Maria Goeppert - Mayer : สตรีคนที่สองที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์

Maria Goeppert Mayer กับสามี Joseph

       Maria Gertrude Kate Goeppert เป็นชื่อเต็มในวัยเด็กของ Maria Mayer ผู้มีผมสีบลอนด์ ตาสีฟ้า มีนิสัยเคร่งขรึม และชอบอ่านหนังสือ เธอเกิดเมื่อวันที่ 28 กรกฎาคม พ.ศ. 2449 ที่เมือง Kattowitz ประเทศเยอรมนี (ปัจจุบันเมืองนี้อยู่ในโปแลนด์) ในตระกูลชนชั้นกลางที่มีฐานะดี เพราะบิดา Friedrich Goeppert เป็นศาสตราจารย์ด้านกุมารเวชศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Kattowitz ส่วนมารดาเป็นครูสอนภาษาฝรั่งเศสและดนตรี
       
       การเป็นบุตรสาวคนเดียวของครอบครัว ทำให้บิดาของ Maria คาดหวังว่าเมื่อเติบใหญ่ เธอจะต้องทำอะไรๆ ได้มากกว่าการเป็นแม่บ้าน Maria เล่าว่า เธอมักรู้สึกปวดหัวบ่อย และหนักใจที่ต้องแบกภาระรับผิดชอบความคาดหวังของวงศ์ตระกูล เพราะย้อนหลัง 6 ชั่วอายุคนของครอบครัว Goeppert มีประวัติว่า สมาชิกของตระกูลอย่างน้อย 1 คน ดำรงตำแหน่งเป็นศาสตราจารย์
       
       เมื่อ Maria อายุ 4 ขวบ ครอบครัวได้อพยพไปอยู่ที่ Gottingen ในเยอรมนี เพราะบิดาของเธอได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Georgia Augusta ทำให้มีโอกาสต้อนรับนักคณิตศาสตร์ผู้มีชื่อเสียง เช่น David Hilbert ในฐานะเพื่อนบ้าน
       
       Maria ได้เข้าเรียนที่โรงเรียนมัธยมใน Gottingen และมีประวัติการเรียนว่ามีความสามารถด้านภาษา และคณิตศาสตร์ เมื่ออายุ 18 ปี Maria สอบเข้ามหาวิทยาลัย Georgia Augusta ได้ และเลือกเรียนคณิตศาสตร์เป็นวิชาเอก ในขั้นแรกความตั้งใจของ Maria ก็คล้ายกับความตั้งใจของนิสิตหญิงคนอื่นๆ ในสมัยนั้น คือ เรียนมหาวิทยาลัยเพื่อรับประกาศนียบัตรครู แต่เธอพบว่า วิธีสอนคณิตศาสตร์ของอาจารย์ไม่ตื่นเต้น และไม่น่าสนใจเลย เธอจึงคิดจะเรียนแพทย์แทน แต่ถูกพ่อคัดค้าน เพราะรู้ดีว่าลูกสาวสุดที่รักของตนจะเครียดมากถ้าเห็นคนไข้ตาย
       
       นอกจากมหาวิทยาลัย Georgia Augusta จะมีชื่อเสียงด้านการวิจัยคณิตศาสตร์แล้ว การวิจัยด้านฟิสิกส์ทฤษฎีของที่นี่ก็โด่งดังไม่แพ้กัน ในปี พ.ศ. 2470 เมื่อ Maria ได้เข้าฟังการบรรยายของ Max Born (ผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี พ.ศ. 2497 จากผลงานการแปลความหมายของกลศาสตร์ควอนตัม) เธอตัดสินใจเรียนฟิสิกส์ทันที และในปีเดียวกันนั้น บิดาของเธอก็ได้เสียชีวิตลงอย่างไม่คาดฝัน และเมื่อเธอรู้ว่าบิดาคาดหวังในตัวเธออย่างไร เธอจึงอุทิศตัวเรียนฟิสิกส์จนสำเร็จปริญญาระดับดุษฎีบัณฑิต โดยมี Max Born เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาในการทำวิทยานิพนธ์

