การติดตั้งก็ต้องคำนึงถึงงบประมาณค่าใช้จ่ายด้วย

ในปี 1895 นักเคมีได้พบว่า เขาสามารถเตรียม acetylene ได้จาก calcium carbide ได้
ในปริมาณมากจากปฏิกริยา CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H

ซึ่ง C2H2 นี้คือ acetylene ซึ่งเป็นแก๊สที่ติดไฟได้ และให้แสงขาวที่สว่างจ้ามาก

ความพยายามที่จะใช้แก๊สนี้ในการให้แสงสว่างตามประภาคารจึงยังไม่เป็นที่พอใจ เพราะเวลาแก๊สถูกอัดในภาชนะที่ทำด้วยเหล็ก และถังถูกกระทบกระแทก แก๊สจะระเบิด
วิศวกรได้พยายามวิธีใหม่ คือเก็บ calcium carbide ในภาชนะแล้วปล่อยน้ำเข้าทำปฏิกริยาเคมีเป็นระยะๆ จากนั้นปล่อยแก๊ส acetylene ให้เล็ดรอดหนีไป แต่วิธีนี้ก็ไม่ได้ผล เวลาอากาศหนาวน้ำจะกลายเป็นน้ำแข็ง จึงไม่สะดวกในขั้นตอนทำงาน

ในปี 1896 นักเคมีชาวฝรั่งเศส 2 คนชื่อ Claude และ Hess ได้พบว่า acelene สามารถละลาย acetylene ได้ในปริมาณมาก และสารละลายที่เกิดขึ้น ไม่ระเบิดง่าย แต่วิธีนี้ก็ไม่สะดวก เพราะแม้ถังจะมีสารละลายของ acetylene ที่อยู่ภายใต้ความดันสูง แต่เวลาถังเย็นลง ปริมาตรของของเหลวจะลดทำให้มีที่ว่างเหนือผิวของเหลวซึ่งเท่ากับให้พื้นที่แก่แก๊ส acetylene ที่จะระเบิด

การทดลองในเวลาต่อมาทำให้นักเคมีรู้เพิ่มเติมว่า การระเบิดจะไม่เกิดถ้าสารละลาย acetylene ถูกอัดลงในสารที่มีรูพรุน ซึ่งมีความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะรองรับการกระแทกแรงๆ ได้ เวลาภาชนะถูกนำจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง และเครดิตการพบสารพรุนดังกล่าว (ซึ่งมีชื่อเรียกว่า aga) เป็นความคิดของ Gustaf Dalén

อุปกรณ์ที่ Dalén ออกแบบ จึงมีลักษณะเป็นถังทรงกระบอกที่ทำด้วยเหล็กกล้า สารพรุนในถังมี acelene และ acetylene บรรจุอยู่เพียงครึ่งเดียว จากนั้นก็เพิ่มความดันในถังให้สูงประมาณ 10 บรรยากาศ ภายใต้ความดันนี้ที่อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส ถังจะสามารถบรรจุ acetylene ได้มากในปริมาณ 100 เท่าของปริมาณเดิม จึงสามารถนำไปใช้ในการให้ความสว่างแก่ประภาคารและทุ่นได้เป็นเวลานาน

ในปี 1907 Dalén ได้ออกแบบอุปกรณ์ solventil หรือลิ้นสุริยะ (solar valve) ที่ช่วยดับแสงของประภาคารในเวลากลางวัน และปล่อยแสงในเวลากลางคืน ลิ้นประกอบด้วยท่อนโลหะ 4 ท่อนที่บรรจุอยู่ภายในหลอดแก้ว ท่อนล่างทาสีดำ 3 ท่อนบนเคลือบด้วยทองคำ ในเวลากลางวันท่อนล่างจะรับแสงอาทิตย์และขยายตัวไปปิดลิ้น (valve) ที่จะปล่อยแก๊ส แต่ในเวลาเย็น ซึ่งเป็นเวลาที่แสงอาทิตย์มีน้อย แท่งโลหะที่ทาสีดำจะมีอุณหภูมิเท่ากับท่อนโลหะอีก 3 ท่อน ดังนั้นมันจะหดตัว แล้วทำให้ลิ้นปล่อยแก๊สออกมา

อุปกรณ์ที่ Dalén ออกแบบนี้ สามารถประหยัดแก๊สได้ประมาณ 93% และสะดวกในการนำไปติดตั้งในสถานที่ที่พนักงานเดินไปถึงได้ยาก เช่น บนเกาะที่มีปะการังห้อมล้อมหนาแน่น

ผลที่ตามมาคือ มาตรฐานความปลอดภัยในการเดินเรือสูงขึ้น และประหยัดในการดำเนินงานด้วย ประเทศต่างๆ ที่มีธุรกิจเดินเรือต่างก็ได้นำอุปกรณ์ที่ Dalén ประดิษฐ์ไปใช้ ทั้งที่ Norway, Iceland ที่ Alaska และช่องแคบ Magellan อุปกรณ์ทำให้สามารถช่วยชีวิตคนในเรือที่อับปางได้หลายพันคน

อุปกรณ์ให้แสงของ Dalén ยังถูกนำไปใช้ในรถไฟ และในการให้สัญญาณตามสถานีรถไฟด้วย

ความปลอดภัยและการประหยัด คือ คุณค่าของอุปกรณ์ที่ Dalénประดิษฐ์ ซึ่งได้ทำให้ Dalén ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี 1912 และเป็นคนที่แทบไม่มีนักฟิสิกส์คนใดรู้จัก

อ่านเพิ่มเติมจาก The Nobel Prize Winners/Physics โดย Mikael Hard Volume 1 ซึ่งมีบรรณาธิการคือ Frank N. Magill จัดพิมพ์โดย Salem Press, Pasadena CA. ในปี 1989 

ที่มา http://www.manager.co.th/Science/ViewNews.aspx?NewsID=9580000110814