คนทั่วไปมักมีความคิดว่า ประเทศที่กำลังพัฒนาหรือที่ด้อยพัฒนาสมควรส่งเสริมการวิจัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์ เพื่อนำคำตอบที่ได้ไปแก้สิ่งที่เป็นปัญหาเร่งด่วนของสังคมในชาติ และไม่ควรสนับสนุนการวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐานมาก เพราะมันเป็นการวิจัยที่ตอบสนองตัณหาของผู้วิจัยเท่านั้น ด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถนำไปใช้หรือช่วยเหลืออะไรใครได้เลย การคิดนึกในแนวนี้ต่อคนที่ทำงานวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐาน จึงเปรียบเสมือนกับการถามบิดามารดาที่เพิ่งมีบุตรใหม่ ๆ ว่า “ลูกคุณมีประโยชน์อย่างไร” หรือ “คุณให้เขาเกิดมาทำไม”
การถามคำถามเช่นนี้ นอกจากจะทำให้คนที่ถูกถามเสียความรู้สึกแล้ว ยังแสดงให้เห็นการมีวิสัยทัศน์สั้นและแคบของผู้ถามด้วย เพราะไม่มีใครในโลกจะสามารถบอกได้ว่า เด็กคนนั้นจะเติบโตเป็น Albert Einstein (1879-1955) คนที่สอง หรือ Marie Curie (1867-1934) คนที่สาม ฯลฯ ได้ในอนาคต
การวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐานนั้นเป็นการค้นหาความรู้ที่เป็นรากเหง้าของความรู้วิทยาศาสตร์ใหม่ๆ ให้มีมากขึ้น โดยผู้วิจัยมักไม่ได้คำนึงถึงว่าความรู้ที่จะหานั้น มีประโยชน์สามารถทำให้คนมีอายุยืนถึง 200 ปีหรือไม่ หรือความรู้นั้นจะสร้างยารักษาโรคทุกโรคได้ หรือความรู้นั้นจะทำให้ผู้คนทั้งโลกปราศจากภัยโลกร้อนได้อย่างตลอดไปหรือไม่ ฯลฯ เพราะนักวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐานต้องการจะรู้เพียงว่า เหตุใดเอกภพจึงมีหลุมดำ ดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุดมีขนาดเท่าใด และทวีปใหม่จะเกิดขึ้นเมื่อใด เป็นต้น เพราะความรู้ดังกล่าวนี้เป็นความรู้บริสุทธิ์ที่ทำให้มนุษย์มีคุณค่าทางสติปัญญา มีอารยธรรมสูง และมีวัฒนธรรมที่แตกต่างไปจากสัตว์ทั่วไปมาก
ตัวอย่างความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานได้แก่ ในบริเวณนอกเอกภพมีอะไร เหตุใดคนเราจึงเก่งและมีความสามารถทางกีฬา ดนตรี และวาดภาพไม่เท่ากัน ธรรมชาติของสสารมืดเป็นอย่างไร มนุษย์เราจะสูญพันธุ์เมื่อไร และกลายพันธุ์ได้หรือไม่
ส่วนคำถามที่ว่า วัสดุอะไรเป็นฉนวนกันความร้อนได้ดี หรือเราจะสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ให้มีประสิทธิภาพสูงในที่ร้อนได้อย่างไร เราจะใช้เทคโนโลยี ultrasound ให้ดีที่สุดได้อย่างไร เป็นการวิจัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์
และถ้าจะว่าตามหลักการโดยทั่วไป การวิจัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์จะสามารถเกิดขึ้นได้ นักวิจัยจำต้องมีความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานเป็นความรู้เบื้องต้นก่อน เหมือนกับการจะเป็นผู้ใหญ่ที่แข็งแรง เขาคนนั้นก็ต้องเป็นเด็กทารกที่มีสุขภาพดี และเด็กคนนั้นมีการเจริญเติบโตที่มีคุณภาพก่อน
