nanotec-ผ้าคลุมล่องหน

1. NANOTECHNOLOGY
ผ้าคลุมล่องหน หายตัวได้!?
ไอสไตน์กล่าวไว้ว่า "จินตนาการสา คัญกว่าความรู้" ความก้าวหน้า
ทางเทคโนโลยีมักเกิดจากจินตนาการและความใฝ่ฝันในเรื่องต่างๆ
ความฝันที่อยากจะบินเหมือนนกเป็นแรงบันดาลใจให้เราสร้างเครื่องบิน
ความฝันที่จะท่องไปในอวกาศ ความฝันที่ย้อนเวลา ฯลฯ

2. จินตนาการมักนา หน้าความรู้ไปก่อนเสมอ ต้องใช้เวลาสักพัก กว่าที่จะ
สร้างองค์ความรู้ต่างๆ เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีให้ได้ตามที่จินตนาการไว้
โทรศัพท์มือถือปรากฏอยู่ในนิยายวิทยาศาสตร์หลายสิบปี กว่าความรู้
ทางวิทยาศาสตร์จะไล่ตามจินตนาการได้ทัน สามารถประดิษฐ์โทรศัพท์มือถือ
ในชีวิตจริงได้
และเมื่อต้นปี 2554 นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างสิ่งประดิษฐ์ที่ทา ให้เรา
ขยับเข้าใกล้ความฝันไปอีกกา้ว ความฝันที่จะล่องหนหายตัวไปอย่างไร้ร่องรอย
ไม่รู้ว่าด้วยเหตุผลอันใด ดูเหมือนมนุษย์จะอยากล่องหนหายตัวได้เหลือเกิน
บางทีอาจเป็นเพราะการที่ไม่มีใครมองเห็นเราคงทา ให้รู้สึกเป็นอิสระ
สามารถทา อะไรก็ได้และเป็นตัวของตัวเองได้อย่างเต็มที่
ในนวนิยายและภาพยนตร์จึงมีจินตนาการเกยี่วการล่องหนมากมาย
ตั้งแต่ผ้าคลุมล่องหนของวิเศษในเรื่องแฮรี่ พอตเตอร์ อุปกรณ์ไฮเทคต่างๆ
รวมถึงยาล่องหน

3. จะเป็นไปได้หรือไม่ที่จะทาให้วัตถุล่องหนไปได้จริง ?
นักฟิสิกส์ทฤษฎีเปิดเผย พิมพ์เขียว สา หรับสร้างผ้าล่องหน เหมือนที่เห็น
พ่อมดน้อย แฮรี่ พอตเตอร์ สวมใส่ ทว่ามันไม่ใช่ผ้า แต่เป็นวัสดุพิเศษที่เรียกว่า
“metamaterial” ที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่ธรรมดา. ตามคา อธิบาย
โดยนักวิจัย ลา แสงที่ตกลงบนวัสดุพิเศษนี้จะเลี้ยวอ้อมและพุ่งออกไปอีกด้าน
ในทิศทางเดิม กับตอนที่เข้ามา ถึงแม้งานวิจัยนี้จะยังเป็นแค่ทฤษฎี นักวิจัยเชื่อว่า
วัสดุที่ล่องหนต่อคลื่นวิทยุน่าจะถูกผลิตขึ้นได้ภายใน 5 ปี

