06. จำนวนอะตอมเท่าไร — การพิสูจน์ว่าสสารมีความเป็นเม็ดเล็ก ๆ
ตัวเลขที่ตั้งชื่อตามบุคคลผู้ไม่เคยคำนวณมัน
พยานคนเดียวบรรยายคนแปลกหน้าอาจจำผิดได้ พยานสี่คนที่ไม่เคยพบกันบรรยายคนแปลกหน้าคนเดียวกันตรงกัน เป็นการกล่าวอ้างคนละชนิด นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับคำถามว่าอะตอมมีอยู่จริงหรือไม่ และเป็นเหตุผลที่ค่าคงที่อาโวกาโดร ซึ่งเป็นจำนวนอนุภาคในสารหนึ่งโมล ตั้งชื่อตามชายที่ไม่เคยคำนวณมันเลยสักครั้ง Amedeo Avogadro เสนอในปี 1811 ว่าก๊าซปริมาตรเท่ากัน ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน มีอนุภาคจำนวนเท่ากัน แต่เขาไม่เคยคำนวณว่าเท่าใด ค่าคงที่ที่ใช้ชื่อเขาถูกประมาณครั้งแรกหลายทศวรรษหลังเขาเสียชีวิต และตั้งแต่ปี 2019 ค่านี้ถูกกำหนดตายตัวไว้ที่ 6.02214076 × 10²³ ต่อโมล ไม่มีความคลาดเคลื่อน
Josef Loschmidt หาค่านี้ในยุคแรกเมื่อปี 1865 จากทฤษฎีจลน์ของก๊าซ โดยคำนวณความหนาแน่นเชิงจำนวนของโมเลกุลในอากาศ ภาษาเยอรมันยังเรียกปริมาณที่เกี่ยวข้องนี้ว่าค่าคงที่ลอชมิดท์จนถึงทุกวันนี้ ตัวเลขที่แหล่งข้อมูลทุติยภูมิสมัยใหม่อ้างว่าเป็นของ Loschmidt ไม่ตรงกันเอง ต่างกันราวหนึ่งอันดับความใหญ่ นี่คือคำเตือนว่าตัวเลขเก่าต้องสืบกลับไปถึงบทความต้นฉบับ ไม่ใช่สืบผ่านการเล่าต่อ สิ่งที่สำคัญคือ ในทศวรรษ 1860 ความเป็นเม็ดของสสารได้กลายเป็นปริมาณที่มีคนใส่ค่าให้ได้แล้ว
การทดลองที่ยุติข้อโต้แย้ง
ล่วงเข้าศตวรรษที่ยี่สิบแล้ว นักวิทยาศาสตร์ที่จริงจังยังถืออยู่ว่าอะตอมเป็นเครื่องมือทางบัญชีที่มีประโยชน์ ไม่ใช่วัตถุที่มีอยู่จริง Jean Perrin โจมตีคำถามนี้ผ่านการเคลื่อนที่แบบบราวน์ คือการสั่นของละอองเกสรที่แขวนลอยในน้ำ ซึ่ง Einstein ได้เชื่อมโยงเข้ากับการพุ่งชนของโมเลกุลไว้ก่อนแล้ว Perrin วัดว่าละอองเกสรกระจายตัวในแนวดิ่งอย่างไรภายใต้แรงโน้มถ่วง ติดตามระยะที่มันเคลื่อน แล้วสกัดค่าคงที่ออกมาได้หลายวิธีต่างกัน
จุดชี้ขาดไม่ใช่ค่าใดค่าหนึ่ง แต่คือวิธีที่เป็นอิสระต่อกันของเขาลู่เข้าสู่ตัวเลขเดียวกัน ถ้าอนุภาคที่อยู่เบื้องหลังไม่มีจริง เรื่องนี้อธิบายได้ยากมาก เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 1926 "สำหรับผลงานเกี่ยวกับโครงสร้างที่ไม่ต่อเนื่องของสสาร" คำประกาศนี้ระบุความสำเร็จที่แท้จริง ไม่ใช่ตัวเลข หลัง Perrin สมมติฐานเรื่องอะตอมเลิกเป็นสมมติฐาน
ความลู่เข้าในฐานะหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุด
การวัดครั้งเดียวอาจผิดในแบบที่ผู้วัดมองไม่เห็น และการวัดซ้ำก็ผิดซ้ำในแบบเดิมได้ทุกประการ วิธีที่เป็นอิสระต่อกันจะพลาดไปทางเดียวกันได้ยากกว่ามาก ความสอดคล้องระหว่างเทคนิคที่ไม่เกี่ยวข้องกันจึงมีน้ำหนักมากกว่าความแม่นยำภายในเทคนิคเดียว ไม่ใช่ตัวเลขตัวใดตัวหนึ่งของ Perrin ที่ปิดข้อถกเถียงเรื่องอะตอม แต่คือการที่พยานทั้งหมดพูดตรงกันโดยไม่นัดหมาย นี่คือเหตุผลที่รูปแบบนี้กลับมาอีกในทุกบทถัดไปของหนังสือเล่มนี้ และเป็นเหตุผลที่ผลลัพธ์ตระการตาเพียงชิ้นเดียวควรอ่านเป็นคำเชื้อเชิญ ไม่ใช่บทสรุป
ตัวอย่าง: พยานคนเดียวบรรยายคนแปลกหน้าอาจจำผิดได้ พยานสี่คนที่ไม่เคยพบกันบรรยายคนแปลกหน้าคนเดียวกันตรงกัน เป็นการกล่าวอ้างคนละชนิด
คำตัดสิน. ค่าคงที่อาโวกาโดรตั้งชื่อตามคนที่ไม่ได้คำนวณมัน และถูกยืนยันด้วยวิธีที่เป็นอิสระต่อกันของ Perrin ที่ลู่เข้าสู่ค่าเดียวกัน นั่นคือสิ่งที่ยุติข้อถกเถียงว่าอะตอมมีอยู่จริงหรือไม่
จะพลิกคำตัดสินได้เมื่อ: มีผู้แสดงได้ว่าการวัดหลายครั้งของ Perrin ใช้สมมติฐานเชิงระบบร่วมกัน ความเป็นอิสระที่รองรับข้อโต้แย้งนี้จะพังลงทันที
แหล่งอ้างอิง. 1926 · Nobel Prize in Physics, Jean Baptiste Perrin — NobelPrize.org · 2019 · "Avogadro constant" — Wikipedia
บทถัดไป · 7 / 1207. อายุของโลก — ผู้ที่กำจัดสารตะกั่วออกไปเช่นกัน