Enrico Fermi กับ Maria Mayer

      เมื่อบิดาจากไปรายได้ของครอบครัวก็ลดลง มารดาของ Maria จึงต้องหารายได้เสริมโดยเปิดห้องว่างที่บ้านให้นิสิต และอาจารย์มหาวิทยาลัยที่ยังไม่มีครอบครัวเช่า Maria ได้รู้จัก Joseph Mayer ด็อกเตอร์หนุ่มชาวอเมริกาเชื้อชาติออสเตรีย ซึ่งเป็นผู้เช่าคนหนึ่งที่มีแม่เป็นชาวอเมริกัน คนทั้งสองรักกันและสมรสกันในปี พ.ศ. 2473 ขณะนั้น Maria อายุ 24 ปี และกำลังทำวิทยานิพนธ์เรื่อง On Elemental Processes with Two Quantum Jumps เพื่อศึกษากระบวนการธรรมชาติ ที่มีการเปลี่ยนแปลงเชิงควอนตัมสองครั้ง
       
       เมื่อ Joseph สิ้นสุดเวลาการเยือนมหาวิทยาลัย Georgia Augusta เขาได้งานเป็นอาจารย์เคมีที่มหาวิทยาลัย John Hopkins ในสหรัฐอเมริกา สองสามีภรรยาจึงเดินทางไปเมือง Baltimore ในสหรัฐอเมริกา แต่สมัยนั้นมหาวิทยาลัยต่างๆ ในอเมริกายังไม่กระตือรือร้นที่จะรับสตรีเป็นอาจารย์ ยิ่งไปกว่านั้นมหาวิทยาลัยบางแห่ง เช่น มหาวิทยาลัย John Hopkins ออกกฎหมายห้ามสามีภรรยาทำงานในภาควิชา หรือคณะเดียวกัน การมีกฎเช่นนี้ทำให้แรงต้านการรับ Maria เข้าทำงานมีมาก แต่เมื่อ Max Born เขียนจดหมายรับรองอย่างแข็งขันว่า เธอเป็นผู้มีความสามารถมากในด้านทฤษฎีควอนตัม John Hopkins จึงรับเธอเข้าทำงานกับ Karl Herzfeld ซึ่งเชี่ยวชาญเคมี แต่เธอพบว่าเธอไม่รู้สึกสนใจเคมีเลย เมื่อการปรับตัวให้เข้ากับชีวิตในอเมริกายากลำบาก Maria จึงเดินทางกลับ Gottingen เพื่อไปทำงานร่วมกับ Born
       
       ในเวลาต่อมาเธอได้ตีพิมพ์งานวิจัยเรื่อง ทฤษฎีของ Double Beta Decay ร่วมกับ Born ซึ่งเกี่ยวข้องกับทฤษฎีการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี โดยการปล่อยอนุภาคเบต้า ซึ่งเกิดเวลาอนุภาคนิวตรอนในนิวเคลียสเปลี่ยนไปเป็นโปรตอน อนุภาคเบต้า และอนุภาคแอนตินิวตริโน แต่ในกรณีการสลายตัวแบบเบต้าคู่ อนุภาคนิวตรอนสองตัวในนิวเคลียสถูกเปลี่ยนไปเป็น โปรตอน 2 ตัว อิเล็กตรอน 2 ตัว และแอนตินิวตริโน 2 ตัว พร้อมกัน ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในกรณีธาตุ selenium - 76 และนักทดลองได้เห็นเหตุการณ์นี้เป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2529 แต่ในทางตรงกันข้าม อนุภาคโปรตอน 2 ตัว ในนิวเคลียส เมื่อได้รับอิเล็กตรอนสองตัวที่โคจรอยู่รอบนิวเคลียสก็สามารถเปลี่ยนเป็นอนุภาคนิวตรอน 2 ตัว กับนิวตริโน 2 ตัวก็ได้เช่นกัน
       
