เพชร : อัญมณีล้ำค่าของโลกซูเปอร์ไฮเทค

คนทั่วไปยอมรับว่า “เพชร” เป็นราชินีแห่งอัญมณี และเป็นสัญลักษณ์แห่งความบริสุทธิ์ผุดผ่อง ซึ่งแสดงให้เห็นความถาวรของจิตใจที่แน่วแน่ สังคมจึงนิยมใช้เพชรแทนความซื่อสัตย์ ความภักดี และความเสมอต้นเสมอปลาย ที่สตรีทุกคนปรารถนาจะได้รับจากบุรุษ นอกจากนี้เพชรก็อาจจะเป็นต้นเหตุที่ทำให้ชายบางคนต้องเสียชีวิต เพราะได้พยายามจนเกินความสามารถในการแสวงหามามอบให้เธอผู้เป็นสุดที่รักของเขา

ไม่มีใครรู้แน่นอนว่า มนุษย์เริ่มตระหนักในคุณค่าของเพชรตั้งแต่เมื่อใด ประวัติศาสตร์ได้มีบันทึกว่า เมื่อ 2,800 ปีก่อน มหาราชาแห่งเมือง Golconda ในประเทศอินเดียทรงมีมงกุฎเพชร ที่พระองค์ทรงรักและหวงแหนมาก เพราะทรงเชื่อว่า เพชรจะนำโชคลาภ ความรัก และพระราชอำนาจมาสู่พระองค์ มหาราชา Chandragupta แห่งราชบัลลังก์มยุราก็ทรงมีพระดำริว่า เพชรคือมหาสมบัติระดับสุดยอดที่กษัตริย์ทุกพระองค์ควรมี

ไม่เพียงแต่ชาวตะวันออกเท่านั้นที่ชื่นชมเพชร ชาวยุโรป เช่น ปราชญ์กรีก Pliny ก็เคยกล่าวว่า เพชรคือสมบัติล้ำค่าที่สุดของมนุษย์ คนกรีกจึงใช้คำ adamas ซึ่งแปลว่า ไร้เทียมทาน ในการบรรยายคุณค่าและสมบัติของเพชร ในเวลาต่อมาคำนี้ได้แปลงรูปเป็น diamond ความคิดเช่นนี้มีผลด้านจิตใจ คือทำให้ผู้คนพากันเชื่อว่า เพชรเป็นวัตถุมงคลที่มาจากท้องฟ้าจึงสามารถขจัดปัดเป่าภัยอันตรายทั้งปวงได้ ดังนั้นเวลาคนยุโรปในสมัยกลางจะเดินทางไกล สามีจึงมักขอให้ภรรยานำเพชรมาให้ดู เพราะเชื่อว่าเพชรจะคุ้มครองตน ในคริสต์ศตวรรษที่ 16 สมเด็จพระราชินี Mary แห่งอาณาจักรสกอตแลนด์ ทรงเชื่อว่าพระธำมรงค์ประดับเพชร สามารถปกป้องพระนางให้รอดพ้นจากการถูกประหารโดยสมเด็จพระราชินี Elizabeth ที่ 1 (แต่เพชรช่วยพระนางไม่ได้)

เมื่อ Vasco da Gama นักผจญภัยชาวโปรตุเกสเดินทางด้วยเรือถึงประเทศอินเดียเมื่อปี 1498 เขาได้เห็นขุนนางอินเดียใช้เพชรเป็นเครื่องประดับกันอย่างแพร่หลาย ข่าวความร่ำรวยของชาวเอเชียตะวันออกในลักษณะนี้ได้ทำให้ธุรกิจค้าขายเพชรเกิดขึ้นในยุโรป โดยมี Venice เป็นศูนย์กลาง ซึ่งรับซื้อ-ขายเพชรจากนักท่องเที่ยวชาวอาหรับ ชาวเปอร์เซีย และชาวโรมันที่เดินทางมาจากอินเดีย เพราะอินเดียในสมัยนั้น คือศูนย์การผลิตเพชรของโลก

