เมื่อวันที่ 18 ตุลาคม ปี 2025 ที่เพิ่งผ่านไปนี้ โลกได้สูญเสียนักฟิสิกส์ทฤษฎีผู้ยิ่งใหญ่คนหนึ่งแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 20
เขาคือ Chen Ning Yang (1922-2025) ผู้ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ ประจำปี 1957 ร่วมกับ Tsung-Dao Lee (1925-2024) จากผลงานที่ได้ปฏิรูปความเข้าใจของคนทั้งโลกว่า ในระบบที่มีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งเกิดจากอันตรกิริยานิวเคลียร์อย่างอ่อน (weak interaction) สมบัติสมมาตรในประเด็นซ้าย-ขวา จะใช้ไม่ได้อีกต่อไป (คือ ไม่เป็นจริง) หรือถ้าจะกล่าวอีกนัยหนึ่งก็ได้ว่า พระผู้เป็นเจ้ามิได้ทรงถนัดสองพระหัตถ์ แต่ทรงถนัดซ้าย
เมื่อการคาดการณ์นี้ ได้รับการยืนยันว่าถูกต้องโดยการทดลอง การค้นพบของ Lee กับ Yang จึงได้ล้มล้างความเชื่อของผู้คนทั้งโลกที่ได้มีมานานหลายร้อยปี เมื่อครั้งที่คนทั้งสองแถลงความเชื่อของเขาใหม่ ๆ ไม่มีนักฟิสิกส์คนใดเชื่อพวกเขาเลย แม้แต่ Richard P. Feynman (1918-1988) (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1965) และ Wolfgang Pauli (1900–1958) (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ ปี 1945) ก็ไม่เชื่อว่า สิ่งที่ Lee กับ Yang คิดนี้ว่าจะเป็นความจริง
ทฤษฎีของ Yang กับ Lee หรือของ Lee กับ Yang โดยมีชื่อของคนทั้งสองที่มีความแตกต่างกันในประเด็นลำดับว่า ชื่อของใครเป็นชื่อแรก และชื่อของใครเป็นชื่อรอง ได้ทำให้คนทั้งสองแตกความสามัคคีในการทำงานร่วมกัน หลังจากที่ได้รับรางวัลโนเบลไปแล้ว โดยมีการอ้างว่าคนหนึ่งเป็นคนต้นคิดและอีกคนเป็นคนเสริมเติม จนในที่สุดคนทั้งสองก็ตัดสินใจทำงานฟิสิกส์แยกกัน ตราบจนวันสุดท้ายของชีวิต
ซึ่งเป็นเรื่องไม่น่าเชื่อว่า วงการวิชาการจะมีเรื่องแก่งแย่งแสงกันในทำนองนี้ ทั้ง ๆ ที่การทำงานวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เป็นเรื่องที่ต้องทำงานพึ่งพากัน งานจึงจะสมบูรณ์และยิ่งใหญ่ ดังตัวอย่างการพบปรากฏการณ์กัมมันตรังสี โดย H. Becquerel (1852-1908) ในปี 1896 แล้ว Marie (1857-1934) กับ Pierre Curie (1859-1906) ได้ศึกษาธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้ จนทำให้คนทั้งสองได้รับครึ่งหนึ่งของรางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1903 แต่ก็ไม่ได้หย่ากัน คือ ยังคงสภาพเป็นสามี-ภรรยากัน จนกระทั่ง Pierre Curie ประสบอุบัติเหตุถูกรถม้าชน จนเสียชีวิต