ยกตัวอย่าง เช่น ก่อนปี 1895 ถ้ามีนักวิจัยคนใดต้องการสร้างอุปกรณ์ถ่ายภาพของกระดูกและอวัยวะภายในร่างกายคน เขาก็จะไม่ได้รับทุนสนับสนุนความประสงค์นั้นเลย และใคร ๆ ก็จะกล่าวหาว่าเขาเพี้ยน แต่เมื่อ Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) พบรังสีเอกซ์ (X-ray) ฝันทุกอย่างก็เริ่มเป็นจริง กระนั้นการค้นพบรังสีเอกซ์ของ Röntgen ก็เป็นผลที่เกิดจากงานค้นคว้าวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ที่ Röntgen พบ โดยการใช้อนุภาค electron เป็นกระสุนยิงกระทบเป้าที่ทำด้วยโลหะหนัก ทำให้เกิด X-ray ที่นักฟิสิกส์สามารถอธิบายที่มาและคุณภาพของรังสีได้ด้วยวิชากลศาสตร์ควอนตัม อันเป็นความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐาน
กรณีศึกษาอีกตัวอย่างหนึ่งที่น่าสนใจก็คือ การพบองค์ความรู้เรื่องการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic induction) โดย Michael Faraday (1791-1867) ซึ่งได้พบเมื่อปี 1831 ว่า สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง (คือ ไม่คงตัว) สามารถให้กำเนิดกระแสไฟฟ้าได้
ในเบื้องต้น องค์ความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานนี้ดูไร้ประโยชน์เหมือนกับว่าใช้สำหรับทำของเล่นให้เด็กสนุกสนานได้ แต่ในเวลาต่อมา นักวิทยาศาสตร์และนักเทคโนโลยีก็ได้นำความรู้พื้นฐานนี้ไปสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator) หม้อแปลงไฟฟ้า (transformer) โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ และแม้แต่สร้างมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้กับพัดลมในบ้านและรถ EV ก็ได้
ดังนั้นสำหรับคำถามที่ว่า “เมื่อพบแล้ว ไงต่อ” จึงเป็นการถามที่มุ่งด้อยค่าคนที่พบองค์ความรู้ใหม่ เพราะคงไม่มีใครสามารถรู้ว่า การพบ neutron โดย James Chadwick (1891-1974) เมื่อปี 1932 และการพบ uranium-235 โดย Arthur Jeffrey Dempster (1886-1950) ในปี 1935 จะนำนักวิทยาศาสตร์ไปสู่การสร้างระเบิดปรมาณู เพื่อใช้ในการยุติสงครามโลกครั้งที่สองในปี 1945 ได้ และสร้างโรงไฟฟ้าปรมาณูโรงแรกของโลก ซึ่งได้เริ่มทำงานที่เมือง Obninsk ในรัสเซีย เมื่อปี 1954
นี่เป็นตัวอย่างที่แสดงให้เห็นว่า การวิจัยจากหิ้งสู่ห้างต้องใช้เวลาในการพัฒนา สังคมจึงจะเห็นประโยชน์
แต่เราก็ต้องตระหนักอยู่ตลอดเวลาด้วยว่า การวิจัยพื้นฐานทุกเรื่องที่นักวิจัยวาดฝันไว้อย่างเลอเลิศนั้น อาจจะไม่ประสบความสำเร็จตามเป้าก็ได้
ในปี 1989 นักวิจัย 2 คน ชื่อ Martin Fleischmann (1927–2012) กับ Stanley Pons (1943-ปัจจุบัน) จากมหาวิทยาลัย Utah ในสหรัฐอเมริกา ได้อ้างว่าเขาทั้งสองสามารถจะผลิตความร้อนที่มากมหาศาลได้จากการหลอมรวม nucleus ของธาตุ deuterium สองอนุภาค เป็นนิวเคลียสของ helium หนึ่งเดียวได้ที่ความดันปกติและที่อุณหภูมิห้อง นี่จึงเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบ cold fusion ที่โลกใฝ่ฝัน ซึ่งแตกต่างจากปฏิกิริยา hot fusion มาก เพราะปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบ hot fusion ตามปกติเหตุการณ์จะต้องให้ระบบร้อนถึง 15 ล้านองศาเซลเซียส และความดันต้องสูงถึง 300 ล้านบรรยากาศ
