“ควอสิคริสตัล” ผลึกแหกกฎพานักวิทย์อิสราเอลคว้าโนเบลเคมี 2011

ลวดลายโมเสคที่ที่อธิบายการจัดเรียงตัวของผลึกควอสิคริสตัล (เอเอฟพี)

จากการค้นพบที่ดูน่าขันในสายตาของนักวิทยาศาสตร์ผู้เชี่ยวชาญด้านผลึกเมื่อเกือบ 30 ปีก่อน วันนี้ “ควอสิคริสตัล” ผลึกที่ไม่เป็นไปตามหลักการที่ยอมรับในอดีต ได้นำพา “เชชท์มัน” นักวิทยาศาสตร์จากอิสราเอลที่เคยถูกขับออกจากกลุ่มวิจัยเพราะการค้นพบที่ขัดกับหลักการ คว้ารางวัลโนเบลสาขาเคมีปีล่าสุดแต่เพียงผู้เดียว

แดเนียล เชชท์มัน (Daniel Shechtman) ศาสตราจารย์จากสถาบันเทคโนโลยีเทคเนียน-อิสราเอล (Technion-Israel Institute of Technology) ในไฮฟา อิสราเอล ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 2011 จากการค้นพบ “ควอสิคริสตัล” (quasicrystals) ซึ่งเป็นการจัดเรียงเป็นลวดลายโมเสคในระดับอะตอมโดยไม่ซ้ำแบบเดิม ซึ่งคณะกรรมการกล่าวว่าผลึกดังกล่าวทำให้เราได้เห็นลวดลายอันสวยงามของโลกอาหรับอยู่ในระดับอะตอม

เราพบควอสิคริสตัลในห้องปฏิบัติการและบางครั้งก็พบในธรรมชาติเช่นกัน โดยลักษณะการเรียงตัวของผลึกไม่ซ้ำลวดลายเดิม แต่ข้อมูลจากเว็บไซต์รางวัลโนเบลระบุว่า การค้นพบโครงสร้างควอสิคริสตัลไม่ได้รับการยอมรับว่ามีอยู่จริง ซึ่งเชชท์มันต้องต่อสู้กับประชาคมในโลกวิทยาศาสตร์อยู่นานเพื่อให้ยอมรับโครงสร้างดังกล่าว และการค้นพบที่สร้างความขัดแย้งอย่างรุนแรงนี้ทำให้เขาต้องถูกขับออกจากกลุ่มวิจัย

นักวิจัยชาวอิสราเอลผู้นี้ต้องเผชิญกับการต่อต้านหรือแม้แต่การเยาะเย้ยจากเพื่อนร่วมงานของเขาเอง ส่วนหัวหน้าห้องปฏิบัติการที่เขาทำงานอยู่ถึงขั้นยื่นตำราผลึกศาสตร์และแนะนำให้เขาอ่าน และในที่สุดเขาได้รับการร้องขอให้ออกจากกลุ่มวิจัยที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีสหรัฐฯ (US National Institute of Standards and Technology) ซึ่งคณะกรรมการรางวัลโนเบลกล่าวว่าการต่อสู้ทางความคิดของเขานั้น ได้บีบให้นักวิทยาศาสตร์ต้องทำความเข้าใจธรรมชาติของสสารใหม่

ย้อนกลับไปในการค้นพบเมื่อปี 1982 เชชท์มันทดลองละลายอะลูมิเนียมผสมกับแมงกานีส จากนั้นทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว ก่อนจะศึกษาผลในระดับอะตอมโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ซึ่งแทนที่จะได้เห็นการจัดเรียงอะตอมที่ยุ่งเหยิงตามคาด แต่เขากลับเห็นการจัดเรียงที่เป็นระเบียบแบบวนเป็นวงกลม แต่ไม่จัดเรียงแบบซ้ำๆ ตามนิยามของ “ผลึก” การค้นพบของเขาจึงทำให้เกิดการโต้เถียงอย่างรุนแรง

