Dan Shechtman ผู้พลิกประวัติศาสตร์เคมีด้วยการค้นพบควาซิคริสตัล
ในโลกของวิทยาศาสตร์ การค้นพบที่ยิ่งใหญ่มักเริ่มต้นจากการกล้าที่จะตั้งคำถามกับความเชื่อเดิม Dan Shechtman นักเคมีชาวอิสราเอล คือตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดคนหนึ่ง เขาคือผู้ที่เปลี่ยนความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับสสารของมนุษยชาติด้วยการค้นพบ Quasicrystals หรือ ควาซิคริสตัล (ผลึกกึ่งเป็นคาบ) ซึ่งนำเขาไปสู่รางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2011
เส้นทางชีวิตจากความฝันสู่โลกวิทยาศาสตร์
Dan Shechtman เกิดเมื่อวันที่ 24 มกราคม 1941 ณ เมืองเทลอาวีฟ ประเทศอิสราเอล แรงบันดาลใจในวัยเด็กของเขาไม่ได้มาจากตำราเรียน แต่มาจากนวนิยายเรื่อง The Mysterious Island ของ Jules Verne โดยเขามีความใฝ่ฝันที่จะเป็นวิศวกรเหมือนตัวละคร Cyrus Smith ผู้ซึ่งสามารถสร้างทุกสิ่งขึ้นมาได้จากความรู้ด้านฟิสิกส์และกลศาสตร์
ความหลงใหลนี้ผลักดันให้เขาเข้าศึกษาที่ Technion – Israel Institute of Technology โดยสำเร็จการศึกษาตั้งแต่ระดับปริญญาตรีด้านวิศวกรรมเครื่องกล ปริญญาโท และปริญญาเอกด้านวิศวกรรมวัสดุในปี 1972 ก่อนจะเริ่มต้นเส้นทางอาชีพนักวิจัยทั้งในอิสราเอลและสหรัฐอเมริกา
การค้นพบที่สั่นสะเทือนวงการ: Quasicrystals คืออะไร?
จุดเปลี่ยนสำคัญเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 8 เมษายน 1982 ขณะที่ Shechtman กำลังทำวิจัยอยู่ที่สำนักงานมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. เขาได้ค้นพบโครงสร้างที่เรียกว่า Icosahedral phase ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของศาสตร์ด้านควาซิคริสตัล
โดยปกติแล้ว ผลึก (Crystal) จะมีโครงสร้างอะตอมที่จัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบและซ้ำเดิมเป็นรูปแบบคงที่ (Periodic) แต่ ควาซิคริสตัล คือวัสดุที่มีการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบตามกฎทางคณิตศาสตร์ แต่ ไม่มีการซ้ำรูปแบบเดิม (Non-periodic) ซึ่งลักษณะนี้คล้ายกับลวดลายโมเสกในพระราชวัง Alhambra ของสเปน ที่ดูสวยงามและมีระเบียบแต่ไม่เคยซ้ำจุดเดิมเลย
การต่อสู้กับความเชื่อเดิมและชัยชนะทางวิทยาศาสตร์
การค้นพบของ Shechtman ไม่ได้รับการยอมรับในทันที ในทางกลับกัน เขาต้องเผชิญกับการต่อต้านอย่างรุนแรงจากชุมชนวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะจาก Linus Pauling นักเคมีชื่อดังเจ้าของรางวัลโนเบลสองสมัยที่เคยกล่าวสบประมาทว่า "ไม่มีสิ่งที่เรียกว่าควาซิคริสตัล มีแต่ควาซิ-นักวิทยาศาสตร์ (นักวิทยาศาสตร์กำมะลอ) เท่านั้น"