4. วัสดุอันประกอบกันขึ้นด้วยก้านเล็ก ๆ กลุ่มของวงแหวนโลหะ และสิ่งอื่น
ที่คล้าย ๆ กัน ที่เรียกว่า เมททะแมทีเรียล (metamaterial) ถูกสร้างขึ้นครั้งแรก
โดย เดวิด สมิธ (David Smith) ซึ่งขณะนี้อยู่ที่มหาวิทยาลัย Duke University
มลรัฐนอร์ธแคโลไรนา สหรัฐอเมริกา และผู้ร่วมงานของเขาในปี ค.ศ. 2000
สิ่งที่ทา ให้มันไม่ธรรมดาก็คือการที่มันมีดัชนีหักเหเป็นลบ นั่นหมายถึง
มันสามารถเบนแสงในทิศทางตรงกันข้ามกับวัสดุธรรมดาทั่วไป นอกจากนี้
คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของมันยังสามารถปรับแต่งตามต้องการด้วย
การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในระดับนาโน
ตอนนี้ นักวิจัย จอห์น เพนดรี (John Pendry) แห่งมหาวิทยาลัย
Imperial College ในกรุงลอนดอน ประเทศอังกฤษ ซี่งทา งานร่วมกับสมิธ และ
เดวิด ชูริก (David schurig) แห่งมหาวิทยาลัย Duke University ได้แสดงให้เห็นว่า
เมททะแมทีเรียล
สามารถนา แสงเดินทางไปรอบๆช่องโพรงภายในเมททะแมทีเรียลได้
ดังนั้นวัตถุใดก็ตามที่วางอยู่ในบริเวณที่เมททะแมทีเรียลห่อหุ้มอยู่นี้ก็จะถูก
“ซ่อน”ไว้ เพราะแสงไม่สามารถส่องถึงวัตถุนั้นได้ จะเดินทางอ้อมผ่านไปเท่านั้น
และเมื่อคุณมองไปที่มันจากอีกด้านของทางที่แสงเข้ามา
ก็จะมองเห็นเหมือนกบัว่าวัตถุไม่ได้อยู่ตรงนั้น
ด้วยคุณสมบัติพิเศษของเมททะแมทีเรียล ทา ให้มีปรากฏการณ์ที่น่าอัศจรรย์ใจ
คือมันทา ให้คลื่นแสงเดินทางในลักษณะเหมือน ไหลผ่าน รอบ ๆ วัตถุไปใน

5. แบบเดียวกับการไหลผ่านของน้า “ในแง่นี้ น้า มีพฤติกรรมที่แตกต่างไปจาก
แสงสักหน่อย ถ้าคุณวางดินสอในน้า ที่กา ลังเคลื่อนไหลอยู่
น้า ก็จะไหลตามธรรมชาติของมันผ่านไปรอบ ๆ ดินสอนั้น และจะกลับมารวมกัน”
เพนดรีกล่าว “ถ้าคุณมาดูตอนน้า ไหลผ่านดินสอไปแล้ว
คุณก็จะไม่รู้เลยว่ามีการวางดินสอลงไป เพราะน้า ได้ไหลในลักษณะที่เรียบ ๆ
เหมือนเดิมแล้ว แต่ แน่นอน แสงไม่ได้มีพฤติกรรมแบบเดียวกบัน้า
มันจะกระทบกับดินสอและกระเจิงไป ดังนั้นคุณจึงต้องเอาวัสดุพิเศษมาคลุมรอบ ๆ
ดินสอให้แสงไหลผ่านไปรอบ ๆ เหมือนน้า
ในแบบที่ลา แสงโค้งผ่านไปอย่างเป็นระเบียบสวยงาม”
ในการศึกษานี้ ได้วางปัญหาว่า เมื่อมีโพรงอยู่ในวัสดุชนิดหนึ่ง
แล้วคา นวณด้วยสมการของแม็กซ์เวลล์ (Maxwell’s equations)
เพื่อหาว่าคุณสมบัติอะไรของวัสดุที่ห่อหุ้มโพรงอยู่นั้นจะทา ให้แสงเบนผ่านไปรอบ
ๆ โพรง นักวิจัยพบว่า เพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้น
จา เป็นจะต้องออกแบบให้วัสดุมีคุณสมบัติพิเศษที่ทา ให้แสงเคลื่อนผ่านในวัสดุนั้นไ
ด้ช้า (พูดในเชิงสัมพันธ์กัน) ในตา แหน่งที่ไกลจากโพรง
และเร็วกว่าในตา แหน่งที่ใกล้โพรง (จริง ๆ แล้ว
แสงอาจจะต้องเคลื่อนผ่านด้วยความเร็วเป็นอนันต์
ขณะเดินทางเฉียดพื้นผิวของโพรง
ถึงแม้มันอาจจะขัดกบัสัมพัทธภาพถ้าหากแสงนั้นอยู่ภายในช่วงความถี่ที่แน่นอน)

