ปรากฏการณ์สภาพนำยิ่งยวด (superconductivity) เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าสามารถไหลไปในตัวนำโดยไม่มีแรงต้านทานใดๆ เลย เมื่อปี นักวิทยาศาสตร์พ.ศ. 2530 เราจะพบเห็นเหตุการณ์เช่นนี้ เพราะเมื่อลวดตัวนำมีอุณหภูมิต่ำกว่า -250 องศาเซลเซียสเท่านั้น แต่ในเดือนมีนาคมของปี พ.ศ. 2530 นั่นเอง โลกก็ได้ตื่นเต้นกับข่าวการพบตัวนำยิ่งยวดชนิดใหม่ที่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้อย่างไร้ความต้านทานใดๆ ที่อุณหภูมิ -240 องศาเซลเซียส ซึ่ง "สูง" อย่างไม่มีใครคาดฝันมาก่อนเลยเราหลายคนคงรู้ว่า นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่พบว่าเห็นปรากฏการณ์ที่น่าตื่นเต้นนี้ คือ H.K. Onnes และผลการค้นพบสภาพนำยิ่งยวดนี้เอง ที่ได้ทำให้ Onnes ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ประจำปี พ.ศ. 2456ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นมีว่า เวลาอุณหภูมิของตัวนำไฟฟ้าลดความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำจะลดตาม คำถามจึงมีว่า เวลาอุณหภูมิลดต่ำถึงศูนย์องศาสัมบูรณ์ (-273.15 องศาเซลเซียส) ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำจะเป็นเช่นไรKelvin เชื่อว่า ที่อุณหภูมิศูนย์องศาสัมบูรณ์ อิเล็กตรอนทุกตัวในตัวนำทุกชนิดจะหยุดนิ่งไม่เคลื่อนที่ ตัวนำจึงไม่นำไฟฟ้าแต่อย่างใด และนั่นก็หมายความว่า ความต้านทานไฟฟ้าจะสูงถึงอนันต์ (infinity) แต่ Onnes คิดว่า เมื่ออุณหภูมิลดใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ ความต้านทานจะลดลงๆ จนเป็นศูนย์ในที่สุดOnnes ได้ตัดสินใจทดสอบความถูก-ผิด ระหว่างความคิดของเขากับของ Kelvin โดยนำปรอทบริสุทธิ์มาใช้เป็นสารทดลอง และก็ได้พบว่า เมื่ออุณหภูมิลดลงๆ ความต้านทานไฟฟ้าของปรอทบริสุทธิ์ได้ลดลงอย่างช้าๆ และเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -269 องศาเซลเซียส ความต้านทานไฟฟ้าของปรอทก็หายวับไปอย่างฉับพลัน Onnes รู้สึกประหลาดใจที่เห็นเหตุการณ์นี้มาก เพราะการทดลองได้แสดงว่าเขาและ Kelvin คิดผิดทั้งคู่ และเมื่อเขาทดลองย้อนกลับ โดยการเพิ่มอุณหภูมิให้ปรอท เขาก็พบว่า เมื่อปรอทมีอุณหภูมิต่ำกว่า -269 องศาเซลเซียส ปรอทไม่มีความต้านทานไฟฟ้าเลย แต่พออุณหภูมิของปรอทสูงกว่า -269 องศาเซลเซียส ปรอทกลับมีความต้านทานไฟฟ้าขึ้นมาอีกOnnes เรียกปรากฏการณ์ที่เขาพบนี้ว่า สภาพนำยิ่งยวด การทดลองในเวลาต่อมาทำให้เขาได้พบว่าดีบุกและตะกั่วก็สามารถเป็นตัวนำยิ่งยวดได้เช่นกัน และเมื่อ Onnes ได้พบว่าสนามแม่เหล็กสามารถทำลายสภาพนำยิ่งยวดให้หมดสิ้นไปได้ เขารู้สึกผิดหวังมาก เพราะนั่นหมายความว่า หากเราปล่อยกระแสไฟฟ้าให้ไหลไปตามเส้นลวดที่ทำด้วยตัวนำยิ่งยวด กระแสไฟฟ้าในลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในบริเวณรอบเส้นลวด ซึ่งสนามนี้จะหวนกลับมาทำลายสภาพนำยิ่งยวดของลวดในที่สุดหลังจากการค้นพบนี้แล้ว โลกต้องคอยอีกนานถึง 49 ปี จึงได้มีการพบตัวนำยิ่งยวดที่ทำด้วย Nb3 Ge ซึ่งสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้มาก และในขณะเดียวกันก็สามารถทนต่อสนามแม่เหล็กความเข้มสูงได้ด้วย
เอช.เค. ออนเนส ( H.K. Onnes 1853 - 1926 )
