การทดลองที่ล้มเหลวที่สุดแต่ทรงคุณค่า

หากวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นจากความสงสัย จนมีการคาดเดาและตั้งสมมติฐาน ก่อนที่จะพยายามทดลองเพื่อพิสูจน์สมมติฐาน สรุปออกมาเป็นข้อเท็จจริงที่ค้นพบ ก่อนจะบรรยายและตีความออกมาจนกระจ่าง กลายเป็นองค์ความรู้ที่เกิดขึ้นให้เราได้เรียนรู้กัน มันมีการทดลองมากมายที่ตั้งขึ้นบนสมมติฐานที่อาจจะดูตลกในปัจจุบัน อย่างเช่นแนวคิดเรื่องโลกแบน ขอบของโลก โลก คือ ศูนย์กลางของจักรวาล หรือแม้แต่แนวทางการคิดวิธีการทดลองเองก็อาจมีความไม่สมเหตุสมผล จนนำไปสู่ความล้มเหลวทั้งกระบวนการทดลองเอง สมมติฐานที่ตั้งขึ้น รวมไปถึงองค์ความรู้ที่ไม่สามารถสังเคราะห์ออกมาได้

หนึ่งในการทดลองอันเลื่องชื่อที่ทำให้วิทยาศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ตามอย่างที่เราเรียนรู้ในทุกวันนี้ ไม่ใช่เพราะสิ่งที่มันได้พิสูจน์ออกมา แต่กลับเป็นสิ่งที่ทำไม่ได้ เพราะการทดลองมันล้มเหลว นั่นคือ การทดลองของ Michelson-Morley (Albert Michelson และ Edward Morley)

ย้อนกลับไปในยุคที่เรายังเชื่อว่าจักรวาลของเรานั้นเต็มไปด้วยสสารที่เรามองไม่เห็น สัมผัสไม่ได้ และไม่ทำปฏิกิริยาหรือแรงใดๆ กับสิ่งใดเลย มันคือยุคที่เราเรียนรู้ที่จะยอมรับการมีอยู่ของ อีเธอร์ (Aether หรือ Ether) โดยนักฟิสิกส์คิดว่าอีเธอร์นี่แหละที่เป็นตัวการที่ทำให้แสงสามารถเคลื่อนที่ไปในอวกาศได้ด้วยความเร็วแสง อีเธอร์หรือตัวกลางที่สมมติขึ้นนี้ มีอยู่ทั่วทุกหนแห่งทั้งในอวกาศและบนโลก แทรกอยู่ทั่วไป โปร่งใส และมีความหนาแน่นแทบเป็นศูนย์ ทุกสิ่งที่อยู่บนโลก ไม่ว่าจะเป็นแสง รวมถึงสิ่งอื่นๆ ในจักรวาลนี้ล้วนเคลื่อนที่ไปในอีเธอร์ มันเหมือนกับการที่เราสามารถว่ายน้ำในแม่น้ำ หรือล่องเรือไปในน้ำได้เพราะว่ามีน้ำคอยพยุงเราไว้อยู่และคอยพัดเราไป และด้วยสมมติฐานนี้เองหากเรือของเรา ซึ่งเปรียบเหมือนกับแสง เดินทางไปในทิศทางเดียวกับน้ำ เราก็จะมีความเร็วหนึ่ง แต่หากเรือของเราพายทวนน้ำ เปรียบกับแสงเดินทางไปในทิศทางตรงข้าม เรือของเราหรือแสงก็ควรจะมีความเร็วที่แตกต่างจากความเร็วที่ไหลไปในทิศทางเดียวกัน

ในตอนนั้นยังไม่มีใครรู้จัก หรือสามารถสัมผัสถึงการมีอยู่ของอีเธอร์ได้เลย แต่จากพื้นความรู้ที่มีในขณะนั้น เรารู้ว่าถ้าหากแสงเป็นคลื่น มันต้องมีตัวกลางในการเดินทาง และการที่แสงสามารถเดินทางผ่านอวกาศได้ จึงหมายความว่าแสงเองก็ต้องเดินทางผ่านตัวกลางในอวกาศเช่นกัน ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 19 มีหลักฐานรวมถึงผลการทดลองมากมายที่สนับสนุนว่า แสงเป็นคลื่น มันทำตัวเหมือนคลื่น ต้องการตัวกลางในการเคลื่อนที่ สะท้อนได้เหมือนคลื่น และยังน่าจะมีคุณสมบัติอื่นๆ ที่เหมือนคลื่น อย่างการผลักสสารอื่นๆ ได้เหมือนคลื่นน้ำที่ผลักสิ่งที่ลอยอยู่ หรือโมเลกุลของน้ำให้เคลื่อนที่ไป หรือคลื่นเสียงซึ่งสามารถทำให้โมเลกุลของอากาศเคลื่อนที่ได้ ดังนั้นจึงเป็นที่มาของแนวคิดเกี่ยวกับตัวกลางสมมติอย่างอีเธอร์

เมื่อเป็นดังนั้น Michelson และ Morley ต้องการพิสูจน์ว่าอีเธอร์ซึ่งเป็นตัวกลางในการทำให้แสงเดินทางไปมาได้นั้นมีอยู่จริง และหากสามารถวัดความเร็วของแสงซึ่งเดินทางในทิศทางตรงข้ามกัน แล้วผลออกมาต่างกันจริง ก็จะเป็นการพิสูจน์การมีอยู่และการไหลของอีเธอร์ว่ามีอยู่ในจักรวาลของเรา การทดลองของพวกเขาจัดทำขึ้นเพื่อวัดความเร็วของแสงซึ่งเดินทางตามทิศเดียวกับอีเธอร์ ตรงข้ามกับอีเธอร์ และตั้งฉากกับอีเธอร์

ผลลัพธ์ก็คือสิ่งที่เรารู้ในทุกวันนี้ มันไม่มีอีเธอร์ เนื่องจากแสงเดินทางด้วยความเร็วเดียวกันในทุกทิศทางอย่างที่เรารู้จัก ซึ่งแม้ว่าการทดลองจะไม่สามารถพิสูจน์ถึงการมีอยู่ของอีเธอร์ได้ นักวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะนักฟิสิกส์อีกหลายคนก็ยังคงพยายามทำการทดลองเพิ่มเติม เพื่อหาว่า ทำไมความเชื่อ หรือข้อสันนิษฐานที่เคยคิดกันไว้ว่ามันต้องมีอีเธอร์จึงไม่เป็นจริง และท้ายที่่สุดแล้วพวกเขาก็ต้องยอมแพ้ต่อข้อเท็จจริงที่ว่ามันอาจจะไม่มีอีเธอร์อยู่เลย และแสงก็ต่างจากคลื่นปกติ มันสามารถเดินทางผ่านสุญญากาศได้โดยไม่มีตัวกลาง ยังไม่รวมความรู้ที่เราได้จากการพิสูจน์ของไอน์สไตน์ที่ว่า ฟิสิกส์เรื่องแรง พลังงาน รวมถึงทฤษฎีสัมพันธภาพสามารถทำงานได้ด้วยตัวของมันเองโดยไม่จำเป็นต้องมีอีเธอร์ ดังนั้น จึงไม่น่าแปลกใจที่การทดลองที่ล้มเหลวของไมเคิลสันและมอร์เรย์จะทำให้วงการวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์ต้องสั่นสะเทือน