ประวัติศาสตร์แนวคิดเรื่อง ‘ธาตุ’ และ ‘อะตอม’

หนึ่งในแนวคิดในทางอภิปรัชญา (Metaphysics) ที่สำคัญคือ จักรวาลประกอบจากอะไร ชาวกรีกเมื่อ 2,000 ปีก่อน เชื่อว่าสรรพสิ่งเกิดมาจากธาตุทั้งสี่ ได้แก่ ดิน น้ำ ลม ไฟ ในขณะที่อีกพวกเชื่อว่า สรรพสิ่งประกอบจากอนุภาคเล็ก ๆ ที่ไม่สามารถแบ่งต่อไปได้ เรียกว่า อะตอม (atom)

แม้ในโลกยุคโบราณที่เราเชื่อว่าเทพเจ้าเป็นผู้สร้างจักรวาลด้วยพลานุภาพที่เรามิอาจรับรู้ได้ ทั้งวิธีการและปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นที่เราอธิบายไม่ได้ นักปราชญ์ในยุคกรีกโบราณเกิดคำถามและสำรวจหาความจริงจากการทดลอง การสังเกตการณ์เพื่อหากฎพื้นฐานของจักรวาล นำมาสู่คำว่า physics ที่มาจากรากศัพท์คำว่า physis ที่แปลว่า ธรรมชาติ และเริ่มอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร

คำถามพื้นฐานที่ว่าจักรวาลประกอบจากอะไร ดึงดูดให้บรรดานักคิดลงแขกร่วมหาคำตอบ นักปรัชญาชาวกรีกผู้มีชีวิตอยู่ในช่วง 625-546 ปีก่อนคริสตกาลนามว่า Thales of Miletus เสนอว่าจักรวาลต้องประกอบจากธาตุพื้นฐานที่สุด นั่นก็คือน้ำ โดยน้ำจะโอบล้อมแผ่นดิน สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ จะขาดน้ำในการดำรงชีวิตไปไม่ได้

ต่อมา Anaximander ผู้เป็นศิษย์ของ Thales ปฏิเสธความเชื่อของอาจารย์ว่าโลกนั้นลอยอยู่บนน้ำ โลกของเราควรจะมีลักษณะโค้งและลอยเท้งเต้งอยู่ในพื้นที่ว่างหรืออวกาศ (space) เขายังเสริมอีกว่า น้ำไม่น่าจะเป็นธาตุในองค์ประกอบการสร้างจักรวาล เพราะธาตุพื้นฐานในธรรมชาติอย่างน้ำ จะเป็นสารตั้งต้นของสิ่งที่ตรงกันข้ามอย่างไฟไม่ได้ สิ่งที่เป็นรากฐานจึงต้องเป็นสากลและมีลักษณะที่เฉพาะเจาะจงไม่เหมือนสสารอื่น ๆ สิ่งนั้นคือ สสารที่มองไม่เห็นเรียกว่า apeiron ซึ่งแปลว่า อนันต์ โดยสสารนี้น่าจะแทรกซึมทุกเนื้อสารในโลก

ลูกศิษย์ของ Anaximander ที่มีชื่อว่า Anaximenes ปฏิเสธแนวคิด apeiron โดยเขาเชื่อว่าทุกสิ่งต้องสร้างจากบางสิ่งบางอย่าง เช่น อากาศ เพราะเมื่อเราเผาไหม้สามารถเปลี่ยนไฟให้เป็นควัน ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของอากาศ เมื่อเราควบเเน่นไอน้ำในอากาศเมื่อเข้าสู่ฤดูหนาว ไอน้ำจะกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ จึงดูเหมือนว่าหลายสิ่งสามารถกลายเป็นอากาศ และอากาศสามารถสร้างทุกสรรพสิ่งได้ ในที่นี้คำว่า ธาตุลม มีนัยยะเดียวกับคำว่า อากาศ

