นักเคมีอิสราเอล พบปรากฏการณ์กลศาสตร์ควอนตัมใหม่ ในการหลอมตัวของแก้ว คาดอาจหลอมเหลวแก้วด้วยวิธีใหม่แบบไม่ใช้ความร้อน โดยลดอุณหภูมิลงให้ใกล้ “ศูนย์องศาสัมบูรณ์”
นับแต่ช่วงทศวรรษที่ 1920 ที่ศาสตร์ทางด้านกลศาสตร์ควอนตัมได้ถูกพัฒนาขึ้นมานั้น ศาสตร์ด้านนี้ก็สร้างผลกระทบอย่างกว้างขวาง ในการอธิบายการทำงานของสสาร ซึ่งเราเข้าใจอนุภาคพื้นฐานที่สร้างสสารชนิดต่างๆ ขึ้นมา อย่างอิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอนและโปรตอนได้อย่างดีด้วยแบบจำลองของฟิสิกส์ควอนตัม
แม้กระทั่งทุกวันนี้ซึ่งผ่านมาร่วม 90 ปีแล้ว แต่มีหลักการวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ ในฟิสิกส์ควอนตัมมาอธิบายอยู่เสมอ และหลักการล่าสุดไซน์เดลีระบุว่า ได้ทำให้โลกต้องเหลือบไปมองสิ่งที่ไม่น่าจะเป็นไปได้
ศ.อีรัน ราบานี (Prof. Eran Rabani) จากวิทยาลัยเคมี มหาวิทยาลัยเทลอาวีฟ (Tel Aviv University) อิสราเอล และเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย (Columbia University) ในสหรัฐฯ ได้ค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ทางกลศาสตร์ควอนตัม ในการกลายตัวเป็นของเหลวของแก้ว ซึ่งไซน์เดลีที่รายงานเรื่องนี้ระบุว่า ทีมวิจัยคาดว่า เป็นไปได้ที่เราจะหลอมเหลวแก้วโดยไม่ใช้ความร้อน แต่ใช้วิธีหล่อเย็นให้อุณหภูมิลดลงเข้าใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์
งานวิจัยใหม่ด้านวิทยาศาสตร์พื้นฐานนี้ ได้ตีพิมพ์ลงวารสารเนเจอร์ฟิสิกส์ (Nature Physics) ซึ่ง ศ.ราบานีบอกเองว่า งานวิจัยนี้ยังห่างไกลจากการนำไปประยุกต์ใช้งานจริง แต่การได้ทราบว่า ทำไมวัสดุทั้งหลายจึงประพฤติตัวอย่างที่เป็น ซึ่งจะปูทางไปสู่การค้นพบครั้งใหญ่ต่อไปในอนาคต
“สิ่งที่น่าสนใจสำหรับเรื่องนี้คือ ด้วยปรากฏการณ์ควอนตัม เราสามารถหลอมเหลวแก้วโดยให้ความเย็น แต่โดยปกติเราหลอมแก้วด้วยความร้อน” ศ.ราบานีให้ความเห็น
สำหรับฟิสิกส์ดั้งเดิมนั้นนักวิจัยมั่นใจได้เกี่ยวกับคุณภาพของวัตถุเชิงกายภาพ แต่ในระดับอะตอมหรือโมเลกุลซึ่งมองวัตถุเล็กๆ ระดับนั้นเป็นคลื่น เราไม่อาจวัดตำแหน่งและความเร็วเชิงโมเลกุลที่ถูกต้องในชั่วขณะที่วัด ซึ่งเป็นความจริงที่รู้จักใน “หลักของไฮเซนเบิร์ก” (Heisenberg Principle) และด้วยหลักการนี้ ศ.ราบานีและเพื่อนร่วมงานสามารถใช้แก้วสาธิตปรากฏการณ์ธรรมชาติที่น่าประหลาดได้
วัสดุหลายชนิดบนโลกนี้อย่างเช่น “ซิลิกา” ที่ใช้ผลิตกระจกนั้น ในทางทฤษฎีจะกลายเป็นแก้วได้หากวัสดุเหล่านั้นถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพียงพอ แต่งานวิจัยใหม่ของ ศ.ราบานี และคณะได้สาธิตให้เห็นว่าภายใต้เงื่อนไขที่จำเพาะ ที่อุณหภูมิสูงกว่าศูนย์องศาสัมบูรณ์ (absolute zero) เล็กน้อย (ประมาณ -273.15 องศาเซลเซียส) แก้วอาจหลอมเหลวได้
ศ.ราบานีอธิบายว่า ขั้นตอนทั้งหมดขึ้นอยู่กับการจัดเรียงโมเลกุลในวัสดุ ณ ระยะเย็นตัวบางจุดนั้น วัสดุจะกลายเป็นแก้ว จากนั้นกลายเป็นของเหลวได้ เมื่ออยู่ในเงื่อนไขที่เหมาะสม
“เราหวังว่าการทดลองในห้องปฏิบัติการในอนาคต จะพิสูจน์การคำพยากรณ์ของเราได้” ศ.ราบานีกล่าว และรอคอยวิทยาศาสตร์พื้นฐานใหม่ๆ ที่จะปูทางในการวิจัยต่อเนื่องต่อไป
ทั้งนี้ งานวิจัยนี้ได้รับแรงบันดาลใจจาก ฟิลิป แอนเดอร์สัน (Philip W. Anderson) นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล ซึ่งเคยทิ้งความท้าทายให้แก่นักวิจัยทั่วโลกว่า การเข้าใจแก้วในแบบดั้งเดิมนั้นเป็นหนึ่งในปัญหาใหญ่ ที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ทางฟิสิกส์ของสสารควบแน่น ซึ่งหลังจากนั้น ก็มีทีมวิจัยทั่วโลกพยายามทำการทดลองเพื่อพิสูจน์สิ่งที่เขาท้าทายไว้
จนถึงทุกวันนี้ เรายังไม่เคยสำรวจลงไปถึงโครงสร้างเชิงควอนตัมของแก้ว ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อเราผสมคุณสมบัติอันจำเพาะลงในแก้วและปรากฏการณ์เชิงควอนตัม และ ศ.ราบานีก็ได้รับการท้าทายว่า หากเรามองลงไปถึงระดับควอนตัม เราอาจจะได้เห็นลักษณะที่แท้จริงของแก้วแบบดั้งเดิมได้.