       ในฤดูใบไม้ผลิ ปี พ.ศ. 2476 Maria ได้โอนสัญชาติเป็นอเมริกัน และมีชื่อในวงวิชาการว่า Maria Goeppert Mayer แต่เวลาอยู่ในสังคมอื่นเธอจะใช้ชื่อง่ายๆ ว่า Maria Mayer เธอมีลูก 2 คน ชื่อ Maria Ann และ Peter Conrad แต่เด็กทั้งสองคนเมื่อเติบใหญ่ไม่มีใครเป็นนักวิทยาศาสตร์เช่นบิดา หรือมารดา

Maria Goeppert - Mayer

ในปี พ.ศ. 2480 Joseph ได้รับแต่งตั้งเป็นรองศาสตราจารย์เคมีแห่งมหาวิทยาลัย Columbia ครอบครัว Mayer จึงไป New York หากมีเวลาว่าง Maria กับสามีจะร่วมกันเรียบเรียงตำรา Statistical Mechanics ซึ่งเป็นตำราที่มีชื่อเสียงมาก ถึงกระนั้นคนอ่านส่วนใหญ่มักคิดว่า หนังสือเล่มนี้เป็นผลงานของ Joseph มากกว่าของ Maria
       
       Maria เข้าร่วมวิจัยฟิสิกส์ในโครงการ Manhattan เพื่อสร้างระเบิดปรมาณู เมื่อเกิดสงครามโลกครั้งที่สอง ทั้งๆ ที่เธอมีสัญชาติเป็นเยอรมันแต่เธอก็ได้บอกกับครอบครัวว่า เธอทำเพื่อสู้และกำจัดพวกนาซี ไม่ใช่เพื่อรบฆ่าชาวเยอรมัน เพราะ Hitler เป็นทรชนที่โลกต้องกำจัด งานวิจัยที่เธอทำร่วมกับ Edward Teller (บิดาของระเบิดไฮโดรเจน) เป็นการหาวิธีแยกยูเรเนียม 235 จากยูเรเนียม 238 ในปี พ.ศ. 2488 เมื่อญี่ปุ่นถูกถล่มด้วยระเบิดปรมาณู Maria ไม่กังวลหรือเศร้าใจมาก เพราะเธอมิได้มีบทบาทสำคัญในการสร้างระเบิดมหาประลัยทั้งสองลูกนั้นมาก
       
       เมื่อสงครามสงบ Joseph Mayer ได้ย้ายไปเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย Chicago และ Maria ได้รับแต่งตั้งเป็นรองศาสตราจารย์ที่ไม่มีเงินเดือนประจำในขณะที่สามีได้เงินเดือนเต็ม
       
       เมื่อครั้งที่ Maria ทำงานวิจัยร่วมกับ Teller เธอสนใจปัญหาว่า เหตุใดนิวเคลียสของธาตุบางชนิดจึงไม่เสถียร คือสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคต่างๆ และรังสีแกมมาออกมา และเธอก็ได้พบว่า เวลานิวเคลียสรับอนุภาคนิวตรอน หรือโปรตอนเข้าไป พลังงานที่ยึดเหนี่ยวอนุภาคเหล่านั้นในนิวเคลียสอาจมากขึ้น หรือน้อยลงก็ได้ และเมื่อใดก็ตามที่นิวเคลียสมีจำนวนโปรตอนกับนิวตรอนรวมกันเท่ากับ 2 8 20 28 50 82 126 อนุภาคต่างๆ ในนิวเคลียสเหล่านั้นจะถูกยึดเหนี่ยวอย่างรุนแรงที่สุด นั่นคือนิวเคลียสที่มีจำนวนอนุภาคโปรตอนกับนิวตรอนเท่ากับ 2 8 20 ... เป็นนิวเคลียสที่เสถียร นักฟิสิกส์เรียกจำนวน 2 8 20 28 50 82 126 ... ว่า จำนวนกล (magic number)
       