การทดลองในเวลาต่อมาโดยนักทดลองทั่วโลกปรากฏว่าไม่มีใครสามารถยืนยันได้ว่า ผลการทดลองนี้ถูกต้อง ด้วยเหตุนี้วงการวิทยาศาสตร์จึงสรุปว่า การทดลองนี้เป็นเรื่องที่ไปไม่ได้ ดังนั้นการแอบอ้างของ Fleischmann กับ Pons จึงเป็นเรื่องอวดอ้างที่เกินจริงและเหนือจริง
บทเรียนหนึ่งที่ได้จากการวิจัยเรื่องนี้ คือ การวิจัยวิทยาศาสตร์ทุกเรื่องมีโอกาสจะประสบความสำเร็จหรือความล้มเหลวในระดับต่าง ๆ กัน เพราะการวิจัยเป็นการเดินทางของนักวิจัยไปในดินแดนที่ยังไม่มีใครเคยไปมาก่อน เพื่อหาความรู้และความจริง ดังนั้นการค้นหาความรู้ใหม่ในหลายต่อหลายครั้ง จึงได้ความจริงที่ไม่สมบูรณ์แบบ และนักวิจัยจำเป็นต้องหาความจริงเพิ่มเติม เพื่อจะให้ได้ภาพของความจริงที่สมบูรณ์ที่สุด เหมือนกับการให้คนตาบอดศึกษาช้าง โดยอาจศึกษารูปร่างของช้างก่อนด้วยการสัมผัสใบหู งวง ขา งา หางของช้าง ฯลฯ แล้วต้องนำภาพอวัยวะมาเรียงต่อกัน จึงจะได้ภาพของช้างในสามมิติที่ดีที่สุด จากนั้นก็อาจจะเริ่มศึกษาพฤติกรรมการดำรงชีวิต การสืบพันธุ์ วิวัฒนาการ ฯลฯ ของมัน
การวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐานอีกตัวอย่างหนึ่งที่น่าสนใจ คือ การพบรังสี infrared โดย William Herschel (1738-1822) ซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์สัญชาติอังกฤษ ที่มีเชื้อชาติเยอรมัน และเป็นผู้พบดาวเคราะห์ Uranus เมื่อปี 1781 อีกทั้งยังได้พบรังสี infrared ซึ่งนับเป็นการค้นพบที่สำคัญและยิ่งใหญ่กว่าเสียอีก
เหตุการณ์ค้นพบรังสี infrared ที่ตามองไม่เห็นนี้ เกิดขึ้นเมื่อ Herschel ต้องการจะรู้เพียงว่า รังสีแสงสีต่าง ๆ ที่มีอยู่ในสเปกตรัมแสงอาทิตย์นั้นมีอุณหภูมิแตกต่างกันหรือเท่ากันเพียงใด เช่น แสงสีแดงจะร้อนหรือเย็นกว่าแสงสีเขียว ฯลฯ Herschel จึงนำกระเปาะ thermometer ไปวางที่แถบแสงสีต่าง ๆ หลังจากแสงอาทิตย์ได้หักเหผ่านปริซึมแล้ว เพื่อสังเกตดูอุณหภูมิ และได้พบว่าแสงสีต่าง ๆ มีอุณหภูมิไม่เท่ากัน เพราะเมื่อวางกระเปาะ thermometer ตรงบริเวณที่อยู่นอกแถบแสงสีแดง อันเป็นบริเวณที่ตามองไม่เห็นรังสีใด ๆ เลย เขากลับเห็นลำปรอทในเทอร์โมมิเตอร์พุ่งสูงอย่างผิดปกติ นั่นแสดงว่า thermometer ได้รับความร้อนจากรังสีที่ตามองไม่เห็น
Herschel จึงได้ชื่อว่า เป็นผู้พบรังสี infrared เป็นคนแรก และการพบนี้เป็นผลที่เกิดจากความอยากรู้ส่วนตัว ส่วนผลประโยชน์ที่เกิดตามมาจากความรู้พื้นฐานนี้ คือ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ความรู้เรื่องรังสี infrared ในการสร้างอุปกรณ์วัดอุณหภูมิของอากาศในบริเวณด้านนอกของอาคาร ซึ่งเกิดจากความร้อนที่รั่วไหลออกจากตัวอาคาร และเป็นตัวตรวจจับในการค้นหาสัตว์ป่าที่แฝงตัวอยู่ในที่มืดในเวลากลางคืน