แสงนำทางสู่โนเบลฟิสิกส์ : พลิกโฉมการสื่อสารผ่านไฟเบอร์ - สร้างซีซีดีนำภาพถ่ายสู่ยุคดิจิทัล

มอบโนเบลฟิสิกส์ 2009 ให้ 3 นักวิจัยผู้เชี่ยวชาญเรื่องแสง จนเกิดนวัตกรรมปฏิวัติโลก ให้ก้าวสู่ยุคดิจิทัลอย่างรวดเร็ว โดยคนแรกบุกเบิกเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยแสงผ่านไฟเบอร์ออพติค ขณะที่อีก 2 คนได้ ปฏิวัติวงการถ่ายภาพด้วยซีซีดี เปลี่ยนยุคฟิล์มสู่ดิจิทัล ผ่านการต่อยอดทฤษฎีแสงของไอน์สไตน์

ราชบัณฑิตสภาด้านวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน (The Royal Swedish Academy of Sciences) ประกาศมอบรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2552 เมื่อวันที่ 6 ต.ค.52 เวลา 17.00 น.ตามเวลาประเทศไทย ให้แก่นักวิจัยผู้สร้างรูปแบบการเชื่อมต่อเครือข่ายของสังคมในปัจจุบัน และนวัตกรรมเพื่อชีวิตประจำวัน ซึ่งทำให้เกิดเครื่องมือใหม่ๆ เพื่อการสำรวจทางวิทยาศาสตร์ โดยแบ่งรางวัลออกเป็น 2 ส่วนให้กับ 3 คน

ตั้งแนวคิดไฟเบอร์ออพติกส่งข้อมูลได้ไกลกว่าเดิม 5 พันเท่า

รางวัลครึ่งแรกมูลค่า 24 ล้านบาทมอบให้กับ ชาร์ลส์ เค เกา (Charles K. Kao) นักวิจัยเชื้อชาติจีน วัย 76 ปี จากห้องปฏิบัติการมาตรฐานการสื่อสาร (Standard Telecommunication Laboratories) ในเมืองฮาร์โลว์ สหราชอาณาจักร และมหาวิทยาลัยจีนแห่งฮ่องกง (Chinese University of Hong Kong) ในฐานะผู้สร้างความสำเร็จ ในการบุกเบิกเกี่ยวกับการส่งผ่านแสงในเส้นใยแก้ว เพื่อการสื่อสารด้วยแสง

เมื่อปี 2509 นั้น เกาได้ค้นพบสิ่งที่เป็นรากฐานของเส้นใยแก้วนำแสง โดยเขาได้คำนวณอย่างละเอียดว่า แสงนั้นส่งผ่านเส้นใยแก้วนำแสงได้ไกลเท่าใด ซึ่งจากการศึกษาเส้นใยแก้วที่ยาวเพียง 20 เมตรในยุคนั้น เขาพบว่าแก้วบริสุทธิ์นั้นจะส่งผ่านสัญญาณแสงได้ไกลกว่า 100 กิโลเมตร

ผลงานของเกา ได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับนักวิจัยคนอื่นๆ เกี่ยวกับศักยภาพของเส้นใยแก้วที่เกิดขึ้นเวลาต่อมา และเส้นใยแก้วที่มีความบริสุทธิ์สูง ได้ผลิตขึ้นเป็นครั้งแรกหลัง จากการนำเสนอผลงานของเขาเพียง 4 ปี

ทุกวันนี้ เส้นใยแก้วนำแสงได้สร้างระบบหมุนเวียนเหมือนเส้นเลือด ที่หล่อเลี้ยงระบบการสื่อสารของเรา และเส้นใยแก้วที่มีการสูญเสียข้อมูลต่ำนั้น ได้ทำให้เกิดการสื่อสารความเร็วสูงอย่างอินเทอร์เน็ตบอร์ดแบนด์ขึ้น

ตามหลักการ แสงจะไหลไปในแท่งบางๆ ของเส้นใยแก้ว แล้วนำส่งข้อมูลระยะไกลในทุกทิศทุกทาง ข้อมูลตัวหนังสือ เพลง ภาพและวิดีโอถูกส่งกระจายไปทั่วโลกในเวลาเพียงเสี้ยววินาที หากเราลอกเส้นใยแก้วจากทั่วโลกออกมาจะได้ความยาวของเส้นใยแก้วมากกว่า 1 พันล้านกิโลเมตร ซึ่งมากพอที่จะพันรอบโลกได้มากกว่า 25,000 รอบ และมีการวางเส้นใยแก้วเพิ่มขึ้นชั่วโมงละหลายพันกิโลเมตร

พัฒนา "ซีซีดี" ดวงตาแห่งโลกดิจิทัล

ส่วนรางวัลอีกครึ่งหนึ่งของโนเบลฟิสิกส์ประจำปีนี้ มอบให้กับ วิลลาร์ด เอส บอยล์ (Willard S. Boyle) วัย 89 ปี และ จอร์จ อี สมิธ (George E. Smith) วัย 79 ปี จากห้องปฏิบัติการเบลล์ (Bell Laboratories) นิวเจอร์ซี สหรัฐฯ ซึ่งได้รับรางวัลกันคนละ 12 ล้านบาท จากการสร้างเทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยเซนเซอร์ดิจิทัลได้เป็นครั้งแรก โดยได้สร้างวงจรถ่ายภาพดิจิทัลด้วยสารกึ่งตัวนำ หรือ เซนเซอร์ซีซีดี (Charge-Coupled Device: CCD)

เทคโนโลยีเซนเซอร์ซีซีดีนั้นสร้างขึ้นบนพื้นฐานทฤษฎีปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (photoelectric effect) ที่เสนอโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) และเป็นผลงานที่ทำให้ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลในสาขาเดียวกันเมื่อปี 2464 ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวชี้ว่า แสงจะเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าได้

ความท้าทายของการออกแบบเซนเซอร์ถ่ายภาพคือ การรวบรวมและแปลสัญญาณที่ออกมาในรูปจุดภาพหรือพิกเซล (pixel) ในเวลาอันสั้น เซนเซอร์ซีซีดีก็เปรียบเหมือนดวงตาอิเล็กทรอนิกส์ของกล้องดิจิทัล นับเป็นการปฏิวัติการถ่ายภาพ เมื่อจับแสงด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์แทนใช้ฟิล์ม ซึ่งรูปแบบดิจิทัลทำให้การถ่ายภาพ และแจกจ่ายข้อมูลภาพเป็นไปอย่างสะดวกขึ้น

อีกทั้งเทคโนโลยีซีซีดี ยังประยุกต์ใช้เชิงการแพทย์หลายๆ อย่าง อาทิ การถ่ายภาพในร่างกายมนุษย์ ทั้งเพื่อการวินิจฉัยและการผ่าตัดระดับไมโคร เป็นต้น และการถ่ายภาพดิจิทัลยังเป็นเครื่องมือที่ไม่สามารถหาสิ่งอื่นมาทดแทนได้ในงานวิจัยหลายๆ สาขา โดยเซนเซอรืซีซีดีได้ให้ภาพบางอย่าง ที่ไม่สามารถสร้างได้ก่อนหน้านี้ และยังให้ภาพถ่ายเอกภพอันไกลโพ้นและใต้ทะเลลึกได้คมชัดยิ่งขึ้น