องศาเซลเซียส-ปฏิทินเกรกอเรียน ผลงานศาสตราจารย์วัย 29 ปี ‘อันเดอส์ เซลซิอัส’

ช่วงต้นเดือนมีนาคมที่ผ่านมา กรมอุตุนิยมวิทยาได้ประกาศว่านับตั้งแต่ 5 มีนาคม ประเทศไทยเข้าสู่ ‘ฤดูร้อน’ อย่างเป็นทางการ โดยปีนี้คาดว่าทั่วทั้งประเทศจะมีอุณหภูมิเฉลี่ย 35.5 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าปีที่แล้ว ขณะเดียวกันจังหวัดที่คาดว่าจะมีอุณหภูมิสูงสุดเฉลี่ย  40-43 องศาเซลเซียส ได้แก่ จังหวัดสุโขทัย ตาก แม่ฮ่องสอน และลำปาง ขณะเดียวกันชาวกรุงเทพมหานครคาดว่าช่วงเดือนเมษายน อาจมีอุณหภูมิสูงสุดถึง 38-39 องศาเซลเซียส นับว่าคนไทยเตรียมรับมือกับฤดูร้อนที่จะร้อนระอุเฉลี่ยสูงขึ้นกันทั้งประเทศ 

นอกเหนือจากอากาศที่ร้อนจัด อีกสัญญาณที่สะท้อนถึงการเข้าสู่ฤดูร้อนคือ คำเตือนพายุฤดูร้อนที่กรมอุตุนิยมวิทยาประกาศเตือนในหลายจังหวัดช่วงกลางเดือนมีนาคมนี้ และเชื่อว่าจะมีการประกาศเตือนภัยพายุฤดูร้อยต่อเนื่องตลอดทั้งช่วงฤดูร้อนนี้  

อย่างไรก็ตามสิ่งที่หลายคนจับตาตลอดช่วงหน้าร้อนนี้คือ อุณหภูมิในแต่ละพื้นที่ว่าจะร้อนจัดแค่ไหน  

แต่สงสัยหรือไม่ว่าหน่วยวัดอุณหภูมิองศาเซลเซียส มีความเกี่ยวข้องกับระบบปฏิทินเกรกอเรียนที่เราใช้กันอยู่ในทุกวันนี้ ทั้งยังมาจากบุคคลคนเดียวกันที่เป็นนักวิทศาสตร์หนุ่มผู้มากความสามารถที่ได้รับตำแหน่ง 'ศาสตราจารย์' ในมหาวิทยาลัยในอายุเพียง 29 ปีที่ชื่อ ‘อันเดอส์ เซลซิอัส’

อุณหภูมิที่เป็นสากล 

แนวคิดต้นกำเนิดของหน่วยวัดอุณหภูมิแบบองศาเซลเซียส เกิดขึ้นจาก ‘อันเดอส์ เซลซิอัส’ (Anders celsius) นักวิทยาศาสตร์ และนักดาราศาสตร์ชาวสวีเดน

อันเดอส์ เซลซิอัส นับว่าเป็นชายผู้มาก่อนกาลด้วยการเป็นผู้คิดค้นระบบวัดอุณหภูมิแบบองศาเซลเซียส และสนับสนุนให้ใช้ระบบปฏิทินเกรกอเรียนที่เราใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน  

อันเดอส์ เซลซิอัส เกิดเมื่อปี ค.ศ. 1701 หรือปี  พ.ศ. 2244 ซึ่งตรงกับรัชสมัยสมเด็จพระเพทราชา มหากษัตริย์รัชกาลที่ 28 แห่งอาณาจักรอยุธยา เซลซิอัสเกิดในครอบครัวที่เป็นนักวิทยาศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ เป็นบุตรของนิล เซลซิอัส ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยอัปซาลา และเป็นหลานชายของแมกนัส เซลซิอัส นักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ นั่นจึงไม่แปลกที่เขาแสดงความสนใจในวิทยาศาสตร์ตั้งแต่เนิ่นๆ  