หรือใช้ค้นหาข้าศึกที่พยายามพรางตัวอยู่ในพุ่มไม้ก็ได้ ทั้งนี้เพราะร่างกายของคนและสัตว์ ตลอดจนสรรพสิ่งทุกชนิด ล้วนมีอุณหภูมิในตัวที่สูงกว่าศูนย์องศาสัมบูรณ์ ดังนั้นวัตถุทุกชนิดจึงแผ่รังสีที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งรวมรังสี infrared ด้วย ข้อมูลนี้ยังช่วยแพทย์ให้สามารถวินิจฉัยอาการบาดเจ็บและอักเสบของบาดแผล เห็นการไหลเพิ่มของเลือดในร่างกาย และให้นักดาราศาสตร์เห็นดาวที่มีแสงในตัวน้อย เพราะในอวกาศก็มีการแผ่รังสี infrared จากดาวเหล่านั้น ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์อวกาศชื่อ Herschel ขององค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency; ESA) จึงได้รับการออกแบบให้ศึกษาเอกภพที่เปล่งรังสี infrared ที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 55-670 ไมโครเมตร โดยกล้องนี้ได้ถูกส่งขึ้นอวกาศ เมื่อปี 2009 และสิ้นสุดการทำงานในปี 2013 โดยให้โคจรอยู่ห่างจากโลกที่ระยะทางประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตร เพราะดาวฤกษ์กาแล็กซีและดาวเคราะห์ต่างก็แผ่รังสี infrared ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Herschel จึงสามารถรับรังสี infrared จากวัตถุอวกาศที่พุ่งผ่านฝุ่น หรือเมฆในอวกาศ ถึงนักดาราศาสตร์บนโลกได้รู้รายละเอียดของเทหวัตถุต่าง ๆ ในอวกาศได้หมดหาศาล
การค้นพบก๊าซ argon ในปี 1894 โดย John William Strutt หรือ Lord Rayleigh (1842-1919) ก็เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของการวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ที่ได้ทำให้ความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานได้ขยายอาณาเขตออกไปจนสุดซอย เพราะ Rayleigh กับ William Ramsay (1852–1916) ซึ่งเป็นนักเคมีชาวอังกฤษ ได้พบว่า ก๊าซไนโตรเจนที่คนทั้งสองแยกออกมาจากอากาศทั่วไป มีความหนาแน่นมากกว่าก๊าซไนโตรเจนที่ได้จากปฏิกิริยาเคมีในห้องทดลอง ดังไนโตรเจนที่ได้จากแอมโมเนีย (NH3) ความแตกต่างของความหนาแน่นนี้ ทำให้ Rayleigh ตั้งสมมติฐานว่า ก๊าซไนโตรเจนที่เขาแยกได้จากอากาศทั่วไป คงมีก๊าซชนิดอื่นแอบแฝงอยู่ด้วย แม้ว่าความหนาแน่นของก๊าซไนโตรเจนจากทั้งสองแหล่ง จะแตกต่างกันเพียง 0.5% ก็ตาม และในที่สุดเขาก็ได้พบว่า หลังจากที่ได้พยายามกำจัดสิ่งเจือและสารเจือ ตลอดจนถึงแก๊สเจือต่าง ๆ เช่น ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำ ออกจนหมดแล้ว ความหนาแน่นของก๊าซจากทั้งสองแหล่งก็ยังไม่เท่ากันอยู่ดี Rayleigh จึงขอให้ Ramsay ช่วยวิเคราะห์ก๊าซไนโตรเจนที่ได้จากทั้งสองแหล่ง ในที่สุดคนทั้งสองก็ได้พบก๊าซ argon ซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อย (inert gas) ชนิดแรก การที่นักเคมีเรียก ก๊าซเฉื่อย เพราะก๊าซนี้ ทำปฏิกิริยาเคมีกับก๊าซ และสารอื่นได้ยาก อีกทั้งมีน้ำหนักอะตอมสูงกว่าไนโตรเจน และให้เส้นสเปกตรัมแสงที่มีความยาวคลื่นแตกต่างจากแสงจากธาตุใดที่นักเคมีพบแล้ว เขาจึงตั้งชื่อก๊าซใหม่ว่า ก๊าซ argon (จากคำในภาษากรีก argos ที่แปลว่า ไม่ว่องไว)