ส่วนในประเทศอื่นๆ เช่น ประเทศแอฟริกาใต้ ก็มีการพบแหล่งเพชรบ้าง แต่ยังมีเพชรน้อย ชาวบ้านจึงใช้วิธีโยนก้อนเนื้อลงไปในหุบเขา แล้วหวังว่านกอินทรีย์ตาดีจะบินลงไปกินเนื้อ ซึ่งจะคลุกติดกับเพชร จากนั้นก็เฝ้าคอยให้นกอินทรีย์ถ่ายอุจจาระออกมา และคาดหวังว่าจะมีเพชรออกมาด้วย

วันเวลาได้ล่วงเลยจนถึงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 18 โลกก็ได้ตื่นเต้นกับข่าวการพบเหมืองเพชรในประเทศบราซิล และต่อมาในปี 1866 ได้มีการเปิดเหมืองเพชรขนาดใหญ่ในประเทศแอฟริกาใต้ หลังจากที่เด็กชายเผ่า Boer พบเพชรหนัก 20 ออนซ์ ที่ฝั่งแม่น้ำ Orange การพบแหล่งเพชรขนาดใหญ่ในสถานที่ต่างๆ ทั่วโลก ทำให้อินเดียเริ่มลดบทบาทการเป็นศูนย์กลางผลิตเพชร ถึงวันนี้เพชรสำคัญของโลกคือ Russia, Botswana, South Africa, Angola, Namibia และ Australia

โลกมีตำนานเกี่ยวกับเพชรขนาดใหญ่ที่เรียกโคตรเพชรมากมาย เช่น โคตรเพชร Koh-i-noor ซึ่งได้ทำให้พระเจ้าชาห์ Shuja แห่ง Afghanistan ในต้นคริสต์ศตวรรษที่ 18 ทรงถูกพวกกบฏจับกุม และขู่จะใช้มีดแทงที่พระเนตร เพื่อให้พระองค์ทรงบอกที่ซ่อนของโคตรเพชร แต่พระองค์ทรงไม่ยินยอม โดยอ้างว่า พระองค์ทรงจำเป็นต้องมีเพชร Koh-i-noor เพราะมันสามารถนำ “โชคลาภ” มาถวายแด่พระองค์ได้ 


“โกห์อินัวร์” เป็นคำในภาษาเปอร์เซียที่แปลว่า บรรพตแสง ประวัติความเป็นมาของเพชรเม็ดนี้ได้กล่าวถึง จักรพรรดิ Alauddin Khilji แห่งนคร Delhi ว่าทรงครอบครองมาตั้งแต่ปี 1304 แต่เมื่อถึงปี 1813 ผู้ครอบครองคนใหม่คือ กษัตริย์ Ranjit Singh แห่งอาณาจักร Sikh หลังจากที่พระองค์ได้ทรงช่วย Shah Shuja ให้เสด็จขึ้นครองราชย์ แต่หลังปี 1849 ที่กองทัพอังกฤษสามารถพิชิตอาณาจักร Punjab ได้ ทหารอังกฤษได้บุกปล้นทรัพย์สมบัติที่มีค่าในอาณาจักร Sikh ไปจนหมด (รวมถึง โคตรเพชร Koh-i-noor ด้วย) แล้วส่งโคตรเพชรไปประเทศอังกฤษ เพื่อนำขึ้นทูลเกล้าถวายแด่สมเด็จพระนางเจ้า Victoria ในปี 1850 และพระนางได้ทรงโปรดให้ช่างเพชรชาวเนเธอร์แลนด์เจียระไนเพชรเม็ดนั้นจนเหลือเพียง 105.6 กะรัต เพื่อนำไปประดับที่ยอดมงกุฎ ปัจจุบันโคตรเพชร Koh-i-noor ก็ยังประดับอยู่ที่ยอดพระมงกุฎ British Crown Jewels แม้รัฐบาลอินเดียจะทวงคืนโคตรเพชรนี้จากรัฐบาลอังกฤษบ่อยสักปานใด ก็ได้รับการปฏิเสธทุกครั้ง