6. เมททะแมทีเรียลน่าจะทา ให้ปรากฏการณ์ทางแสงแบบนี้เกิดขึ้นได้
เพราะเราสามารถออกแบบให้มันมีดัชนีหักเหที่เปลี่ยนแปลงไปจากจุดหนึ่งไปอีกจุด
หนึ่งได้
ซึ่งนั่นหมายถึงความเร็วของแสงในเมททะแมทีเรียลจะเปลี่ยนแปลงไปจากจุดหนึ่งไ
ปอีกจุดหนึ่งนั่นเอง
อุลฟ์ เลออนฮาร์ดท (Ulf Leonhardt) แห่งมหาวิทยาลัย the University of
St Andrews ในประเทศอังกฤษ
ซึ่งทา งานอิสระจากกลุ่มของเพนดรีก็ได้ข้อสรุปที่ตรงกัน
เขาได้บรรยายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นกับแสงนี้ว่าเป็นเหมือน “มิราจ (mirage)”
(เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการที่มีอากาศร้อนที่แตกต่างกันไปเป็นชั้น ๆ จาก
ที่พื้นขึ้นไป อันทา ให้แต่ละชั้นมีดัชนีหักเหที่แตกต่างกัน
เป็นผลให้แสงจากมุมที่พอเหมาะจากบริเวณเหนือพื้นค่อย ๆ
เบนในลักษณะคล้ายกับสะท้อนเข้าตาของ ผู้สังเกตในอีกจุดหนึ่ง
อาจเกิดขึ้นได้ในหลาย ๆ แห่ง เช่นในทะเลทราย หรือบริเวณที่พื้นถนนร้อน)
เขาเน้นว่า “สิ่งที่พยายามทา คือการนา แสงให้เดินทางไปรอบ ๆ วัตถุ
แต่สิ่งสา คัญก็คือต้องทา ให้เกิดการเบนของแสงไปในลักษณะที่
เมื่อแสงพุ่งออกจากวัตถุแล้ว มันมีทิศทางเหมือนเดิมจริง ๆ กับเมื่อตอนเข้ามา
ทา ให้คุณถูกลวงตาว่าไม่มีอะไรอยู่ตรงนั้นเลย”

7. ถึงแม้ผลใหม่ที่ได้นี้จะยังเป็นแค่การคา นวณ
นักวิจัยหวังว่ามันน่าจะเป็นไปได้ที่นักวิจัยคนอื่นจะสร้างเมททะแมทีเรียลที่สามารถ
ทา ให้มีการเปลี่ยนแปลงความเร็วของแสงที่จุดต่าง ๆ ขณะเคลื่อนผ่านได้ตามต้องการ
มันน่าจะไม่ยากเพราะนักฟิสิกส์ตอนนี้ก็รู้แล้วว่าจะออกแบบเมททะแมทีเรียลอย่างไร
ให้มีคุณสมบัติอย่างนั้นสา หรับคลื่นวิทยุ จริง ๆ แล้ว
อุปกรณ์สา หรับการล่องหนในช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงนี้
น่าจะปรากฏสู่สายตาได้ภายในแค่ห้าปี ทีมงานของเพนดรีกล่าว
อุปกรณ์แบบนั้นอาจจะมีการประยุกต์ใช้ได้หลากหลายทั้งในการทหารและ
การสื่อสารไร้สาย
“งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าหรือทางทัศนศาสตร์จะสาม
ารถทา อะไรได้มากมายเพียงใด
หากคุณปรับเปลี่ยนคุณสมบัติในทางแม่เหล็กไฟฟ้าและทางแสงของวัสดุได้ตามต้อง
การอย่างไม่จา กัด” กล่าวโดยเลออนฮาร์ดท “แต่แน่นอนว่าในทางปฏิบัติ
มันย่อมมีข้อจา กัด งานวิจัยนี้น่าจะ จุดประกายให้มีงานศึกษาใหม่ ๆ
เกี่ยวกับเมทะแมทีเรียลออกมา”
ที่น่าสนใจ การคา นวณในงานนี้ได้รับอิทธิพลจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
ในเรื่องโครงสร้างทางเรขาคณิตของอวกาศที่โค้ง “ในที่นี้