หรือในกรณีของ Arno Penzias (1933-2024) กับ Robert Wilson (1936-2000) ซึ่งได้พบรังสีไมโครเวฟภูมิหลัง (microwave background radiation) อันเป็นหลักฐานชิ้นสำคัญที่แสดงให้เห็นว่า เอกภพถือกำเนิดจากการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ (Big Bang) ทั้งสองก็ไม่ได้ทะเลาะกันว่า ใครคิดและใครได้เครดิต เหมือนในกรณีของ Yang กับ Lee
C.N. Yang (หรือที่เพื่อนๆ ชาวอเมริกันเรียก Frank) เกิดเมื่อวันที่ 1 ตุลาคม ปี 1922 ที่เมือง Hofei ในมณฑล Anhwei ของจีน ในครอบครัวที่มีลูก 5 คน โดย Yang เป็นลูกคนโต บิดาของ Yang เป็นศาสตราจารย์คณิตศาสตร์ที่สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัย Chicago สหรัฐอเมริกา และสอนหนังสืออยู่ที่มหาวิทยาลัย Southwest Associated ในเมือง Kunming และในเวลาต่อมาได้ย้ายไปสอนหนังสือที่มหาวิทยาลัย Fudan ในเมือง Shanghai
ช่วงเวลาระหว่างปี 1937-1945 เป็นระยะเวลาที่จีนถูกญี่ปุ่นรุกรานหนัก จนทำให้เกิดสงครามจีน-ญี่ปุ่น เป็นสงครามใหญ่ หลังจากที่ได้เกิดการยิงกันระหว่างทหารสองฝ่ายที่สะพาน Marco Polo ใกล้กรุงปักกิ่ง ญี่ปุ่นจึงจัดส่งกองทัพบุกจีน จนสามารถยึดครองกรุงปักกิ่ง และเมือง Tianjin ได้ การต่อสู้อย่างดุเดือดนองเลือดตลอดเส้นทางได้ทำให้พลเมืองจีน โดยเฉพาะที่นคร Nanjing เสียชีวิตไปประมาณ 200,000 คน และบ้านของ Yang ที่เมือง Kunming ถูกทำลาย แต่ไม่มีใครเสียชีวิต
ครั้นเมื่อญี่ปุ่นโจมตี Pearl Harbor ในเดือนธันวาคม ปี 1941 โดยไม่ได้ประกาศสงครามกับอเมริกาอย่างเป็นทางการ สหรัฐฯ จึงได้เข้าช่วยจีน สงครามที่เกิดต่อเนื่องระหว่างชนชาติในหลายประเทศ ได้กลายเป็นสงครามโลกครั้งที่ 2 และสงครามได้ยุติลงในเดือนสิงหาคมของปี 1945 ในช่วงเวลานั้น Yang วัย 22 ปี ได้เข้าเรียนที่มหาวิทยาลัย Southwest Associated แล้วได้ย้ายไปเรียนต่อที่มหาวิทยาลัย Tsinghua จนได้รับปริญญาโท เมื่อปี 1944
ด้าน Tsung-Dao Lee (ที่เพื่อนอเมริกันชอบเรียกว่า T.D.) เกิดเมื่อวันที่ 24 พฤศจิกายน ปี 1926 ที่เมือง Shanghai ในครอบครัวที่มีลูก 6 คน และ Lee เป็นคนที่ 3 บิดามีอาชีพเป็นเกษตรกร Lee ได้เข้าเรียนที่มหาวิทยาลัย Southwest Associated เช่นเดียวกับ Yang และคนทั้งสองได้พบกันเป็นครั้งแรกในปี 1945 โดยในเวลานั้น Lee ยังเป็นนิสิต และ Yang เป็นครูสอนโรงเรียนมัธยมที่เมือง Kunming
ในเดือนสิงหาคม ปี 1945 Yang ได้ออกเดินทางจากจีนไปศึกษาต่อที่อเมริกา ในสมัยนั้นโลกยังไม่มีเครื่องบินหรือเรือเดินทางประจำระหว่างจีนกับอเมริกา Yang จึงต้องแวะพักที่ Calcutta ในอินเดียก่อน เพื่อคอยที่ว่างบนเรือขนทหาร และในที่สุดก็ได้เดินทางถึงอเมริกาในเดือนพฤศจิกายน จากนั้นได้เดินทางไปที่ Chicago เพื่อเข้าเรียนปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Chicago โดยมี Edward Teller (1908-2003) ซึ่งเป็นบิดาของระเบิดไฮโดรเจน เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาในการทำวิทยานิพนธ์
อีก 3 ปีต่อมา Yang ก็สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก ด้วยการทำวิทยานิพนธ์เรื่อง การกระเจิงเชิงมุมของอนุภาคต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยานิวเคลียร์
ด้าน T.D. ก็ไปเรียนต่อที่มหาวิทยาลัย Chicago เหมือน Yang และได้ Enrico Fermi (1901-1954) รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1938 จากการพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีด้วยการเหนี่ยวนำ เป็นอาจารย์ที่ปรึกษาในการทำวิทยานิพนธ์เรื่อง การหาปริมาณไฮโดรเจนในดาวแคระขาว (white dwarf)
หลังจากที่สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกแล้ว Yang ได้รับการคัดเลือกเป็นสมาชิกของสถาบัน Institute for Advanced Study ที่ Princeton และได้ครองตำแหน่งศาสตราจารย์ของที่นั่นในปี 1966
ด้าน Lee ได้แยกตัวไปเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย California วิทยาเขต Berkeley และในปี 1951 Lee ก็ได้รับการคัดเลือกเข้าเป็นสมาชิกของสถาบัน Institute for Advanced Study เช่นเดียวกับ Yang คนทั้งสองจึงมีโอกาสใกล้ชิดกัน และทำงานร่วมกันมากขึ้น จนได้งานวิจัยชิ้นแรกในปี 1949
อีก 4 ปีต่อมา Lee ได้หวนกลับไปสอนที่มหาวิทยาลัย Columbia ส่วน Lee สนใจวิธีการผลิตอนุภาค muon (ซึ่งเป็นอนุภาคเหมือนอิเล็กตรอน แต่มีมวลมากกว่าประมาณ 207 เท่า) อีกทั้งเป็นอนุภาคที่ไม่เสถียร คือ สลายตัวง่าย โดยมีครึ่งชีวิต 2.2x10^(-6) วินาที แล้วสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนกับ muon neutrino และ antielectron neutrino
ด้าน Yang ก็สนใจธรรมชาติของอนุภาค meson กับปรากฏการณ์เปลี่ยนเฟส (phase transition) ในแบบจำลอง Ising (Ising model) ซึ่งแสดงปรากฏการณ์แม่เหล็กแบบ ferro (ferromagnetism) ที่อะตอมมีโมเมนต์แม่เหล็กแบบ dipole ชี้ทิศขึ้นและลงเท่านั้น โดยโมเมนต์เหล่านี้ อยู่บนเครือข่าย lattice ใน 2 มิติ โดยที่ spin ของโมเมนต์แม่เหล็กจึงมีอันตรกิริยาต่อกันและ Ising ได้พบว่า ใน 1 มิติ ระบบจะไม่มีการเปลี่ยนเฟสเป็นแม่เหล็ก ไม่ว่าอุณหภูมิของระบบจะสูงหรือต่ำเพียงใด
แต่ใน 2 มิติ Lars Onsager (1903–1976) ซึ่งเป็นนักเคมีชาวนอร์เวย์ ที่ได้รางวัลโนเบลเคมีปี 1968 ได้คำนวณค่าพลังงานเสรีของระบบ Ising และ Yang ได้พบสูตรการกลายเป็นแม่เหล็ก ferro ด้วยตนเอง โดยได้คำนวณสูตรของ magnetization และพบว่าอุณภูมิวิกฤต Tc สามารถหาได้จากสูตร
