นักวิทยาศาสตร์ยิง ‘แสงเลเซอร์’ ใส่ ‘ขวดน้ำ’ และแปลงมันเป็นเพชรได้สำเร็จ

เรารู้กันดีว่าเพชรเป็นสิ่งที่ทรงคุณค่าในโลก แต่ถ้าเราพูดถึงการสร้างเพชรจากสิ่งที่เป็น ‘ขยะ’  มันก็ฟังดูเหมือนการเล่นแร่แปรธาตุมากกว่าที่จะเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นจริงแต่มันก็เป็นไปแล้ว

เพราะนักวิทยาศาสตร์ สามารถสร้าง ‘เพชร’ ได้สำเร็จ จากการยิงแสงเลเซอร์ใส่พลาสติกแบบที่ใช้ทำ ‘ขวดน้ำ’ ในภาวะแรงดันที่สูง ซึ่งงานวิจัยนี้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ScienceAdvances ช่วงกันยายน 2022

แต่ก่อนจะเข้าใจว่านักวิทยาศาสตร์เขาเปลี่ยนขยะเป็นเพชรได้อย่างไร ก็อยากให้เข้าใจก่อนว่าการทดลองนี้ ‘ทำไปทำไม’

เริ่มจากนักวิทยาศาสตร์รู้มานานแล้วว่า ในชั้นบรรยากาศของดาวอย่างเนปจูนและยูเรนัสมี ‘ฝนที่ตกเป็นเพชร’ แต่สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจนักก็คือ มันตกแบบนั้นได้ยังไง สมมติฐานต่างๆ จึงเกิดขึ้น ซึ่งถ้าจะพิสูจน์ว่าสมมติฐานถูกหรือไม่ก็ต้องทดลองตามกระบวนการทางวิทยาศาสตร์

นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่า ความร้อนและแรงดันที่สูงจะทำให้เกิดเพชร แต่สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ ยังไม่แน่ใจก็คือมันต้องมีธาตุอะไรบ้างที่จะเป็นเงื่อนไขให้ความร้อนและแรงดันที่สูง โดยวิธีการที่จะทดลองก็คือ เอาสารประกอบที่มีหลายๆ ธาตุมายิ่งเลเซอร์ใส่ในห้องความดันสูง ดูว่ายิงใส่อะไรจะเกิดเพชร และเกิดที่อุณหภูมิเท่าไร และแรงดันเท่าไร

ความพยายามนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ลองเปลี่ยนสิ่งที่เอาเลเซอร์ยิงใส่ไปเรื่อยๆ จนมาถึงพลาสติกขวดน้ำนี่แหละ ที่ ‘ตูม’ ยิงแล้วออกมาเป็นเพชรเลย

ส่วนคำถามว่าต้องร้อนแค่ไหน คำตอบคือประมาณ 6,000 องศาเซลเซียสซึ่งทำให้หลายๆ วัตถุกลายเป็นไอได้  และถ้าถามว่าแรงดันแค่ไหนก็คือ ประมาณ 10 ล้านปอนด์ต่อตารางนิ้วขณะที่แรงดันในบรรยากาศที่เราอาศัยอยู่ ณ ระดับน้ำทะเลมีแค่ 15 ปอนด์ต่อตารางนิ้วเท่านั้น ดังนั้น 10 ล้านปอนด์ต่อตารางนิ้วมันคือแรงดันอากาศที่สูงกว่าในสภาวะความเป็นอยู่ของมนุษย์เป็นล้านเท่า

หรือพูดอีกแบบก็คือ ในภาวะที่ร้อนและมีแรงดันสูงว่าที่มนุษย์ดำรงอยู่ระดับเกินจินตนาการ มันสามารถทำให้ขวดน้ำพลาสติกกลายเป็นเพชรได้ ซึ่งก็แน่นอน ภาวะแบบนี้ทำได้บนโลกแต่ในห้องแล็บ คงไม่มีใครคิดว่าจะลองทำเล่นที่บ้าน

แล้วนัยยะของการทดลองนี้มันคืออะไร? อย่างแรกคือมันทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสภาพความร้อนและแรงดันอากาศบนดาวเนปจูนและยูเรนัสว่าว่ามันต้องโหดขนาดไหนฝนถึงตกมาเป็นเพชรได้ แต่ที่เขาเข้าใจเพิ่มก็คือในดาวพวกนี้น่าจะมีน้ำอยู่ เพราะจริงๆ ผลผลิตของการยิงเลเซอร์ใส่ ‘ขวดพลาสติก’ ไม่ใช่แค่เพชรเท่านั้น แต่มันยังเกิดน้ำออกมาด้วย

ที่เป็นอย่าวนี้เเพราะสิ่งที่เรียกว่าพลาสติกแบบขวดพลาสติกนั้นมันชื่อเรียกกันว่า PET และสูตรเคมีของมันคือ C10H8O4 เราจะเห็นได้ว่ามันประกอบ ไปด้วย คาร์บอน 5 ส่วน ไฮโดรเจน 2 ส่วน และออกซิเจน 1 ส่วน และถ้าส่วนของคาร์บอนมันกลายเป็นเพชรไปแล้ว เราก็จะเห็นว่าไฮโดรเจน 2 ส่วน และออกซิเจน 1 ส่วน นั้นก็พอดิบพอทีที่จะกลายเป็นน้ำ และมันก็เป็นน้ำจริงๆ เพราะยิงเลเซอร์ใส่พลาสติกแบบขวดพลาสติกภายใต้เงื่อนไขความร้อนและแรงดันสูง มันก็จะแยกออก ส่วนหนึ่งกลายเป็นเพชร อีกส่วนก็จะกลายเป็นน้ำ

ตรงนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่า มันไม่ใช่แค่คาร์บอนเท่านั้นที่จะเป็นเงื่อนไขที่จะทำให้เกิดเพชรได้ แต่มันต้องมีไฮโดรเจนและออกซิเจนในสัดส่วนที่เหมาะสมด้วย หรือถ้าจะมองอีกแบบก็คือ มัน ‘พิสูจน์’ ว่าจริงๆ ในสถาวะอันหฤโหดสุดๆ ที่ ‘ฝนตกเป็นเพชร’ มันมี ‘น้ำ’ ซ่อนอยู่ และน่าจะมีแบบเหลือเฟือเลยด้วย

ซึ่งนี่อาจทำให้บางคนตื่นเต้น เพราะมันหมายความว่าถ้ามนุษย์เราสามารถปรับสภาพอากาศบนดาวเหล่านี้ให้มนุษย์อยู่อาศัยได้แล้วก็หมายความว่ามันมีทั้งน้ำ และออกซิเจนบนดาวให้มนุษย์ดำรงอยู่ได้

แต่ก็นั่นแหละ คำถามที่ยากยิ่ง อาจเป็นว่าเราจะแปลงดาวที่ร้อนกว่าที่มนุษย์จะดำรงอยู่ได้เป็นร้อยเท่า และมีแรงกดอากาศสูงกว่าที่มนุษย์อยู่เป็นล้านเท่าให้มนุษย์ดำรงอยู่ได้ยังไงมากกว่า

อ้างอิง

• NewScientist. Blasting plastic with powerful lasers turns it into tiny diamonds. https://bit.ly/3UmUasP
• Fossbytes. Researchers Are Using X-Ray To Turn Plastic Into Diamonds. https://bit.ly/3qK9VMY
• Vice. Scientists Turn Plastic Into Diamonds In Breakthrough. https://bit.ly/3Uh5u9T
• Wikipedia. Orders of magnitude (pressure). https://bit.ly/3Llz2iC