Onnes เกิดเมื่อปี พ.ศ. 2396 ที่เมือง Groningen ในประเทศเนเธอร์แลนด์ บิดาเป็นเจ้าของโรงงานทำกระเบื้องมุงหลังคา เมื่อมีอายุได้ 17 ปี เขาได้เข้าศึกษาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Groningen หลังจากได้ศึกษาที่นั่นนาน 1 ปี ก็ได้ย้ายไปศึกษาต่อที่มหาวิทยาลัย Heidelberg ในประเทศเยอรมนี ณ ที่นั่นเขาได้ศึกษากับ R. Bunsen (ผู้ประดิษฐ์ตะเกียงบุนเซน) และ G.Kirchoff (เจ้าของกฎการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร)Onnes สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี เมื่อมีอายุได้เพียง 20 ปี จากนั้นเขาก็ได้ไปศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย Groningen โดยทำวิทยานิพนธ์เรื่องอิทธิพลการหมุนของโลกต่อสภาพการแกว่งกวัดของเพนดูลัมที่ทำด้วยเชือกสั้น และเมื่อใกล้จะเสร็จการทำวิทยานิพนธ์ พระพรหมได้ลิขิตให้ Onnes ได้รู้จักกับ Van der waals นักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Amsterdamในอดีตเมื่อ 300 ปีก่อนนี้ นักวิทยาศาสตร์ทุกคนรู้จักกฎของ Boyle ที่แถลงว่า หากเราทำให้อุณหภูมิของก๊าซคงที่ ความดันของก๊าซจะแปรผกผันกับปริมาตร กฎของBoyle ข้อนี้ ใช้ได้กับก๊าซอุดมคติเท่านั้น แต่เมื่อนำกฎนี้มาใช้กับก๊าซธรรมชาติ ก็มีการพบว่า ก๊าซธรรมชาติหาได้ประพฤติตัวตามกฎของ Boyle ไม่ในปี พ.ศ.2416 Van der waals ได้เสนอทฤษฎีของก๊าซใหม่ โดยได้พิจารณาขนาดของโมเลกุลก๊าซและแรงกระทำระหว่างโมเลกุล สูตรของ Van der waals สามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิของก๊าซได้ดีกว่าสูตรของ Boyle มากการรู้จักมักจี่กับ Van der waals ได้ชักนำให้ Onnes หันมาสนใจเรื่องก๊าซ เขาจึงได้พยายามทดสอบความถูกต้องของสูตรที่ Van der waals คิดสำหรับก๊าซ ณ ที่อุณหภูมิต่ำมากๆ ทันทีก่อนที่ Onnes จะศึกษาก๊าซ 5 ปี L.P. Cailetet ชาวฝรั่งเศส และ R.P. Pictet ชาวสวิส ได้ประสบความสำเร็จในการทำก๊าซออกซิเจนและไนโตรเจนให้เป็นของเหลว ซึ่งสำหรับก๊าซทั้งสองชนิดนี้ วงการวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นคิดว่า ไม่มีวันจะกลายสภาพเป็นของเหลว แต่เมื่อ Onnes สามารถทำให้ก๊าซ ethylene และอากาศเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิ -87 องศาเซลเซียสและ -193 องศาเซลเซียส ตามลำดับ เขาก็ได้ทุ่มเทความสนใจในการทำก๊าซฮีเลียมให้เป็นของเหลวบ้าง ฮีเลียมนั้นเป็นก๊าซเฉื่อยที่เบาที่สุด และโมเลกุลของมันมีแรงกระทำต่อกันน้อยมาก นักวิทยาศาสตร์แทบทุกคนในสมัยนั้นจึงคิดว่า การทำก๊าซฮีเลียมให้เป็นของเหลวเป็นเรื่องยากและลำบากมากแต่ก็ไม่ได้ยากเกินไปสำหรับ Onnes เลย เพราะในตอนเย็นของวันที่ 10 กรกฎาคม พ.ศ. 2451 นั้นเอง Onnes ก็ได้เป็นมนุษย์คนแรกของโลกที่เห็นฮีเลียมเหลว เขาจึงนำฮีเลียมเหลวที่เขากลั่นได้มาใช้ในการศึกษาคุณสมบัติของสารต่างๆ ที่อุณหภูมิต่ำถึง -269 องศาเซลเซียสทันทีOnnes ได้จากโลกนี้ไปในปี พ.ศ. 2469 โดยมีความเชื่อว่า วันหนึ่งในอนาคตข้างหน้า มนุษย์จะมีรถไฟเหาะนั่ง และมีอุปกรณ์ทีทำด้วยตัวนำยิ่งยวดใช้ในทุกครัวเรือน ณ วันนี้ ความฝันของ Onnes ก็ยังไม่เป็นจริง
ที่มา : สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ( สส.วท. )