ก่อนปี 1956 นักฟิสิกส์ทุกคนเชื่อเรื่องหลักสมมาตรซ้าย-ขวา หรือที่มีชื่อเรียกอีกชื่อว่า สมมาตรกระจกเงา (mirror symmetry) ซึ่งมีใจความว่า เราไม่สามารถจะบอกความแตกต่างระหว่างเหตุการณ์ที่เกิดจริง กับเหตุการณ์ที่เกิดโดยภาพในกระจกเงาได้
แต่เมื่อถึงวันที่ 1 ตุลาคม ปี 1956 วงการฟิสิกส์ก็รู้สึกแปลกใจที่ได้อ่านงานวิจัยของนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เชื้อชาติจีนสองคน ชื่อ Tsung-Dao Lee แห่งมหาวิทยาลัย Columbia ที่ New York City กับ Chen Ning Yang แห่ง Institute for Advanced Study ที่ Princeton รัฐ New Jersey ซึ่งได้เสนอผลงานว่า
ในเหตุการณ์ที่มีการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี นักฟิสิกส์สามารถบอกความแตกต่างระหว่างซ้ายกับขวาได้ ซึ่งถ้าพูดเป็นภาษาวิชาการก็คือ ในกรณีอันตรกิริยาอย่างอ่อน (weak interaction) หลัก parity จะใช้ไม่ได้อีกต่อไป
คำว่า parity แปลว่า ความเท่าเทียมหรือความเสมอภาค แต่ความคิดเรื่อง parity ในฟิสิกส์เป็นความรู้เรื่องสมมาตร ซึ่งหมายความว่า ถ้าเรามีระบบ แล้วนำระบบนั้นไปวางหน้ากระจกเงา การแปลง parity จะเป็นการเปลี่ยนพิกัดของระบบเดิม จาก (x, y, z) ไปเป็น (-x, -y, -z) นั่นคือ จากซ้ายเป็นขวา จากบนเป็นล่าง และจากหน้าเป็นหลัง สำหรับในกรณีฟังก์ชันคลื่น (wave function) ของกลศาสตร์ควอนตัม เมื่อมีการแปลง parity ถ้า wave function ยังมีค่าเท่าเดิม เราเรียก parity นั้นว่า parity คู่ (even parity) แต่ถ้าฟังก์ชันคลื่นมีเครื่องหมายลบ เราเรียก parity นั้นว่า parity คี่ (odd parity)
นักฟิสิกส์ก่อนปี 1956 เชื่อว่า ในทุกอันตรกิริยาที่มีในเอกภพ parity ของระบบก่อนเกิดการเปลี่ยนแปลงจะมีค่าเท่ากับ parity หลังการเปลี่ยนแปลงเสมอ ซึ่งเป็นแนวคิดเดียวกับเรื่องการคงตัวของพลังงาน โมเมนตัม ประจุ ฯลฯ ที่ต้องมีค่าคงตัวเสมอ แต่ในกรณีของอันตรกิริยาโน้มถ่วง อันตรกิริยาไฟฟ้า อันตรกิริยานิวเคลียร์อย่างแข็ง parity เป็นปริมาณที่มีการอนุรักษ์ คือ ค่าไม่เปลี่ยน
ส่วนในกรณีของอันตรกิริยาแบบอ่อน โลกยังไม่มีการทดลองใด ๆ ที่ยืนยันเรื่องนี้ดังนั้น Lee กับ Yang จึงเสนองานวิจัยเรื่อง “Question of Parity Conservation in Weak Interactions” ที่ลงในวารสาร Physical Review, vol 104, No 1, PP234-258 (October1,1956) DOI: 10.1103/ Phys Rev 104.254 และได้เสนอการทดลอง เพื่อใช้ทดสอบสมมติฐานนี้ โดยให้ศึกษาการกระจายเชิงมุมของอิเล็กตรอนที่นิวเคลียส Cobalt-60 (Co-60) ปล่อยออกมาเวลามันสลายตัว (การปล่อยนี้เราเรียกว่า รังสีบีตา (beta))