แม้กระทั่งหัวหน้าทีมวิจัยของเขาเองยังสั่งให้เขา "กลับไปอ่านตำราใหม่" และไล่เขาออกจากทีมเพราะมองว่าการค้นพบนี้สร้างความเสื่อมเสีย อย่างไรก็ตาม Shechtman ไม่ยอมแพ้ จนกระทั่งกลุ่มวิจัยอื่นๆ สามารถสร้างควาซิคริสตัลได้สำเร็จในปี 1987 และมีการค้นพบควาซิคริสตัลในธรรมชาติในเวลาต่อมา ทำให้โลกต้องยอมรับว่าความเข้าใจเดิมเกี่ยวกับสสารนั้นไม่ครบถ้วน
บทบาทในปัจจุบันและผลกระทบต่อโลก
ปัจจุบัน Dan Shechtman ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์ที่ Technion และ Iowa State University รวมถึงเป็นหัวหน้าสภาวิทยาศาสตร์นานาชาติของ Tomsk Polytechnic University แม้ว่าในปัจจุบันควาซิคริสตัลจะยังไม่มีการนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลาย แต่มีความเป็นไปได้ที่จะนำไปพัฒนาเป็นเหล็กกล้าที่มีความทนทานสูงสำหรับเครื่องมือวัดละเอียด หรือใช้เป็นฉนวนกันความร้อนและไฟฟ้าในอุปกรณ์ทำครัวและสายไฟ
ข้อเท็จจริงสำคัญ
- การค้นพบ: ค้นพบโครงสร้าง Icosahedral phase ในปี 1982 ซึ่งนำไปสู่การนิยาม "ควาซิคริสตัล"
- รางวัลสูงสุด: ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 2011
- คุณสมบัติเด่น: มีความเป็นระเบียบทางโครงสร้างแต่ไม่มีการซ้ำรูปแบบ (Aperiodic) มีความเสถียรสูง และนำความร้อน/ไฟฟ้าต่ำ
- ความขัดแย้ง: ถูกต่อต้านอย่างหนักจาก Linus Pauling และถูกไล่ออกจากทีมวิจัยในช่วงแรก
| หัวข้อ | รายละเอียด |
|---|---|
| การศึกษา | ปริญญาเอกด้านวิศวกรรมวัสดุ จาก Technion |
| ผลงานสร้างชื่อ | การค้นพบ Quasicrystals (ผลึกกึ่งเป็นคาบ) |
| รางวัลสำคัญ | Nobel Prize (2011), Wolf Prize (1999), Israel Prize (1998) |
| สถาบันที่สังกัด | Technion, Iowa State University, Ames National Laboratory |
คำถามที่พบบ่อย
ควาซิคริสตัลแตกต่างจากผลึกทั่วไปอย่างไร?
ผลึกทั่วไปจะมีโครงสร้างอะตอมที่ซ้ำรูปแบบเดิมเป็นระยะๆ (Translational Symmetry) แต่ควาซิคริสตัลมีการจัดเรียงตัวที่เป็นระเบียบตามกฎคณิตศาสตร์แต่ไม่มีการซ้ำรูปแบบเดิม ทำให้เกิดโครงสร้างที่แปลกใหม่และมีคุณสมบัติทางกายภาพที่ต่างออกไป
ทำไมการค้นพบนี้ถึงเป็นเรื่องอื้อฉาวในตอนแรก?
เพราะในขณะนั้น ตำราวิทยาศาสตร์ระบุว่าผลึกต้องมีการซ้ำรูปแบบเท่านั้น การที่ Shechtman บอกว่ามีผลึกที่ไม่ซ้ำรูปแบบจึงถูกมองว่าเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้และขัดต่อหลักการพื้นฐานของผลึกศาสตร์ในสมัยนั้น
ควาซิคริสตัลนำไปใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง?
แม้ปัจจุบันจะยังไม่มีการใช้งานในระดับอุตสาหกรรมอย่างกว้างขวาง แต่มีศักยภาพในการนำไปสร้างวัสดุที่ทนทานเป็นพิเศษสำหรับเครื่องมือวัดความละเอียดสูง หรือใช้เป็นสารเคลือบผิวที่ไม่ติดกระทะและฉนวนไฟฟ้า
Dan Shechtman เคยลงสมัครรับเลือกตั้งประธานาธิบดีอิสราเอลจริงหรือไม่?
จริง โดยเขาได้ลงสมัครในปี 2014 แต่ได้รับคะแนนเสียงเพียง 1 โหวต ซึ่งทำให้สื่อมวลชนในขณะนั้นนำคำว่า "Quasi-scientist" มาล้อเลียนเขาว่าเป็น "Quasi-president" (กึ่งประธานาธิบดี)