argon จึงเป็นก๊าซที่ไม่เหมือนก๊าซอื่นใดในตารางธาตุ เหตุการณ์นี้ทำให้นักเคมีต้องตั้งกลุ่มธาตุใหม่เป็นกลุ่มที่ 18 ของตารางธาตุเป็นก๊าซเฉื่อย เพราะในเวลาต่อมา ได้มีการค้นพบก๊าซเฉื่อยชนิดต่าง ๆ อีกหลายก๊าซ เช่น helium (He), neon (Ne), Krypton (Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn) และ Oganesson (Og) ข้อมูลนี้จึงแสดงให้เห็นว่า ตั้งแต่มนุษย์ถือกำเนิดเมื่อหกล้านปีก่อน มนุษย์ก็ยังไม่รู้จักธรรมชาติที่แท้จริงของอากาศ ที่ตนหายใจตลอดเวลาที่ผ่านมาเลย และผลการค้นพบนี้ทำให้ Rayleigh กับ Ramsay ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์กับโนเบลเคมีประจำปี 1904 ตามลำดับ
ด้าน Friedrich Wöhler (1800–1882) ซึ่งเป็นเคมีชาวเยอรมัน ผู้มีชื่อเสียงโด่งดัง จากการพบวิธีสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์จากสารประกอบอนินทรีย์ได้เป็นคนแรกของโลก เมื่อปี 1828 เพราะ Wöhler ได้พบว่าสารประกอบ ammonium cyanate ที่เป็นผลึกขาวและไม่มีกลิ่น เวลาถูกเผาให้ร้อน จะได้สารประกอบที่มีสมบัติและกลิ่นเหมือนปัสสาวะ (urea) ดังปฏิกิริยา
แต่ในความเป็นจริง การวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐานของ Wöhler มีความสำคัญมาก เพราะได้ให้กำเนิดของวิชาเคมีอินทรีย์ยุคใหม่ จากการที่ Wöhler ได้แสดงให้โลกเห็นเป็นครั้งแรกว่า มนุษย์สามารถสร้างสารประกอบอินทรีย์ได้ จากสารประกอบอนินทรีย์ แทนที่จะได้จากสัตว์ พืช เท่านั้น และผลงานนี้ได้เปิดมิติใหม่ ๆ ของวิชาเคมีของสิ่งมีชีวิตด้านการหายใจ การเติบโต และการเจริญพันธุ์ ฯลฯ และล้มล้างความเชื่อเดิม ๆ ที่ว่า อินทรีย์โมเลกุลไม่จำเป็นต้องมาจากสิ่งมีชีวิตเสมอไป
ในกรณีของ August Wilhelm von Hofmann (1818–1892) ก็เป็นการวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐานอีกตัวอย่างหนึ่งที่ก่อให้เกิดประโยชน์มากมายทางด้านอุตสาหกรรมและการพานิชย์ เมื่อเขาได้เสนอแนะให้ศิษย์ชื่อ William Henry Perkin (1838–1907) วัย 17 ปี สังเคราะห์ยาควินิน (quinine) จากน้ำมันถ่านหิน (coal tar) เมื่อปี 1857 แต่แทนที่ Perkin จะได้ยาควินินสีขาวเป็นยารักษามาลาเรีย เขากลับได้สารตะกอนสีม่วงที่มีกลิ่นเหม็น แต่สามารถใช้เป็นสีย้อมผ้าที่มีราคาไม่แพง และมีสีม่วงอ่อน (mauve) ซึ่ง เป็นสีที่นักเคมีได้พยายามแสวงหาวิธีทำมาเป็นเวลานานแล้ว เพราะยาย้อมสีม่วงอ่อนที่ได้นี้ มีสีสวยสดใสมาก Perkin จึงตั้งโรงงานผลิตสีสังเคราะห์ขึ้น เพื่อย้อมผ้าถวายแด่สมเด็จพระราชินี Victoria แห่งอังกฤษ และสมเด็จพระราชินี Eugenie แห่งฝรั่งเศส การค้นพบองค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานนี้ จึงทำให้ Perkin ได้กลายเป็นมหาเศรษฐีที่มีอายุน้อยเพียง 36 ปีเท่านั้นเอง ด้าน Hofmann เมื่อได้เห็นความสำเร็จของศิษย์ก็ได้ทำวิจัยเรื่องสีสังเคราะห์ต่อ และได้พบสีย้อมสีม่วงแดง (magenta) อีกสองปีต่อมา ก็ได้เปิดโรงงานผลิตสีย้อมสังเคราะห์ที่นำเงินรายได้เข้าประเทศเยอรมนีอย่างมากมหาศาล