ต้องรอจนถึงเดือน พ.ย.1984 ผลงานของเขาจึงได้รับการตีพิมพ์ลงวารสารฟิสิคัลรีวิวเลตเตอร์ส (Physical Review Letters) คณะกรรมการรางวัลโนเบลกล่าวว่า รายงานทางวิชาการดังกล่าวของเขากลายเป็นระเบิดที่ทิ้งลงท่ามกลางนักผลึกศาสตร์ และได้สร้างข้อกังขาต่อความจริงพื้นฐานที่สุดในองค์ความรู้ของนักวิทยาศาสตร์แขนงนี้ ที่ระบุว่าผลึกทั้งหมดนั้นต้องประกอบไปด้วยรูปแบบที่มีการจัดเรียงแบบซ้ำๆ อย่างต่อเนื่อง

ทางเอเอฟพีระบุว่า หากมองด้วยสายตาของคนที่ไม่รู้อะไรเลย ก็จะเห็นว่าควอสิคริสตัลซึ่งมีอะตอมจัดเรียงตัวของรูปทรงเรขาคณิตแบบไม่ซ้ำกันนั้น คล้ายกับศิลปะการจัดเรียงกระเบื้องในศาสนาอิสลาม ซึ่งทางเว็บไซต์โนเบลระบุว่า ภาพโมเสคที่พบในพระราชวังอัลฮามบรา (Alhambra Palace ) ในสเปนและวิหารดาร์บีอิหม่าม (Darb-i Imam Shrine) ในอิหร่าน จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ว่าอะตอมในควอสิคริสตัลจัดเรียงตัวกันอย่างไร ซึ่งรูปแบบการจัดเรียงตัวเช่นนี้เป็นไปตามหลักการทางคณิตศาสตร์ แต่ก็เป็นรูปแบบที่ไม่ซ้ำตัวเอง

หลังจากการค้นพบของเชชท์มันนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถสังเคราะห์ผลึกควอสิคริสตัลขึ้นมาได้ในห้องปฏิบัติการ และยังพบผลึกชนิดนี้ในธรรมชาติจากตัวอย่างแร่ธาตุที่ได้จากแม่น้ำในรัสเซีย นอกจากนี้บริษัทเอกชนของสวีเดนยังพบผลึกชนิดนี้ในเหล็กทั่วไป ซึ่งผลึกจะช่วยเสริมความแกร่งให้แก่วัสดุคล้ายกับเป็นชุดเกราะ และตอนนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังทดลองใช้ผลึกควอสิคริสตัลในวัสดุที่หลากหลาย อย่างเช่น กระทะประกอบอาหาร และ เครื่องยนต์ดีเซล เป็นต้น

ทั้งนี้ เชชท์มันในวัย 70 ปี จะได้รับเงินรางวัลทั้งหมดมูลค่า 10 ล้านโครน หรือประมาณ 46 ล้านบาท ซึ่งจะมีพิธีพระราชทานรางวัลในวันที่ 10 ธ.ค.ซึ่งตรงกับวันคล้ายวันเสียชีวิตของ อัลเฟร็ด โนเบล (Alfred Nobel) ผู้ก่อตั้งรางวัลนี้

ทางด้าน ดร.แอนดรูว กูดวิน (Dr.Andrew Goodwin) จากภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด (Oxford University) ให้สัมภาษณ์บีบีซีนิวส์ว่า ตอนนี้ผลึกควอสคริสตัลของเชชท์มันถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวาง ตั้งแต่การปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุเชิงวิศวกรรม และเป็นรากฐานของวิทยาศาสตร์สาขาใหม่ที่เกี่ยวกับโครงสร้าง และหากจะมีบทเรียนใดที่เราได้จากงานวิจัยของเชชท์มัน นั่นก็คือไม่ควรประเมินจินตนาการของธรรมชาติต่ำเกินไปนัก
แดเนียล เชชท์มัน นักวิจัยจากอิสราเอล คว้ารางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2011 ไปคนเดียว (เ้อเอฟพี)