ข้อเสนอของ Lee กับ Yang ได้รับการตอบรับโดย Chien-Shiung Wu (1912-1997) ในงานวิจัยชื่อ “Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay” โดย C-S Wu et.al. ที่ได้ลงเผยแพร่ใน Physical Review, 105 (4) , PP1413-1415 (ปี 1957)
Wu กับทีมวิจัยได้นำนิวเคลียสของ cobalt-60 มา แล้วทำให้มันมีอุณภูมิ 0.01 องศาสัมบูรณ์ เพื่อให้ spin ของ nucleus ไม่ได้รับความกระทบกระเทือนด้วยความร้อน และเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบในสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูง
แต่ Wu กลับพบว่าอิเล็กตรอนจำนวนมาก จะพุ่งออกมาในทิศตรงกันข้ามกับทิศของสนามแม่เหล็ก ดังนั้นการกระจายของอิเล็กตรอน จึงเป็นแบบไม่สมมาตร และนั่นก็หมายความว่า ในอันตรกิริยานิวเคลียร์อย่างอ่อน อนุภาคซ้าย (left-hand particle) ซึ่งมี spin กับ momentum ชี้ทิศสวนกัน จะมีจำนวนมาก นั่นคืออันตรกิริยานี้แสดงสมบัติ chirality (ความถนัดซ้าย-ขวา)
ผลการทดลองนี้ได้ปูทางให้นักฟิสิกส์ทฤษฎีได้พัฒนาทฤษฎี V-A (vector minus axial vector) ซึ่งได้นำไปสู่การสร้างทฤษฎี Standard Model ในเวลาต่อมา
ช่วงปี 1957-60 Lee กับ Yang ได้ทำงานวิจัยด้าน statistical mechanics ร่วมกันอีกหลายชิ้น เช่น ได้ศึกษาสมบัติของแก๊สแบบ Bose จนได้สูตรระดับพลังงานของอะตอมและสมบัติของ superfluidity
ลุถึงปี 1912 ความสัมพันธ์ระหว่าง Lee กับ Yang ก็ได้มาถึงทางตัน ด้วยเหตุผลต่างๆ มากมาย
โดยมีสาเหตุหลัก คือ การแบ่งเครดิตและการเป็นที่ยอมรับ หลังจากที่คนทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ร่วมกันไปแล้ว คนใกล้ชิดหลายคนอ้างว่า ตามปกติ Yang จะเป็นคนเสนอความคิดเริ่มต้น และ Lee เป็นคนทำหน้าที่เพิ่มเติมรายละเอียดด้านคณิตศาสตร์ ดังนั้น ใครสมควรจะได้เป็นชื่อแรก และใครสมควรจะได้เป็นชื่อตาม จึงเป็นเรื่องความเห็นของแต่ละบุคคล และ Yang มักอ้างว่า เวลาให้สัมภาษณ์กับสื่อ Lee มักจะอ้างว่า ตนเป็นคนที่คิดได้เป็นคนแรกเสมอ
นอกจากประเด็นนี้แล้ว การได้รับรางวัลโนเบลเพียง 2 คน โดยไม่มีชื่อของ C.S. Wu เข้ามารับร่วมด้วยก็เป็นเรื่องที่หลายคนคิดว่าเป็นความไม่เท่าเทียมทางเพศ เพราะ Wu เป็นผู้หญิง ที่ได้ใช้ผลการทดลองของเธอยืนยันว่า ทฤษฎีของ Lee กับ Yang ถูกต้อง เธอจึงสมควรจะได้ร่วมรับรางวัลโนเบลกับเขาด้วย แต่เธอไม่ได้
เหตุผลเหล่านี้ ทำให้ Lee กับ Yang แยกย้ายกันไปทำงานวิจัยฟิสิกส์คนละเรื่องและคนละทางในที่สุด