ส่วนโคตรเพชร Hope ซึ่งมีสีน้ำเงินนั้น ก็เป็นที่เลื่องลือว่าสามารถนำ “โชค” มาสู่ผู้เป็นเจ้าของได้เช่นกัน ตั้งแต่ปี 1668 ที่ได้มีการพบโคตรเพชรหนัก 112 กะรัต นี้ในประเทศอินเดีย เจ้าของได้นำไปทูลขายต่อสมเด็จพระเจ้าหลุยส์ที่ 14 แห่งประเทศฝรั่งเศส พระองค์จึงทรงบัญชาให้ช่างเจียระไนจนเหลือเนื้อเพชรเพียง 67 กะรัต เพชร Hope ก็เป็นเพชรที่ต้องคำสาป เพราะเจ้าของมักถูกอาถรรพ์ จนมีอันเป็นไปต่างๆ นานา เช่น เสียสติ เสียชีวิตด้วยโรคร้าย หรือถูกจำคุก ฯลฯ ในที่สุดเพชร Hope ได้ตกเป็นพระราชสมบัติในสมเด็จพระเจ้าหลุยส์ที่ 16 กับพระนาง Marie Antoinette แห่งประเทศฝรั่งเศส และพระนางทรงถูกสำเร็จโทษด้วยกิโยติน เมื่อปี 1789 ปัจจุบันเพชร Hope อยู่ที่พิพิธภัณฑ์ Smithsonian ในประเทศสหรัฐอเมริกา ให้นักทัศนาจรเข้าชมปีละประมาณ 4 ล้านคน

ตามปกติทั่วไปเพชรจะถือกำเนิดลึกใต้ดิน ที่ระยะตั้งแต่ 150-200 กิโลเมตร ซึ่งเป็นบริเวณที่มีความดันสูงมากมหาศาลประมาณ 40,000 เท่าของบรรยากาศ และมีอุณหภูมิสูงถึง 900 องศาเซลเซียส เราได้ความรู้นี้หลังจากที่นักธรณีวิทยาพบว่า ลาวาที่ถูกพ่นออกมาจากภูเขาไฟ เวลาภูเขาไฟระเบิดมักมีเกล็ดเพชรติดปนออกมาด้วย ด้านนักดาราศาสตร์ก็ได้พบว่า ในอุกกาบาตบางก้อนมีสะเก็ดเพชรอยู่ภายใน

ส่วนนักผลิกศาสตร์ ซึ่งสนใจโครงสร้างของเพชรก็ได้วิเคราะห์พบว่า เพชร ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนล้วนๆ และผลึกมีโครงสร้างเป็นรูปทรงสี่หน้า (tetrahedron) โดยมีอะตอมคาร์บอนอยู่ที่มุมทั้ง 4 และอะตอมคาร์บอนเหล่านั้นเชื่อมโยงกันด้วยพันธะ covalent ที่ยาว 0.1544 นาโนเมตร และมุมระหว่างพันธะมีค่าเท่ากับ 109.5 องศา ดังนั้นเวลาเผาเพชร จะมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้น เพชรที่บริสุทธิ์จะใสและไม่มีสี แต่เวลามีอะตอมของธาตุอื่นเจือ เพชรจะมีสีทันที เช่น ถ้ามีอะตอม nitrogen อยู่ภายใน เพชรจะมีสีเหลืองอ่อนหรือน้ำตาล และถ้ามีอะตอม boron เพชรจะมีสีน้ำเงิน