การพบเทฟลอน (teflon) ก็เป็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานอีกตัวอย่างหนึ่ง ที่เกิดจากความอยากรู้อยากเห็นเป็นการส่วนตัวของ Roy J. Plunkett (1910–1994) แห่งห้องปฏิบัติการ Du Pont ที่รัฐ New Jersey ในสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ 8 เมษายน ปี 1938 ขณะตรวจสอบสภาพการทำงานของก๊าซในตู้เย็น เพื่อหาก๊าซใหม่ที่ปลอดภัยกว่า และได้สังเกตเห็นสาร poly tetrafluoroethylene (PTFE) C2F4 ที่ถูกเก็บแช่แข็งในตู้ ได้เปลี่ยนสภาพเป็นของแข็งสีขาว คล้ายขี้ผึ้ง ที่มีสมบัติไม่ยึดเกาะติดกับวัสดุใด ๆ ดังนั้นเมื่อเขาเปิดถังบรรจุก๊าซ ก็ไม่มีก๊าซใด ๆ ออกมา แต่เห็นขี้ผึ้งขาวแทน นี่คือต้นกำเนิดของอุตสาหกรรมเทฟลอน ที่นักเทคโนโลยีนิยมใช้ในการเคลือบกระทะและหม้อ ไม่ให้น้ำมันหรือเนื้อติดภาชนะขณะทอดอาหาร และเป็นวัสดุที่ทนความร้อนได้ดี และมีสัมประสิทธิ์ความเสียดทานต่ำ
ปัจจุบันแพทย์มีวิธีการบำบัดโรคด้วยอนุภาค โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาค เช่น electron, positron, carbon ion และ proton ให้เป็นลำอนุภาคที่มีพลังงานสูง จึงสามารถนำไปใช้ฆ่าเซลล์ร้ายต่างๆ ได้ เช่น มะเร็ง เนื้องอก โดยมีผลกระทบข้างเคียงน้อย Robert R. Wilson (1914-2000) ในปี 1946 เป็นบุคคลแรกที่ได้เสนอแนะให้ใช้อนุภาคพลังงานสูงในการบำบัดโรคร้าย ตามปกตินักฟิสิกส์มักจะใช้เครื่องเร่งอนุภาคแบบ cyclotron ศึกษาธรรมชาติของอนุภาคมูลฐานเท่านั้น แต่เมื่อถึงวันนี้ แพทย์มีเครื่องเร่งอนุภาคโปรตอน มิวออน (muon) นิวตรอน ตลอดจนถึงคาร์บอนไอออน ที่ใช้ฆ่าเซลล์มะเร็ง ทั้งมะเร็งเต้านม มะเร็งผิวหนัง และรอยแผลพุพองที่เกิดจากเชื้อเอดส์ (HIV) แล้ว ตัวอย่างนี้จึงแสดงให้เห็นว่า ความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานทางฟิสิกส์ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ทางการแพทย์แล้ว
การใช้เทคโนโลยี CT Scan (Computed Tomography Scan) เพื่อถ่ายภาพอวัยวะภายใน เป็นผลงานที่ทำให้ Allan M. Cormack (1924 - 1998) และ Godfrey N. Hounsfield (1919–2004) ได้รับรางวัลโนเบลสรีรวิทยาและแพทยศาสตร์ ปี 1979 ที่ใช้คำนวณและการถ่ายภาพ เพื่อวิเคราะห์พยาธิสภาพของอวัยวะต่างๆ ในร่างกาย เช่น สมอง ปอด โดยการทำให้แพทย์เห็นภาพของอวัยวะภายในเป็นรูปสอง/สามมิติ โดยไม่จำเป็นต้องผ่าตัดคนไข้ และแพทย์ปัจจุบันก็ได้ใช้เทคโนโลยีนี้ร่วมกับเทคโนโลยี positron emission tomography (PET Scan), เทคโนโลยี MRI (magnetic resonance imaging) วิเคราะห์โรค โดยใช้ความรู้ฟิสิกส์เรื่องสมบัติแม่เหล็กของนิวเคลียสที่มีอยู่ในทุกอะตอมของร่างกายคนไข้