8. เรามีตัวอย่างว่าแนวคิดของสัมพัทธภาพทั่วไปจะใส่เข้าไปในเรื่องของการออกแบบท
างทัศนศาสตร์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และนาโนเทคโนโลยีได้ที่ตรงไหน”
กล่าวโดยเลออนฮาร์ดท “มันน่าประหลาดใจมั้ยล่ะ”
ชูริกก็ตื่นเต้นกับผลที่ได้นี้พอ ๆ กัน
“เรามีกระบวนทัศน์ใหม่ในการออกแบบอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกบัคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไ
ด้” เขากล่าว “มันแทบจะจินตนาการ ไม่ถูกเลยถึงการประยุกต์ต่อ ๆ
ไปที่จะแตกหน่อจากงานนี้”
อนึ่ง ก่อนหน้านี้ทีมนักวิทยาศาสตร์หลาย ๆ
ทีมได้เสนอแนวคิดสา หรับสร้างอุปกรณ์ล่องหนไปต่างๆ กัน
อย่างเช่นมีการเสนอในทางทฤษฎีว่าให้ใช้วัสดุที่รู้จักกันในชื่อ ซูเปอร์เลนส์
(superlens) ในการหักล้างแสงที่กระเจิงออกจากวัตถุ
ปัจจุบันวิธีการนี้ยังทา ให้วัตถุล่องหนได้เมื่อมองจากบางมุมมองเท่านั้น
แต่ในอนาคตเมื่อเทคโนโลยีนี้ถูกพัฒนาจนมีประสิทธิภาพสูงขึ้น มีขนาดเล็กลง
ตอนนั้นเราอาจจะมีผ้าคลุมล่องหนใช้จริงๆ ก็เป็นได้
แต่อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีล่องหนแบบนี้ยังมีข้อจา กัดที่สา คัญอีกประการหนึ่ง
นอกเหนือจากที่กล่าวมา คือ หากเรานา อุปกรณ์ดังกล่าวมาคลุมตัวไว้

9. เนื่องจากแสงที่ส่องมายังอุปกรณ์จะถูกเลี้ยวเบนออกไปหมด
ทา ให้แสงส่องมาไม่ถึงตาเรา หมายความว่า ไม่เพียงคนอื่นจะมองไม่เรา
เราก็จะมองไม่เห็นคนอื่นด้วยเช่นกัน
วิทยาศาสตร์เปลี่ยนจินตนาการให้กลายเป็นความจริงขึ้นมา ความรู้ค่อยๆ
ลดช่องว่างระหว่างความใฝ่ฝันกับความจริง
เทคโนโลยีล่องหนมีแนโน้มว่าจะนา มาใช้จริงได้ ในไม่ช้า
แต่สิ่งที่สา คัญกว่าคือจะใช้งานอย่างไร
อะไรจะเกิดขึ้นถ้าคนรู้สึกว่าทา อะไรก็ไม่มีใครเห็น
จะทา อะไรก็ได้ไม่ต้องรับผิดชอบ เป็นเรื่องที่สังคมจะต้องปรับตัวตามให้ทัน
และร่วมกันใช้เทคโนโลยีนี้อย่างสร้างสรรค์

11. บรรณานุกรม
http://www.vcharkarn.com/varticle/42439
http://www.rc-plus.net/board/index.php?topic=3054.0