ในการประเมินราคาค่าของเพชร ผู้เชี่ยวชาญจะพิจารณาสมบัติ 4 ประการ คือ (1) น้ำหนักที่คิดเป็น carat (1 carat หนักประมาณ 0.2 กรัม) (2) ความใส (clarity) คือ การปราศจากมลทิน (3) สี (color) และ (4) เทคนิคการเจียระไน (cut) โดยช่างเจียระไนเพชรจะพยายามทำให้แสงใดๆ ที่ตกกระทบผิวเพชร สามารถหักเหและสะท้อนแสงกลับไป-กลับมาในตัวเพชรได้หลายต่อหลายครั้ง จนในที่สุดเวลาแสงกระจายพุ่งออกจากตัวเพชร เจ้าของจะเห็นแสงเพชรเป็นประกายเจิดจ้ามากที่สุด และได้พบว่า อาจเป็นไปได้โดยให้ผิวบนสุดของเพชรเป็นแผ่นราบ แล้วให้ผิวนั้นล้อมรอบด้วยผิวที่ตัดเป็นรูปสามเหลี่ยม 32 รูป ส่วนผิวชั้นรองลงไป ช่างอาจเจียระไนเป็นสามเหลี่ยม 25 รูป ผิวเพชรทั้งสิ้นจึงมี 58 หน้า ตามปกติงานเจียระไนเพชรเป็นงานที่ต้องทำอย่างละเอียดละออและพิถีพิถันมาก เพราะการเจียระไนผิดหรือพลาดแม้แต่น้อย จะทำให้มูลค่าของเพชรเม็ดนั้นตกฮวบในทันที ดังนั้นช่างเจียระไนจึงต้องมีฝีมือระดับเซียนจริงๆ และช่างที่มีความสามารถสูงมาก จะได้รับค่าแรงสูง


แต่ในปัจจุบันบริษัทค้าเพชรไม่นิยมให้มีการเจียระไนโดยใช้ช่างอีกต่อไปแล้ว แต่ให้นักคอมพิวเตอร์ศิลปะทำหน้าที่เจียระไนแทน โดยมีเป้าหมายหลักว่า เวลามีแสงมาตกกระทบเพชรเม็ดนั้นเพชรต้องกระจายแสงออกให้เป็นประกายมากที่สุด การรู้กฎการสะท้อน และกฎการหักเหของแสงสามารถช่วยช่างเจียระไนให้ทำงานได้ดีในระดับหนึ่ง โดยช่างไม่จำเป็นต้องใช้เพชรจริงในการออกแบบ แต่การเจียระไนที่ใช้เพชรจริง ถ้าช่างทำผิดพลาดแม้แต่น้อย เพชรก็อาจเสียหาย หรือถูกทำลายได้ ดังนั้นการเจียระไนเพชรโดยให้นักคอมพิวเตอร์ศิลปะออกรูปแบบการเจียระไน จึงสามารถก้าวข้ามความเสียหายที่ช่างเจียระไนเคยประสบในอดีตได้ เช่น สมมติมีก้อนเพชรที่มีรูปทรงไม่ธรรมดามาให้ช่างเจียระไน ตามปกติเจ้าของเพชรมักไม่ต้องการให้ช่างเจียระไนตัดและสกัดเนื้อเพชรออกมากเกินความจำเป็น เมื่อข้อจำกัดเป็นเช่นนี้ การออกแบบเจียระไน โดยใช้คอมพิวเตอร์ จึงทำให้งานของช่างง่ายขึ้นและสบายใจขึ้น เพราะได้ลดความกดดันจากการสูญเสียมูลค่าของเพชร เพราะการเห็นภาพที่ปรากฎในจอคอมพิวเตอร์ได้ช่วยให้เจ้าของเพชรเห็นเพชรรูปทรงต่างๆ ที่ช่างอาจไม่เคยลงมือเจียระไนมาก่อน ซึ่งจะทำให้ลูกค้ามีความพึงพอใจในการเป็นเจ้าของเพชรที่มีรูปทรงไม่เหมือนของใคร และทำให้คนที่ได้รับเพชรเม็ดนั้น ไม่เรียกร้องอะไรจากคนให้อีกเลย

นอกเหนือจากการนิยมใช้เป็นเครื่องประดับของบุคคลไฮโซแล้ว เพชรยังเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในการใช้ทำอุปกรณ์ไฮเทคด้านวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ เทคโนโลยี และแพทย์ศาสตร์ด้วย เพราะเพชรเป็นวัสดุทนความร้อน ที่สามารถดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต และปล่อยรังสีอินฟราเรดผ่านได้ดี ด้วยเหตุนี้องค์การ NASA จึงใช้ละอองเพชรเคลือบกระจกหน้าต่างยานอวกาศ เพื่อให้มนุษย์อวกาศสามารถทำงานอยู่ภายในยานได้อย่างปลอดภัย และใช้ละอองเพชรเคลือบกระจกหน้าต่างยานอวกาศที่ถูกส่งไปสำรวจบรรยากาศเหนือดาวศุกร์ ซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 493 องศาเซลเซียส และมีความดันบรรยากาศสูงประมาณ 100 เท่าของความดันอากาศบนโลก เพราะกระจกที่เคลือบด้วยละอองเพชรสามารถทนอุณหภูมิและความดันที่สูงมากได้ดี