เครื่องเร่งอนุภาค synchrotron ที่ตามปกติสามารถเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนให้เคลื่อนที่เป็นวงกลมได้ ทำให้อิเล็กตรอนที่ถูกเร่ง แผ่รังสีเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยมีความยาวคลื่นต่าง ๆ กัน ให้นักวิจัยนำรังสีที่ได้ไปวิเคราะห์และทดสอบสมบัติของวัสดุ หาโครงสร้างของชีวโมเลกุล รวมถึงใช้ประโยชน์ในทางการแพทย์ ปัจจุบันมี 26 ประเทศทั่วโลก ที่มีเครื่องกำเนิดแสง synchrotron สำหรับในเอเชียก็มีที่ประเทศจีน อินเดีย เกาหลีใต้ ไต้หวัน สิงคโปร์ และไทย ในเบื้องต้นเครื่องกำเนิดแสง synchrotron มีประโยชน์ คือ ใช้ในการวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐานทางฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ แต่ในปัจจุบันนี้เครื่องเร่งชนิดนี้กำลังมีประโยชน์มากในการผลิตทางอุตสาหกรรมการบิน รถยนต์ด้วย โดยใช้สร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ของสารกึ่งตัวนำ วัสดุฉลาด และวิจัยด้านชีววิทยาโมเลกุลใช้วิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุล วิเคราะห์ความเครียดในวัสดุ ปรับปรุงคุณภาพของสารผสมและเซรามิก ตลอดจนถึงการใช้ศึกษาการทำงานของแบตเตอรี่ Li-ion และเซลล์แสงอาทิตย์ ฯลฯ
การพบองค์ความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานในแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในบ่อน้ำพุร้อน ซึ่งนำไปสู่เทคโนโลยี PCR ในฤดูร้อนของปี 1966 หนุ่ม Hudson Freeze ซึ่งในเวลานั้นเป็นนิสิตปริญญาตรี ในสังกัดมหาวิทยาลัย Indiana แห่งสหรัฐอเมริกา ได้ไปฝึกงานวิจัยด้านจุลชีววิทยากับ Thomas Brock (1926–2021) แห่งมหาวิทยาลัย Wisconsin–Madison ที่สวนสาธารณะแห่งชาติชื่อ Yellowstone เพื่อค้นหาจุลินทรีย์ที่ Brock คิดว่าสามารถดำรงชีพอยู่ได้ในน้ำที่มีอุณหภูมิสูง อาจารย์กับศิษย์ได้ลงบันทึกว่า ในวันที่ 19 กันยายนของปี 1966 เมื่อ Freeze ตักน้ำจากบ่อน้ำร้อนชื่อ Mushroom Spring ขึ้นมา เขาได้เห็นจุลินทรีย์สีเหลืองที่มีชีวิต นี่เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจมาก เพราะน้ำในบริเวณนั้นมีอุณหภูมิสูงมากจนเกือบเดือด ความรู้ใหม่ที่พบนี้จึงย้อนแย้งกับความรู้ทั่วไปในเวลานั้นที่ว่า สิ่งมีชีวิตไม่สามารถจะเติบโตได้ ในที่ ๆ มีอุณหภูมิสูงกว่า 60 องศาเซลเซียส
อีกสามปีต่อมา Freeze กับ Brock ได้เรียกแบคทีเรียที่เขาพบใหม่ว่า Thermus aquaticus และพบว่ามันสามารถเจริญเติบโตได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 70 องศาเซลเซียส จากนั้นก็ได้พยายามแยกเอนไซม์ (enzyme) ที่สามารถสร้างเอนไซม์ชนิดใหม่ได้ที่อุณหภูมิสูงยิ่งขึ้นไปอีก
ลุถึงปี 1976 Chien Chia Yun ซึ่งเป็นนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Cincinnati ที่รัฐ Ohio ในสหรัฐอเมริกา ก็สามารถแยกเอนไซม์ DNA polymerase ที่สามารถสร้าง DNA ตัวใหม่ได้จากแบคทีเรียที่ชอบความร้อน (thermophile) Thermus aquaticus ที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส
ในปี 1983 เอนไซม์ Tag polymerase ได้เริ่มปฏิวัติวงการวิจัยชีววิทยาโมเลกุลและวิทยาศาสตร์การแพทย์ เพราะได้รับการพิสูจน์โดย Kary Mullis (1944-2019) แห่งสถาบัน Cetus Corporation, Emeryville ที่รัฐ California ในสหรัฐอเมริกาว่า เขาสามารถเพิ่มชิ้นส่วนของ DNA ที่มีจำนวนน้อยให้เพิ่มมากมหาศาลได้ โดยอาศัยสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่ PCR (Polymerase Chain Reaction) ซึ่งเป็นการสร้างสำเนาที่เป็นชิ้นส่วนของ DNA จำนวนนับพันล้านชิ้นได้อย่างถูกต้อง โดยใช้เวลาไม่นาน นี่จึงเป็นวิธีที่มีประโยชน์มาก เพราะ Mullis ต้องการจะสร้างโมเลกุล DNA จำนวนมาก จึงต้องใช้เอนไซม์ polymerase ที่สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงได้ดี โดยไม่ต้องสร้างโมเลกุลทีละชิ้น ซ้ำแล้วซ้ำอีก งานวิจัยนี้ทำให้ Mullis ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี 1993 (ร่วมกับ Michael Smith ที่ได้รับจากงาน mutagenesis) เพราะก่อนจะมีเทคโนโลยี PCR การใช้ DNA ในการวิเคราะห์ทั้งหลาย นักวิจัยต้องการสารตัวอย่างขนาดใหญ่ ต้องทำผ่านขั้นตอนที่ยุ่งยาก และใช้เวลานานมาก จึงจะได้ DNA ในปริมาณที่ต้องการ การค้นพบของ Mullis ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตอบปัญหาได้ ด้วย DNA เพียงโมเลกุลเดียวและสามารถมี DNA จำนวนนับล้านโมเลกุลได้ ภายในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง
ดังนั้นผลกระทบจึงมีมากมาย เพราะแพทย์สามารถใช้ DNA จำนวนมากวินิจฉัยโรคติดต่อ เช่น HIV, วัณโรค และ COVID19 เพราะสามารถเห็นความผิดปกติ และสามารถติดตามการเจริญพันธุ์ของเซลล์มะเร็งได้ การวิเคราะห์ DNA ในงานนิติวิทยาศาสตร์ก็สามารถทำได้เร็ว การหาบรรพบุรุษในอดีต การวิเคราะห์หาชื่อของคนที่เสียชีวิตก็ทำได้เร็ว ง่าย และถูกต้อง โดยใช้เวลาไม่นาน นักเภสัชศาสตร์ก็สามารถใช้เทคโนโลยีนี้พัฒนาวัคซีน และพัฒนาตัวยาต่าง ๆ ได้ดีขึ้น ห้องทดลองขนาดเล็กทั่วโลกก็สามารถใช้เทคโนโลยีนี้ จากเดิมที่การวิเคราะห์ DNA สามารถจะทำได้ในห้องทดลองขนาดใหญ่เท่านั้น ดังนั้นเทคโนโลยี PCR จึงเปรียบเสมือนการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ให้นักวิทยาศาสตร์สุขภาพได้ใช้ในทางการแพทย์ เพื่อปรับปรุงคุณภาพชีวิตของสังคมทั้งโลก
เหล่านี้ คือ งานวิจัยวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ที่เริ่มต้นจากความอยากรู้ และอยากจะเข้าใจ แล้วการค้นพบเหล่านั้นก็ได้รับการพัฒนาต่อยอด จนสามารถเปลี่ยนโลกไปในทางที่ดีขึ้นในที่สุด
อ่านเพิ่มเติมจาก “10 Scientific Discoveries That Changed The World” โดย Allison Futterman and Monica Cull เผยแพร่เมื่อ Jan 18, 2024
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์
ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ,นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน,ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