แอนเดอร์ส เซลซิอัส เป็นนักเรียนที่ยอดเยี่ยม เขาแสดงความสนใจในวิชาคณิตศาสตร์และดาราศาสตร์ตั้งแต่วัยเด็ก เริ่มเรียนที่มหาวิทยาลัยอุปซอลา  (Uppsala) ตั้งแต่เมื่ออายุเพียง 14 ปี และสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาด้านคณิตศาสตร์เมื่ออายุ 22 ปี  

หลังจากจบการศึกษา เขาทำงานเป็นติวเตอร์และผู้บรรยายให้นักศึกษาที่มหาวิทยาลัย กระทั่งปี 1730 เมื่ออายุได้ 29 ปี เซลซิอัสได้รับแต่งตั้งให้เป็นศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยอุปซอลา ความสำเร็จนี้ไม่ใช่แค่เพราะความโดดเด่นด้านวิชาการเท่านั้น แต่ยังเป็นเพราะเขามีชื่อเสียงและเป็นที่ยอมรับอย่างแพร่หลายในแวดวงนักวิทยาศาสตร์  

ความหลงใหลในวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ของเซลซิอัส เมื่ออายุเพียง 13 ปี เขาได้เห็นการสาธิตเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทที่งานแสดงสินค้าในท้องถิ่น เขารู้สึกทึ่งกับวิธีที่ปรอทขยายตัวและหดตัวตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาเขาตั้งใจที่จะเรียนรู้ทุกสิ่งที่ทำได้เกี่ยวกับการวัดอุณหภูมิ เมื่อเข้าเรียนที่มหาวิทยาลัยอุปซอลา ซึ่งเขาได้สร้างชื่อเสียงให้กับตัวเองอย่างรวดเร็วในฐานะนักเรียนที่เก่งกาจ  

ขณะที่เรียนอยู่ที่มหาวิทยาลัย  เซลซิอัสเริ่มสนใจปัญหาของการวัดอุณหภูมิ โดยในช่วงเวลานั้นยังไม่มีวิธีการวัดอุณหภูมิที่เป็นมาตรฐานเดียวกัน ในแต่ละชาติก็ใช้ระบบการวัดอุณหภูมิที่แตกต่างกันออกไป โดยบรรดานักวิทยาศาสตร์ของแต่ละชาติจะใช้ระบบการวัดอุณหภูมิตามอำเภอใจในแบบที่พวกเขาเชื่อมั่น นั่นทำให้วงการวิทยาศาตร์ในเวลานั้น แลกเปลี่ยนข้อมูลความรู้กันได้ค่อนข้างยาก และทำให้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำการทดลองที่แม่นยำ 

ในเวลานั้นเซลซิอัส ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอทที่มีหน่วยวัดอุณหภูมิเป็นฟาเรนไฮต์ ที่ได้รับการคิดค้นโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน กาเบรียล ฟาเรนไฮต์ (ค.ศ. 1686-1736) ผู้เสนอระบบมาตรวัดอุณหภูมินี้เมื่อปี ค.ศ.1724 ทว่าด้วยข้อจำกัดของหน่วยองศาฟาเรนไฮต์ที่ใช้การอ้างอิงจุดแข็งและจุดเดือดของน้ำ โดยยมีจุดเยือกแข็งอยู่ที่ 32°F และ มีจุดเดือดที่ 212°F มีระยะห่างจากจุดเดือดกับจุดเยือกแย็งที่ 180 องศา ซึ่งตัวเลขของทั้งจุดเดือดและจุดเยือกแข็งไม่ใช่ตัวเลขสเกลที่ชัดเจนนัก  นั่นทำให้เซลซิอัสคิดค้นระบบวัดในรูปแบบของตนเองขึ้นมา 