การโต้เถียงเรื่องต้นกำเนิดของจักรวาลและธาตุนี้ แพร่ไปถึงเมืองเอเฟซัส (Ephesus) ซึ่งเป็นที่อาศัยของนักปรัชญาชาวกรีกอย่าง Heraclitus ที่เสนอทฤษฎีสุดแปลก โดยเค้ามองว่าธาตุพื้นฐานต้องเป็นไฟ เพราะไฟทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสสารต่าง ๆ นักปรัชญาอีกคนจากโคโลฟอน (Colophon) ชื่อว่า Xenophanes ชอบแนวคิดว่าจักรวาลประกอบจากธาตุดิน แม้ว่าโลกที่ประกอบจากดินจะใช้เวลานานในการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง แร่ธาตุดินน่าจะเป็นพื้นฐานให้สรรพสิ่ง

ทั้ง Thales, Anaximander, และ Anaximene ล้วนมีแนวคิดที่คล้ายกัน เพราะพวกเขามาจากสำนักมิเลเตียน (The Milesian School) แม้นจะมีความเห็นต่างกันแต่ล้วนมีกระบวนการคิดเหมือนกัน สำนักคิดที่พยายามอธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ด้วยเหตุผล ไม่ว่าจะเป็น ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า แผ่นดินไหว ภัยพิบัติ พวกเขามองว่าสิ่งเหล่านี้ไม่ได้เกิดจากความพิโรธของเทพเจ้าเหมือนกับที่ชาวกรีกเชื่อกันมาตลอด พวกเขามีการให้เหตุเชิงปรัชญา (Philosophical reasoning) และนำไปสู่กระบวนการคิดแบบวิทยาศาสตร์ (Scientific thinking)

จนสุดท้ายนักปรัชญาชาวกรีกที่ยึดถือแนวคิดแบบพีทากอเรียน (Pythagorian) นามว่า Empedocles ในทีแรกเขาดูเหมือนจะมีปัญหาในการหาสารตั้งต้นของสรรพสิ่ง แต่สุดท้ายเขาก็ได้ข้อสรุปจาก Thales ที่เชื่อในธาตุน้ำ, จาก Heraclitus ที่เชื่อในธาตุไฟ, จาก Anaximenes ที่เชื่อในธาตุลม, และจาก Xenophanes ที่เชื่อในธาตุดิน ดังนั้น Empedocles จึงสรุปว่าจักรวาลและสรรพสิ่งประกอบจากธาตุทั้งสี่นี้ ได้แก่ ดิน น้ำ ลม ไฟ ธาตุจะประกอบกันจากความรัก และแยกออกจากกันเมื่อมีความเกลียดชัง และความว่างเปล่านั้นไม่ควรมีอยู่ เพราะความรักและความชังนี้จะไปเติมเต็มช่องว่างระหว่างธาตุนั่นเอง

Empedocles เรียกธาตุเหล่านี้ว่า Rhizomata ที่แปลว่ารากฐาน จนกระทั่ง 400 ปีหลังจากนั้น ในสมัยอริสโตเติล (Aristotle) ที่เรียกสิ่งเหล่านี้ว่า ธาตุ (elements) โดยอริสโตเติลเขียนสรุปสมบัติของแต่ละธาตุ ในงานที่ชื่อว่า On Generation and Corruption ( Περὶ γενέσεως καὶ φθορᾶς ) ได้ว่า

ธาตุไฟ (pyr) มีสมบัติร้อนและแห้ง ธาตุลม (aer) มีสมบัติร้อนและเปียก ธาตุน้ำ (hydor) มีสมบัติเย็นและเปียก และธาตุดิน (ge) มีสมบัติเย็นและแห้ง อริสโตเติลยังเพิ่มธาตุที่ชื่อว่า aether เป็นธาตุที่ 5 ซึ่งเป็นธาตุที่ประกอบเป็นจักรวาลภายนอก หรืออวกาศที่ไม่เหมือนธาตุทั้งสี่ และเป็นนิรันดร์ ไม่เปลี่ยนแปลง โดยธาตุทั้งห้านี้จะไปสอดคล้องกับแนวคิด Platonic solid ทั้งห้าของพลาโตด้วย