ด้านวงการแพทย์ ก็นิยมใช้มีดผ่าตัดและอุปกรณ์ทำความสะอาดฟันโดยการเคลือบอุปกรณ์ด้วยละอองเพชร เพื่อช่วยเสริมความคมของมีดผ่าตัด วงการวิศวกรรมศาสตร์ก็นิยม เพราะเพชรมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวค่อนข้างต่ำ สามารถดูดซับความร้อนได้ดี จึงเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการใช้ทำชิ้นส่วนของวงจรไฟฟ้า และอุปกรณ์วัดอุณหภูมิ เพราะเพชรสามารถระบายความร้อนได้ดีและเร็ว อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จึงมีอายุใช้งานได้นาน

เมื่อเพชรเป็นวัสดุที่มีคุณประโยชน์มากเช่นนี้ และเพชรที่เกิดตามธรรมชาติมีปริมาณน้อยเพชรจึงมีไม่เพียงพอกับความต้องการ จากที่ต้องคอยนานหลายล้านปี จึงจะได้ใช้เพชร วงการค้าและวงการวิทยาศาสตร์จึงคิดสร้างเพชรเทียมหรือเพชรสังเคราะห์ เพื่อสนองความต้องการที่กำลังเพิ่มตลอดเวลา ยิ่งเมื่อบริษัท De Beers ของสหรัฐฯ ได้ให้ดาราฮอลลีวู๊ดออกมาพูดโฆษณาว่า “A Diamond Is Forever” และ “Diamond is a girl’s best friend” สังคมก็ยิ่งเชื่อว่า ราคาของเพชรคือดัชนีชี้บอกปริมาณและคุณภาพของความรัก การระดมซื้อเพชรของคนในสังคมได้ทำให้เพชรธรรมชาติขาดตลาด นักวัสดุศาสตร์จึงหันมาสนใจสร้างเพชรเทียม โดยการนำแก๊ส methane, hydrogen, และ acetylene มาผสมกันในหลอดทดลอง ซึ่งภายในมีสะเก็ดชิ้นเล็กๆ ของ silicon ให้อะตอมคาร์บอนมาจับ เมื่อทุกอย่างพร้อม นักสร้างเพชรเทียมก็จะให้ความร้อนแก่แก๊สผสม จนมีอุณหภูมิสูงถึง 2,200 องศาเซลเซียส การแตกสลายของโมเลกุลต่างๆ ในหลอดทดลองจะทำให้อะตอมคาร์บอนในโมเลกุล methane สลัดทิ้งอะตอมไฮโดรเจนทั้ง 4 ที่มันยึดโยงอยู่ เหลือแต่อะตอมคาร์บอนอิสระ ซึ่งจะลอยไปจับบนสะเก็ดชิ้นเล็กๆ ของซิลิกอน กระบวนการนี้ทำให้ได้เพชรสังเคราะห์ที่บริสุทธิ์ถึง 99% ในขณะที่กระบวนการถือกำเนิดของเพชรธรรมชาติต้องใช้เวลานานหลายล้านปี การสร้างเพชรสังเคราะห์กลับใช้เวลาเพียงไม่กี่วัน