ผลงานสำคัญอีกชิ้นหนึ่งของ Yang คือ การเสนอทฤษฎี Yang-Mills ร่วมกับ Robert Mills (1927-1999) ซึ่งนับว่าเป็น 1 ใน 7 ของโจทย์คณิตศาสตร์ที่ยากที่สุดในโลก และเป็นโจทย์ที่สถาบัน Clay Mathematics Institute (CMI) ได้ประกาศในปี 2000 ว่า จะมอบรางวัลให้คนที่สามารถแสดงให้เห็นได้ว่า ทฤษฎี Yang-Mills สามารถอธิบายการมีมวลของอนุภาค gauge (gluon ซึ่งเป็นอนุภาคสื่อที่ใช้ในอันตรกิริยาแบบแข็งระหว่าง quark) ว่า มีมวล ทั้ง ๆ ที่สมการยังคงสภาพมีสมมาตร gauge (gauge invariance) ทำให้เกิดช่องว่างมวล (mass gap) เพราะ gluon เป็นอนุภาคอิสระ จึงไม่มีมวล แต่เวลาจับคู่เป็น glueball กลับมีมวล และเมื่อ gluon ไม่มีมวล พิสัยของอันตรกิริยาอย่างแข็งจึงต้องมากถึงอนันต์ แต่ความจริงหาเป็นเช่นนั้นไม่
ใครก็ตามที่สามารถพิสูจน์เรื่องนี้ได้ ก็จะได้รับเงินรางวัล 1 ล้านดอลลาร์
ผลงานสำคัญชิ้นสุดท้ายของ Yang ก็คือการฟื้นฟูและพัฒนาการวิจัยฟิสิกส์ทฤษฎีในประเทศจีน โดยได้เชื่อมโยงนักฟิสิกส์จีนและสถาบันจีนกับต่างชาติ
ในปี 1971-1979 Yang ได้ติดต่อกับนักฟิสิกส์ต่างชาติที่มีชื่อเสียงมาทำวิจัยร่วมกับนักฟิสิกส์จีน
ปี 1979 ประธานาธิบดี Deng Xiaoping ได้เชื้อเชิญ Yang จากอเมริกาให้ไปเยือนจีน
ปี 1980 Yang ได้จัดตั้งสถาบัน Institute for Advanced Study ที่มหาวิทยาลัย Tsinghua ในทำนองเดียวกับสถาบัน IAS ที่ Princeton และได้จัดตั้งโครงการแลกเปลี่ยนนักฟิสิกส์จีนกับนักฟิสิกส์อเมริกัน อีกทั้งได้เป็นอาจารย์สอนฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Tsinghua เพื่อยกระดับการวิจัยฟิสิกส์ทฤษฎี
ปี 1997 Institute for Advanced Study ได้เปลี่ยนชื่อใหม่เป็น Yang Institute for Advanced Study ที่มหาวิทยาลัย Tsinghua
ในปี 2015 Yang ก็ได้อพยพกลับจีนอย่างถาวร และได้เปลี่ยนสัญชาติจากอเมริกันมาเป็นจีนอย่างสมบูรณ์
ในปี 2022 เมื่อ Yang มีอายุครบ 100 ปี ประธานาธิบดี Xi Jinping ได้กล่าวอวยพร Yang ด้วยกระเช้าดอกไม้ และประเทศจีนได้จัดงานเฉลิมฉลองวาระการครบรอบ 1 ศตวรรษ ด้วยการจัดงานแสดงผลงานของ Yang ทั่วประเทศ และได้กล่าวว่า “Yang คือ บิดาของฟิสิกส์ทฤษฎีในจีน”
อ่านเพิ่มเติม Zhai, Hui (3 August 2022). "Pioneering a Field Forty Years Prior to its Birth". Festschrift In Honor Of The C N Yang Centenary, A: Scientific Papers. World Scientific. ISBN 978-981-12-6416-0.
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์
ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ,นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน,ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