เซลซิอัส ต้องการหน่วยวัดอุณหภูมิที่คงที่แม้จะวัดตามจุดใดก็ตามทั่วทั้งโลก เพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างและมีสเกลเที่ยงตรงในแต่ละภูมิภาค เขาใช้เวลานับไม่ถ้วนในห้องทดลองของเขา ทดลองกับสารต่างๆ รวมถึงจุดเดือดและจุดเยือกแข็งของสารเหล่านั้นเพื่อให้สามารถสร้างค่ามาตรฐานที่ชัดเจน และแน่นอนว่าในทุกการค้นพบทางวิทยาศาสตร์มักเกิดด้วยความบังเอิญ

ในวันหนึ่งที่มีสภาพอากาศอันหนาวเหน็บของสวีเดน เซลซิอัสกำลังต้มน้ำในกระติกน้ำ เขาสังเกตเห็นสิ่งแปลกประหลาด ว่าน้ำยังคงทีอุณหภูมิคงที่ 100 องศา ไม่ว่ามันจะถูกต้มจนเดือดแค่ไหนก็ตาม น้ำเดือดเกิน 100 องศาจะเปลี่ยนสสารเป็นไอน้ำแทน และในทางตรงกันข้ามน้ำจะเริ่มเปลี่ยนสสารจากแข็งเหล็วเป็นของแข็งที่อุณหภูมิ 0 องศา  นั่นทำให้เซลซิอัสตระหนักได้ทันทีว่า น้ำคือสสารที่สามารถใช้เป็นมาตรฐานการวัดอุณหภูมิได้ 

อันเดอรส์ เซลซิอัส ได้นำเสนอการค้นพบของเขาต่อบรรดานักวิทยาศาสตร์ในปี 1742  นั่นถือเป็นต้นกำเนิดของมาตราส่วนองศาเซลเซียสที่ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็ว ไม่เพียงแค่ถูกใช้วัดองศาในสวีเดนเท่านั้น แต่ยังแพร่หลายไปยังทั่วโลก เนื่องจากมาตราส่วนเซลเซียสเป็นการปฏิวัติ ใช้งานง่าย เข้าใจง่าย และที่สำคัญที่สุดคืออิงจากจุดตายตัวที่สามารถทำซ้ำได้ทุกที่ในโลกนั่นคืออุณหภูมิจุดเดือดกับจุดเยือกแข็งของน้ำ สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสื่อสารการวัดอุณหภูมิระหว่างกันในระยะทางไกลๆ และทำให้สามารถทำการทดลองได้อย่างแม่นยำ  

เหตุผลที่ระบบวัดอุณหภูมิเซลเซียสได้รับความนิยมจนกลายเป็นส่วนหนึ่งที่แพร่หลายในชีวิตของเรา ซึ่งเราทุกคนใช้ตั้งแต่นักวิทยาศาสตร์  วิศวกรไปจนถึงนักพยากรณ์อากาศและพ่อครัว เนื่องจากเซลเซียสเป็นระบบที่เรียบงานแต่เที่ยงตรงและเข้าใจง่าย นั่นคือจุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำ ที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส และเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส จุดอ้างอิงที่ชัดเจนและสอดคล้องกันนี้ทำให้ง่ายต่อการสอบเทียบเทอร์โมมิเตอร์และเชื่อมโยงการวัดอุณหภูมิกับประสบการณ์ในชีวิตประจำวัน เราทุกคนรู้ดีว่ารู้สึกอย่างไรเมื่ออยู่ในห้องที่มีอุณหภูมิ 20-25 องศาเซลเซียส หรือออกไปข้างนอกในวันที่อากาศร้อน ซึ่งอุณหภูมิอาจสูงถึง 30-35 องศาเซลเซียส 

แต่ความนิยมของเซลเซียสมีมากกว่าแค่การใช้งานจริง เหตุผลหนึ่งที่ทำให้เซลเซียสได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายก็คือความสอดคล้องทางวิทยาศาสตร์ เซลเซียสเป็นส่วนหนึ่งของระบบเมตริก ซึ่งใช้ในประเทศส่วนใหญ่ทั่วโลก สิ่งนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยสามารถสื่อสารสิ่งที่ค้นพบข้ามพรมแดนได้ง่ายขึ้นและเพื่อให้การวัดเป็นมาตรฐาน ในยุคของความร่วมมือทั่วโลกและการแบ่งปันความรู้ การมีระบบการวัดที่ได้มาตรฐานเป็นสิ่งจำเป็น 