สมบัติที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งของเพชรคือ ความแข็งแรง ซึ่งในอดีตใครๆ ก็คิดว่า เพชรเป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุด แต่ปัจจุบัน นักวัสดุศาสตร์ที่ชำนาญด้านนาโนเทคโนโลยีสามารถจัดเรียงอะตอมต่างๆ หลายชนิดได้หลายรูปแบบ เพชรจึงได้สูญเสียตำแหน่งนี้ไป เพราะเพชรมีความแข็งแรงที่ 98 Vickers (Vicker คือหน่วยความแข็งแรง ซึ่งถูกกำหนดโดยเจ้าหน้าที่ของบริษัท Vickers Ltd. โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในวัสดุ เวลามีแรงมาตรฐานมากระทำ) และพบว่า wurtzite boron nitride (w-BN) มีความแข็งแรงที่ 114 Vickers และ lonsdaleite มีความแข็งแรงที่ 152 Vickers โดย lonsdaleite ซึ่งมีอะตอมคาร์บอนเรียงกันเป็นรูปหกเหลี่ยมด้านเท่า เป็นระนาบซ้อนกันใน 3 มิติ สำหรับรูปแบบสุดท้ายของการจัดอะตอมคาร์บอนคือ เป็นท่อนาโน (diamond nanorod) ซึ่งมีความแข็งแรงที่ 170 Vickers ท่อนี้จึงสามารถขีดข่วนเพชรธรรมดาให้เป็นริ้วรอยได้อย่างสบาย

ทุกวันนี้ นักวัสดุศาสตร์ได้ประสบความสำเร็จในการพัฒนาวัสดุให้มีความแข็งแรงกว่าเพชร จนได้ osmium diboride, OsB2 และ rhenium diboride, ReB2 ในอนาคตโลกก็จะมีวัสดุที่แข็งแรงยิ่งขึ้นไปอีก แม้วัสดุที่สร้างใหม่ จะถูกจำกัดโดยเงื่อนไขว่าต้องมีราคาถูก และสังเคราะห์ได้ง่าย วัสดุในอนาคตที่ดีที่สุด อาจจะเป็นละอองเพชรนาโนที่สามารถเคลือบผิวของวัสดุอื่นให้คงสภาพ หรือใช้เป็นตัวส่งยาไปตามเส้นเลือด ผ่าตัดรากฟัน หรือใช้ทำหัววัด (sensor) ที่มีความไวสูง

เมื่อเร็วๆ นี้การพัฒนาเทคโนโลยี nanocarbon ได้ทำให้ A. S. Barnard แห่ง Office of the Chief Executive (OCE) ในประเทศออสเตรเลีย ได้รับรางวัล Theory Prize จากสถาบัน Foresight Institutes Feynman Award เพราะผลงานของ Barnard ได้ทำให้ทุกคนเข้าใจโครงสร้างที่เสถียรของ nanocarbon ซึ่งเป็นวัสดุที่มีประโยชน์ในการใช้เป็นพาหะนำตัวยาไปยังอวัยวะต่างๆ ในร่างกาย

สำหรับเทคโนโลยีขุดหาเพชรธรรมชาติในปัจจุบันนั้น ก็กำลังได้รับการพัฒนาเช่นกัน เพราะเพชรธรรมชาติมีอายุมากพอๆ กับโลก คือ ประมาณ 3,500 ล้านปี และถือกำเนิดในชั้น mantle ที่อยู่ลึกใต้พิภพ ดังนั้นเวลาภูเขาไฟระเบิด ลาวาจากใต้ดินจะนำสะเก็ดเพชรขึ้นมาที่ผิวโลก การศึกษาเพชรในลาวาได้ช่วยให้นักธรณีวิทยาเข้าใจประวัติความเป็นมาของโลก เพราะเพชรที่พบทุกเม็ดมีสมบัติทางกายภาพไม่เหมือนกัน

ในปี 1871 เหมืองเพชรขนาดใหญ่ในเมือง Kimberly ของประเทศแอฟริกาใต้ได้เปิดทำงาน หินในเหมืองจึงมีชื่อเรียกโดยทั่วไปว่า kimberlite การขุดเพชร ณ เวลานั้นได้ใช้วิธีทุบก้อนหิน kimberlite ขนาดใหญ่ให้แตกก่อน เพื่อให้คนขุดสามารถเห็นเม็ดเพชรที่มีขนาดเล็กที่แฝงอยู่ในหินได้ แต่การทำแบบสุ่มสี่สุ่มห้าอาจทำให้เม็ดเพชรที่มีขนาดเล็กแตกด้วย เพราะจากก้อนหินหนึ่งตัน จะให้เพชรที่หนักเพียง 1 กะรัต ดังนั้นสถิติการขุดเพชรในอดีตจึงได้แสดงให้เห็นว่า จากหินที่หนัก 100 ตัน จะให้เพชรเพียง 127 กะรัต เท่านั้นเอง ตัวเลขนี้จึงแสดงให้เห็นว่า การขุดแบบไม่บันยะบันยังของชาวเหมืองในอดีตได้ทำให้โลกสูญเสียสภาพแวดล้อมไปอย่างถาวร เพราะทุกบริเวณในเหมืองเพชรได้ถูกทำลายสภาพไปอย่างมโหฬาร

