อารยะธรรมหนึ่งของมนุษย์สมัยโบราณคือ สถาปัตยกรรมสิ่งก่อสร้างขนาดมโหฬารเช่น ปิรามิดและกำแพงเมืองจีน มาถึงสมัยปัจจุบัน มนุษย์สร้างตึกระฟ้า สร้างจรวด ฯลฯ อารยธรรมหนึ่งที่จะเป็นไปได้ในอนาคตคือการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่เล็กขนาดอะตอม ซึ่งจะเป็นระบบที่จิ๋วที่สุดในจักรวาล

เมื่อ ปี พ.ศ. 2532 D. Eigler และ E. Schweizer แห่งบริษัท IBM ที่ San Jose รัฐแคลิฟอร์เนีย ในสหรัฐอเมริกาได้ ประกาศว่า เขาทั้งสองประสบความสำเร็จในการทำป้ายโฆษณา ที่มีขนาดเล็กที่สุดในโลกคือเขานำอะตอมของธาตุ xenon จำนวน 35 อะตอม มาเรียงกันเป็นตัวอักษร IBM ได้สำเร็จ

ความพยายามในการประดิษฐ์ผลงานชิ้นนี้ ต้องใช้เวลานาน 22 ชั่วโมง ได้ตัวอักษร 3 ตัว ที่มีความยาวทั้งสิ้น 0.0000017 เซ็นติเมตร ซึ่งหมายความว่าเราต้องเอาตัวอักษร IBM ทั้ง 3 ตัวนี้เรียงกันถึง 600,000 ชุด จึงจะได้ความยาว 1 เซ็นติเมตร

อุปกรณ์ซูเปอร์ไฮเทคที่ Eigler และ Schweizer ใช้ในการประติมากรรมครั้งนี้คือกล้องจุลทัศน์ชนิด Scanning Tunnelling Microscope (STM) ที่มีปลายแหลมที่สามารถใช้จ่อในระยะใกล้อะตอมของธาตุ xenon เมื่อทำให้เกิดแรงดึงดูดทางไฟฟ้าระหว่างปลายแหลมกับอะตอมๆ ของ xenon จะโผเกาะติดปลายแหลม ในการทดลองนี้นักทดลอง ได้ควบคุมแรงดึงดูด ให้มีมากพอที่จะลากอะตอม ให้เลื่อนไหลไปบนผิวแผ่นทองคำที่รองรับ แต่เขาก็ต้องระวังไม่ให้แรงดึงดูดมาก จนทำให้อะตอมของ xenon หลุดจากผิว ความเร็วในการเคลื่อนย้ายปลายเข็มสำหรับการทดลองนี้คือ 0.00000004 เซ็นติเมตร/วินาที หรือคิดเป็นความเร็วประมาณ 1 เซ็นติเมตร/ปี

ความยากลำบากในการทำนี้จึงเปรียบ เสมือน กับการขับเครื่องบินไอพ่น 747 ช้าๆ ที่ระดับความสูง 1 เซ็นติเมตรเหนือพื้นดิน นักบินจะต้องขับอย่างระมัดระวังที่สุด และเทคโนโลยีการบิน ก็แตกต่างจากเทคนิคการขับเครื่องบินที่ระดับความสูง 10 กิโลเมตรอย่างสิ้นเชิง

และเมื่อถึงจุดหมายปลายทางที่ต้องการแล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้ปลดปล่อยอะตอม โดยการทำลายแรงดึงดูดระหว่างปลายแหลมกับอะตอม ทำให้อะตอมที่นำมาเรียงกัน สามารถผสมกันเป็นธาตุใหม่ได้ หรือเป็นวัสดุใหม่ๆ ที่ไม่มีในธรรมชาติก็ได้

ในอนาคตนักวิทยาศาสตร์ คาดว่าจะสามารถบรรจงประดิษฐ์วงจรอิเล็กทรอนิกส์ จากอะตอมของธาตุต่างๆ ซึ่งจะทำให้เรามีคอมพิวเตอร์ ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ปัจจุบันได้เป็นล้านๆ เท่า

ความสามารถในการนำอะตอม มาจัดเรียงได้ในลักษณะที่ต้องการนี้ ยังสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นปฏิกิริยาเคมี ระหว่างอะตอมด้วยตาเปล่า อีกทั้งยังสามารถควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่างๆ ได้ผลการศึกษาระยะแรกๆ นี้ให้ความรู้ใหม่ๆ ทางวิทยาศาสตร์มากมาย เช่นทำให้เรารู้ว่าคุณสมบัติของกลุ่มอะตอมเปลี่ยนแปลงมโหฬาร เมื่อมีจำนวนอะตอมแตกต่างกัน เช่น กลุ่ม silicon จำนวน 12 อะตอมจะทำปฏิกิริยากับ ethylene ได้เร็วกว่ากลุ่ม silicon 13 อะตอมถึง 1,000 เท่า คุณสมบัติข้อนี้ชี้แนะว่า โครงสร้างของกลุ่มอะตอมเป็นตัวตัดสินสมบัติทางเคมีของมัน

เทคนิคการเคลื่อนย้ายอะตอมนั้น เรารู้แล้วและไม่มีปัญหา ตัวปัญหาที่ยังไม่รู้วิธีแก้คือเทคนิคการควบคุมทิศการเคลื่อนที่ของอะตอม

เมื่อใดที่เรารู้เทคนิคนี้ เมื่อนั้นเราจะสามารถสร้าง "ชีวิต" ได้จาก "สิ่งไม่มีชีวิต" ทันที

---

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)