แต่มรดกของเซลเซียสนั้นนอกเหนือไปจากการสร้างสเกลวัดอุณหภูมิเซลเซียส นอกจากนี้เขายังมีส่วนสำคัญในด้านดาราศาสตร์ที่นอกจากสร้างระบบวัดอุณหภูมิที่เป็นมาตรฐานทั่วโลกแล้ว เซลซิอัสยังเป็นผู้ที่สนับสนุนให้ใช้ระบบปฏิทินแบบเกรกอเรียนที่เราใช้กันอย่างแพร่หลายในทุกวันนี้เช่นกัน 

11 นาที 14 วินาทีที่คาดเคลื่อน 

ผลงานอันโดดเด่นของเซลซิอัสไม่ได้มีแค่หน่วยวัดอุณหภูมิเซลเซียสเท่านั้น แต่ด้วยความที่เป็นนักดาราศาสตร์ที่ศึกษาเรื่องระบบดวงดาวจนเชี่ยวชาญ ทำให้เขาได้เป็นผู้อำนวยการหอดูดาวอุปซอลาในปี 1740 ในวัย 39 ปี ภายใต้การนำของเขา หอดูดาวแห่งนี้กลายเป็นหนึ่งในหอดูดาวที่สำคัญที่สุดในยุโรปที่ค้นพบทางดาราศาสตร์มากมาย  

แต่หนึ่งในสิ่งสำคัญคือของการค้นพบเหล่านั้นคือ เซลซิอัสสามารถพิสูจน์ได้ว่าในทุกรอบ 4 ปีที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์จะมีช่วงเวลาที่ขาดหายไปในทุก 4 ปีที่เฉลี่ย11 นาที 14 วินาที ซึ่งนั่นทำให้เซลซิอัสยืนหยัดสนับสนุนให้วงการวิทยาศาสตร์ใช้ระบบการนับปฏิทินแบบเกรกอเรียนที่มีความแม่นยำกว่าระบบปฏิทินแบบจูเลียน  

ต้องอธิบายก่อนว่า ระบบปฏิทินจูเลียนถูกคิดค้นโดย จูเลียส ซีซาร์ เมื่อ 45 ก่อนคริสตศักราช และถูกใช้อย่างแพร่หลายในยุโรปตะวันตกจนถึงปลายศตวรรษที่ 16 ระบบปฏิทินจูเลียนใช้การอ้างอิงตามปีแบบสุริยคติ (solar year) ที่มี 365.25 วัน  โดยจะมีปีอธิกสุรทินที่เกิดขึ้นทุก 4 ปี ซึ่งปีอธิกสุรทินหมายถึงปีที่มีวันที่ 29 กุมภาพันธ์ ที่ทำให้ปีอธิกสุรทินในปฏิทินจูเลียนมี 366 วัน  

ปฏิทินจูเลียนถูกใช้มานานกว่า 1,500 ปีแล้ว และค่อย ๆ คลาดเคลื่อนไปจากปีทางดาราศาสตร์ นั่นหมายความว่าวันที่ถูกนับเป็นวันแรกของฤดูใบไม้ผลิ ซึ่งใช้ในการกำหนดวันอีสเตอร์นั้นจะมีกำหนดที่เร็วขึ้นทุกปี สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหากับศาสนจักรและนักดาราศาสตร์ ซึ่งอาศัยวันที่ในปฏิทินที่แม่นยำเพื่อทำการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ 