แต่เมื่อถึงวันนี้ บริษัทขุดเพชรนิยมใช้เทคนิค MinPET (mineral positron emission tomography) เพราะเทคโนโลยี MinPET ใช้แสงเลเซอร์พลังงานสูง ร่วมกับเทคนิค PET (positron emission tomography) ในการถ่ายภาพหิน kimberlite เพื่อหาตำแหน่งของเพชรเม็ดใหญ่ ก่อนที่หินจะถูกทำลาย


หลักการทำงานด้วยเทคนิคนี้ ก็เช่นเดียวกับที่ใช้ในการวิเคราะห์โรคโดยแพทย์ คือเทคนิค PET Scan ที่ให้คนไข้กลืน isotope ของธาตุกัมมันตรังสีเข้าร่างกาย ซึ่งในเวลาต่อมาจะปล่อยอนุภาค positron ให้ไปกระทบ electron ในร่างกาย ก็จะให้รังสีแกมมา ตำแหน่งของรังสีจึงสามารถบอกตำแหน่งและสภาพการทำงานของเซลล์ร้ายได้

เทคนิค MinPET ก็จำเป็นต้องใช้รังสีเอ็กซ์ที่มีพลังงานสูงในการอาบหิน เพื่อให้นิวเคลียสของคาร์บอนในเพชรเป็นนิวเคลียสกัมมันตรังสีที่จะปลดปล่อยอนุภาค positron ออกมา ซึ่งเมื่อปะทะอิเล็กตรอน ก็จะให้รังสีแกมมา ที่ใช้บอกตำแหน่งของเพชรได้อย่างแม่นยำ

ความสามารถของเทคนิคนี้ ณ วันนี้ คือสามารถแสวงหาเพชรที่มีขนาดเล็กกว่า 4 มิลลิเมตร จากหินที่มีขนาดใหญ่ได้สบายๆ

ณ วันนี้และในอนาคต เพชรซึ่งเคยเป็นอัญมณีมีค่าที่ใช้ในงานหมั้น ได้เข้ามามีบทบาทในวงการอุตสาหกรรมทำ smartphone วงจรอิเล็กทรอนิกส์ หน้าต่างของอุปกรณ์ laser ฯลฯ และกำลังจะเปลี่ยนโลกให้เป็นโลกเทคโนโลยีควอนตัม โดยใช้เพชรบริสุทธิ์ที่มีตำหนิสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ยุคควอนตัม 1.0 เป็นช่วงเวลาในอดีต ที่นักฟิสิกส์ได้ศึกษาผลกระทบจากปรากฏการณ์ควอนตัม เพื่อใช้ความรู้ที่ได้สร้างอุปกรณ์ควอนตัมแบบง่ายๆ เช่น ทรานซิสเตอร์ เลเซอร์ ฯลฯ

เมื่อถึงยุคควอนตัม 2.0 การศึกษาได้เปลี่ยนไปเป็นความพยายามของนักฟิสิกส์ในการปรับเปลี่ยนสถานะควอนตัมที่มีอยู่ในระบบ แล้วศึกษาผลกระทบที่เกิดขึ้นจากปรากฎการณ์ความพัวพัน (entanglement) ระหว่างสถานะ และการนำสถานะเหล่านี้มาซ้อนทับกัน (superposition) เช่น ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม เพื่อใช้ในการสื่อสารคมนาคม การถอดรหัสลับ การสร้างแบบจำลองเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ที่ซับซ้อนมาก รวมถึงการสร้างอุปกรณ์ตรวจสุขภาพที่มีคุณภาพสูง และการพัฒนาวัสดุฉลาดชนิดใหม่ๆ เช่น ตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิห้อง และทำเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง จากการใช้วัสดุควอนตัมได้สะดวก เพราะมันเป็นของแข็ง และสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิปกติ

ในปี 1997 Jörg Wrachtrup แห่งมหาวิทยาลัย Technology Chemnitz ในประเทศเยอรมนีได้พบว่า เพชร ซึ่งประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนล้วนๆ เวลามีความบกพร่องเกิดขึ้น เช่น คาร์บอนสองอะตอมได้หลุดหายไปจากตำแหน่งที่มันควรจะอยู่ ตำหนิ (defect) ที่เกิดขึ้นนี้ มีตำแหน่งหนึ่งซึ่งถูกแทนที่โดยอะตอมไนโตรเจน และอีกตำแหน่งหนึ่งว่างเปล่าเป็นช่องว่าง (vacancy) คือ เป็น hole ถ้ามีอิเล็กตรอนอยู่ใน hole นี้ อิเล็กตรอนนั้นจะสามารถเก็บข้อมูลควอนตัม (quantum information) ได้ คือทำตัวเป็น qubit ได้อย่างดีเลิศ เพราะมันจะถูกอะตอมคาร์บอนที่อยู่โดยรอบ ทำหน้าที่เป็นเกราะกำบังไม่ให้อิทธิพลจากสนามภายนอกใดๆ มารบกวน สถานะควอนตัมของอิเล็กตรอนนั้นจึงเสถียร และที่ประเสริฐยิ่งกว่านั้นคือ อิเล็กตรอนสามารถแสดงสมบัติควอนตัม เช่น spin ได้ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งตามปกติถ้าเราจะเห็นปรากฏการณ์ควอนตัมได้ อุณหภูมิของระบบจะต้องต่ำมากๆ
จากนั้น Wrachtrup ก็ได้สาธิตให้เห็นว่า ถ้ามีสนามภายนอก (คลื่นไมโครเวฟ) มารบกวนอิเล็กตรอน spin ของอิเล็กตรอนก็จะเปลี่ยนสถานะ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น จะแสดงออกมาโดยการวาวแสง (fluorescence) ซึ่งจะทำให้นักทดลองรู้สถานะเดิมของอิเล็กตรอนได้

การพบองค์ความรู้พื้นฐานที่สำคัญนี้ ได้เปิดโลก Quantum Technology ที่กำลังมีบทบาทสำคัญในการใช้พิสูจน์ข้อเท็จจริงทางทฤษฎีควอนตัม และนำไปสู่การประยุกต์ใช้ได้มากมาย เช่น ในปี 2015 นักฟิสิกส์ได้ประสบความสำเร็จในการทดสอบ Bell’s inequality ที่อุณหภูมิปกติ และพบว่าเป็นจริง โดยใช้ qubit 10 ตัว ในการเก็บข้อมูลควอนตัมได้นาน 75 วินาที รายงานนี้ได้ปรากฎในวารสาร Physical Review X9 031045

ส่วนด้านการทดลอง นักวิชาการในห้องปฏิบัติการทั่วโลกทุกวันนี้กว่า 200 แห่ง ก็กำลังศึกษาการใช้เพชรที่มีตำหนิสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม บริษัทดังกล่าวได้แก่ Lockheed Martin, Bosch and Thales และ Quantum Diamond Technology ทั้งๆ ที่ไม่มีใครรู้ว่า เพชรบริสุทธิ์ที่มีตำหนิจะเปลี่ยนแปลงโลกได้แค่ไหน แต่ทุกคนก็รู้ว่า เมื่อใดที่มีการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ วัคซีนโควิด-19 และการส่งยานอวกาศไปโคจรรอบดวงจันทร์ ก็จะเป็นเรื่องเด็กเล่นในทันที

อ่านเพิ่มเติมจาก Flawed to Perfection โดย Elizabeth Gilbert ใน Nature ฉบับที่ 503 หน้าที่ 472 วันที่ 23 มกราคม 2014


สุทัศน์ ยกส้าน

ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์