       ในการอธิบายที่มาของตัวเลขเหล่านี้ Maria ได้คิดทฤษฎีโครงสร้างของนิวเคลียสขึ้น โดยพิจารณาว่า อนุภาคโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส มีวงโคจรเป็นชั้นๆ (shell) และอยู่กันอย่างหนาแน่นในนิวเคลียส แต่อนุภาคก็ไม่ชนกันตามหลักการห้ามซ้อนทับของ Pauli ในวิชากลศาสตร์ควอนตัม ดังนั้นอนุภาคแต่ละตัวจึงเคลื่อนที่เสมือนอิสระในสนามของแรงที่เกิดจากอิทธิพลของอนุภาคตัวอื่นๆ อนุภาคเหล่านี้จึงมีพลังงานแตกต่างกัน และอยู่เรียงกันเป็นชั้นๆ ตามหลักของวิชากลศาสตร์ควอนตัม ในลักษณะเดียวกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่นอกนิวเคลียส ซึ่งก็มีพลังงานแตกต่างกันเป็นชั้นๆ ด้วย

Hans Bethe

     ทฤษฎีโครงสร้างนิวเคลียสที่ Maria พบนี้แสดงให้เห็นอีกว่า เวลานิวเคลียสมีอนุภาคโปรตอนหรือนิวตรอนรวมกันมากกว่า 2 8 ... มันจะไม่เสถียร และจะสลายตัวโดยการปล่อยกัมมันตรังสีด้วย
       
       เมื่อเธอตีพิมพ์ผลงานเรื่อง Shell Model ในปี พ.ศ. 2491 เธอพบว่า Johannes Hans Daniel Jensen นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันแห่งมหาวิทยาลัย Heidelberg ก็ได้ศึกษาเรื่องเดียวกันนี้ และได้ผลเหมือนกับเธอได้
       
       ขณะที่สงครามโลกครั้งที่สองกำลังดำเนินอยู่ Maria สูบบุหรี่จัด เธอจึงมีปัญหาเรื่องสุขภาพปอด เมื่ออายุ 50 ปี หูข้างหนึ่งของเธอหนวก ต่อมาเธอและสามีวัย 53 ปี ก็ได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย California ที่ San Diego จากนั้นไม่นานเธอก็ป่วยเป็นอัมพฤกษ์จากการมีเส้นเลือดในสมองที่อุดตัน ในปี พ.ศ. 2506 Maria ได้รับการประกาศให้เป็นผู้พิชิตครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ร่วมกับ Jensen จากผลงานทฤษฎี Shell Model ของนิวเคลียส ส่วนรางวัลอีกครึ่งหนึ่งเป็นของ Eugene Paul Wigner ผู้มีผลงานทฤษฎี Group ที่ใช้ศึกษาปรากฏการณ์ควอนตัมของอะตอม
       
       หลังจากได้รับรางวัลโนเบล Maria ได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ National Academy of Sciences ของอเมริกา ซึ่งมีศักดิ์ศรีเท่าเทียมกับ Royal Society ของอังกฤษ และได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตกิตติมศักดิ์จากสถาบันการศึกษาต่างๆ มากมาย
       
       ในวันที่ 20 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2515 Maria เสียชีวิตด้วยโรคหัวใจล้มเหลว ปี พ.ศ. 2549 จึงเป็นปีครบหนึ่งศตวรรษที่เธอเกิด ชีวิตของเธอแสดงให้เห็นว่า เธอต้องต่อสู้กับประเพณีหลายเรื่องที่ไม่ยุติธรรมของสังคม แต่เธอก็ไม่ท้อถอย เพราะได้รับแรงสนับสนุนจากบุรุษหลายคนที่เธอรู้จัก เช่น Born, Teller และ Fermi (ผู้พิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี พ.ศ. 2481) การสนับสนุนเหล่านี้ทำให้เธอเพียรทำงานฟิสิกส์ จนกระทั่งโลกยอมรับเธอ โดยเริ่มทำงานกับ Born วิจัยด้านทฤษฎีควอนตัม แล้วเปลี่ยนไปสนใจเคมีเชิงฟิสิกส์ จากนั้นก็หันกลับมาศึกษานิวเคลียสตามความสนใจของ Teller และเมื่อได้รับคำแนะนำจาก Fermiเธอก็สร้างทฤษฎี Shell Model จนประสบความสำเร็จในที่สุด.


 

Edward Teller