เมื่อเวลาผ่านไป เห็นได้ชัดว่าปฏิทินจูเลียนมีข้อผิดพลาดในการคำนวณปีอธิกสุรทิน ด้วยการประเมินความยาวของปีนานไปประมาณ 11 นาที 14 วินาที สิ่งนี้แม้อาจฟังดูไม่มากนัก แต่ตลอดหลายช่วงหลายศตวรรษที่ผ่านมา ทำให้ส่งผลเกิดความแตกต่างในการคำนวนวันในปฏิทินกับระยะเวลาที่แท้จริงของปีที่คลาดเคลื่อน โดยช่วงในศตวรรษที่ 16 ที่มีปีอธิกสุรทินหลายครั้ง ส่งผลให้ช่วง 100 ปีของศตวรรษที่ 16 มีห้วงเวลาที่คลาดเคลื่อนได้สะสมจนเกือบถึง 10 วัน 

เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดนี้ พระสันตะปาปาเกรกอรีที่ 13 ได้แนะนำปฏิทินเกรกอเรียนในปี 1582 ก่อนหน้าที่เซลซิอัสจะเกิดนับร้อยปี  โดยปฏิทินเกรกอเรียนยังใช้ปีสุริยคติ 365.25 วัน แต่มีระบบการคำนวณปีอธิกสุรทินที่แม่นยำกว่า ปีอธิกสุรทินเกิดขึ้นในปฏิทินเกรโกเรียนทุกๆ สี่ปี ยกเว้นปีที่หารด้วย 100 ลงตัวแต่หารด้วย 400 ลงตัวไม่ได้ ซึ่งหมายความว่าปีอย่างเช่น 1700, 1800 และ 1900 จะไม่นับว่าเป็นปีอธิกสุรทิน แต่ปี 2000 เป็นปีอธิกสุรทิน 

แอนเดอร์ส เซลเซียสเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกๆ ในสวีเดนที่ตระหนักถึงความสำคัญของปฏิทินเกรกอเรียน เขาเห็นว่าความไม่ถูกต้องของปฏิทินจูเลียนเป็นอุปสรรคต่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และผลักดันให้มีการนำปฏิทินใหม่ไปใช้ในกลุ่มนักวิทยาศาสตร์  

ทว่าอย่างไรก็ตาม ในสวีเดน การเปลี่ยนไปใช้ปฏิทินเกรกอเรียนนั้นช้ากว่าชาติอื่นในยุโรป โดยสหราชอาณาจักรเริ่มนำปฏิทินเกรกอเรียนใช้เป็นชาติแรกในปี ค.ศ. 1753  แต่สำหรับสวีเดนช้ากว่านั้นถึง 170 ปี  สาเหตุหลักมาจากการต่อต้านจากคริสตจักรนิกายลูเทอแรนของสวีเดน ซึ่งเห็นว่าการนำปฏิทินเกรกอเรียนมาใช้เป็นอุบายของคาทอลิก กระทั่งต่อมายอมรับถึงความเที่ยงตรงของระบบเกรกอเรียนมากกว่าปฏิทินจูเลียน 

เซลซิอัสยังมีส่วนร่วมกับเพื่อนนักวิจัย คิดค้นวิธีการใหม่ในการใช้วัตถุท้องฟ้าเพื่อระบุละติจูดและลองจิจูดบนพื้นผิวโลก ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำแผนที่ในเวลาต่อมา โดยเซลซิอัสได้ใช้พิกัดของหอดูอาวอุปซอลาเป็นเส้นเมริเดียนแรกในสวีเดน ซึ่งทำให้มีการกำหนดเส้นลองจิจูดและละติจูดพิกัดบนโลกในเวลาต่อมา  

เซลซิอัสเสียชีวิตลงด้วยวัยเพียง 49 ปี แต่ผลงานด้านวิทยาศาสตร์และการวัดอุณหภูมิที่ได้กลายเป็นมาตราระบบเมตริก ที่กลายเป็นมาตรฐานการวัดอุณหภูมิที่ยังคงมีบทบาทสำคัญต่อชีวิตของคนทั่วโลกจนถึงทุกวันนี้