แนวคิดของธาตุสี่ยังไปสัมพันธ์กับแนวคิดทางการแพทย์ของ Hippocrates ที่เสนอว่าร่างกายเราประกอบจากสารน้ำทั้งสี่ (four humours) ได้แก่ น้ำดีเหลือง (yellow bile) มีสมบัติเป็นธาตุไฟ น้ำดีดำ (black bile) มีสมบัติเป็นธาตุดิน เลือด (blood) มีสมบัติเป็นธาตุลม และเสมหะ (phlegm) มีสมบัติเป็นธาตุน้ำ หากสารน้ำทั้งสี่เกิดความไม่สมดุลจะทำให้ร่างกายทำงานผิดปกติ ธาตุไม่สมดุลและป่วยในที่สุด

หากมาดูในโลกตะวันออกในอินเดีย เราพบว่ามีการกล่าวถึงธาตุทั้งห้าอยู่ในคัมภีร์พระเวท (Vedas) ในส่วนของคัมภีร์อายุรเวท (Ayurveda) ในบทปัญจมหาภูต ( pañcamahabhuta ) โดยเรียกธาตุดินว่า ภูมี (bhumi) หรือปฐพี (prthvi) เรียกธาตุน้ำว่า อภาส (apas) หรือ จาลา (jala) เรียกธาตุไฟว่า อัคนี (agni) เรียกธาตุลมว่า วายุ ( vayu ) และเรียกความว่างเปล่าว่า อากาศ (akasa) หรือ สุญญา (sunya) ในคัมภีร์ของพระพุทธศาสนาก็กล่าวถึง มหาภูติ (Mahabharata) โดยกล่าวถึงสมบัติของธาตุทั้งสี่ ดิน น้ำ ลม ไฟ

แนวคิดเรื่องธาตุทั้งสี่ ถือเป็นแนวคิดที่พบได้ทั่วไปในอารยธรรมต่าง ๆ ทั่วโลก แต่ก็มีอีกแนวคิดที่ไม่ได้เชื่อในธาตุทั้งสี่ แต่เชื่อในอนุภาคเล็กที่ประกอบกัน เรียกว่า อะตอม แนวคิดเรื่องอะตอมในปรัชญากรีกเกิดขึ้นมาใกล้เคียงกับแนวคิดเรื่องธาตุทั้งสี่ โดยเริ่มต้นในช่วง 430 ปีก่อนคริสต์ศักราช Leucippus และลูกศิษย์ชื่อ Democritus ได้เสนอว่าสสารทั้งปวงประกอบจากสสารที่ไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไปเรียกว่า อะตอม (atom) แนวคิดนี้เรียกว่าพวกอะตอมนิยม (atomism) มากกว่าแนวคิดเรื่องอะตอมแล้วยังมีสิ่งที่เรียกว่า ที่ว่าง (void) อยู่ระหว่างอะตอม

แนวคิดนี้ในเริ่มแรกไม่ได้รับความนิยม เพราะเป็นมุมมองที่เราใช้ประสาทสัมผัสทั้งห้าจับต้องไม่ได้ แต่ทฤษฎีเกี่ยวกับอะตอมกลับมาอีกครั้ง เปลี่ยนจากมุมมองทางอภิปรัชญาเป็นวิทยาศาสตร์ โดยนักอุตุนิยมวิทยาและนักเคมีชาวอังกฤษนามว่า จอห์น ดอลตัน (John Dalton) และนักฟิสิกส์ในยุคหลัง ๆ แม้ว่าอะตอมในมุมมองปัจจุบันจะแตกต่างจากอะตอมของชาวกรีก แต่ทฤษฎีอะตอมวางรากฐานให้กับวิทยาศาสตร์ในยุคสมัยใหม่อย่างฟิสิกส์อนุภาค (Particle physics) และฟิสิกส์ควอนตัม (Quantum physics)

อ้างอิง

The history of philosophy : Three Millennia of Thought from the West and Beyond โดย A.C.Grayling

https://en.wikipedia.org/wiki/Classical_element

https://en.wikipedia.org/wiki/Atomism