นาโนเทคโนโลยีโรมันโบราณทำถ้วยเปลี่ยนสี
ถ้วยไลเคอร์กัส (Lycurgus Cup) เป็นหนึ่งในผลงานแก้วโรมันโบราณที่สร้างความประหลาดใจให้กับนักประวัติศาสตร์ศิลป์ ช่างทำแก้ว และนักวิทยาศาสตร์มาอย่างยาวนาน จุดเด่นของถ้วยใบนี้คือสีของแก้วสามารถเปลี่ยนจากเขียวคล้ายหยกเป็นแดงทับทิมได้ เมื่อมองจากมุมที่มีแสงส่องผ่านด้านหลัง ปรากฏการณ์ดังกล่าวดูเหมือนเวทมนตร์ แต่แท้จริงแล้วเกิดจากส่วนผสมระดับนาโนที่ช่างฝีมือในศตวรรษที่ 4 สามารถสร้างขึ้นได้อย่างน่าทึ่ง
ล่าสุดทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ในสหราชอาณาจักรประสบความสำเร็จในการทำซ้ำเอฟเฟกต์ทางแสงของถ้วยโบราณได้อย่างสม่ำเสมอ งานนี้ช่วยไขปริศนาที่ผู้เชี่ยวชาญพยายามทำความเข้าใจมานานหลายทศวรรษ และแสดงให้เห็นว่าความรู้เชิงช่างของชาวโรมันมีความก้าวหน้าเกินกว่าที่หลายคนคาดคิด
นาโนเทคโนโลยีโรมันโบราณทำถ้วยเปลี่ยนสีได้อย่างไร
ถ้วยไลเคอร์กัสทำจากแก้วไดโครอิก ซึ่งเป็นวัสดุที่แสดงสีแตกต่างกันตามทิศทางและมุมของแสง เมื่อมองจากด้านหน้า แก้วจะดูเป็นสีเขียวและค่อนข้างทึบ แต่เมื่อแสงเดินทางผ่านเนื้อแก้ว สีจะเปลี่ยนเป็นแดงหรือส้มอย่างชัดเจน นักวิจัยพบว่าความลับอยู่ในอนุภาคโลหะขนาดเล็กมาก ซึ่งมีขนาดเพียงประมาณ 50-80 นาโนเมตร หรือเล็กกว่าความกว้างของเส้นผมมนุษย์หลายร้อยเท่า
การวิเคราะห์ชิ้นส่วนแก้วระบุว่า อนุภาคเหล่านี้ประกอบด้วยเงินและทองในสัดส่วนใกล้เคียงทอง 3 ส่วนต่อเงิน 7 ส่วน โดยมีแกนเงินและเปลือกทอง นอกจากนี้ยังพบองค์ประกอบของทองแดงในปริมาณเล็กน้อยด้วย อนุภาคระดับนาโนเหล่านี้กระจายอยู่ในแก้วและมีบทบาทสำคัญต่อการควบคุมแสงที่ผ่านเข้าไป
นาโนเทคโนโลยีโรมันโบราณทำถ้วยเปลี่ยนสีผ่านการสั่นของอิเล็กตรอน
เมื่อแสงตกกระทบอนุภาคโลหะขนาดเล็ก คลื่นแสงจะกระตุ้นอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมให้สั่น ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันจะตอบสนองต่อรูปร่าง ขนาด และองค์ประกอบของอนุภาคไม่เหมือนกัน เมื่ออิเล็กตรอนเกิดการสั่นพ้อง อนุภาคจะดูดกลืนหรือกีดขวางแสงบางสีเอาไว้ ในกรณีของถ้วยไลเคอร์กัส อนุภาคเงินและทองช่วยกั้นแสงสีน้ำเงินกับสีเขียว ทำให้แสงสีแดงและสีส้มเดินทางผ่านแก้วได้มากกว่า
ขณะเดียวกัน เหล็กที่อยู่ในเนื้อแก้วและการกระเจิงของแสงจากผิวด้านนอกทำให้แก้วดูเป็นสีเขียวเมื่อมองในลักษณะสะท้อนแสง ดังนั้นสีที่ผู้ชมเห็นจึงไม่ได้เกิดจากสีย้อมเพียงอย่างเดียว แต่เป็นผลรวมขององค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างแก้ว และพฤติกรรมของแสงในระดับอะตอม
นักวิจัยจำลองสูตรแก้วโรมันสำเร็จได้อย่างไร
ลิซา ฮอลแลนด์ส ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคแก้วและเซรามิกของมหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ เป็นผู้นำการทดลองครั้งนี้ เธออธิบายว่าการนำอนุภาคทองหรือเงินสำเร็จรูปไปผสมในแก้วไม่ใช่เรื่องง่าย เพราะแก้วหลอมเหลวมีความซับซ้อนทางเคมีสูง และต้องควบคุมทั้งอุณหภูมิ บรรยากาศในเตา รวมถึงช่วงเวลาที่วัสดุเย็นตัวลง
ทีมงานเลือกใช้วัตถุดิบและวิธีการที่ใกล้เคียงกับสิ่งที่ช่างโรมันอาจเข้าถึงได้มากที่สุด เตาเผาที่ใช้ก๊าซให้ผลดีกว่าเตาไฟฟ้า เนื่องจากสภาพความร้อนและบรรยากาศภายในเตามีผลต่อการก่อตัวของอนุภาค อย่างไรก็ตาม นักวิจัยยังต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่าที่ช่างโรมันในยุคนั้นน่าจะทำได้ เพื่อให้แก้วหลอมเหลวพอสำหรับการเทและขึ้นรูป
สิ่งที่น่าสนใจคือแก้วสูตรใหม่นี้สามารถสร้างผลึกและอนุภาคที่ต้องการได้เองระหว่างกระบวนการอบคลายความเครียด นักวิจัยไม่จำเป็นต้องใช้การให้ความร้อนซ้ำที่ซับซ้อนเพื่อทำให้อนุภาคเติบโตจนได้ขนาดที่เหมาะสม การค้นพบนี้ทำให้การผลิตแก้วที่เปลี่ยนสีได้มีความเป็นไปได้มากขึ้น และยืนยันว่าการควบคุมกระบวนการผลิตมีความสำคัญพอ ๆ กับการเลือกวัตถุดิบ
ถ้วยไลเคอร์กัสกับศิลปะล้ำค่าของโรมัน
ถ้วยแบบกรง หรือ cage cup ถือเป็นแก้วหรูหราที่พบได้ยากมากจากยุคโรมัน ตัวถ้วยถูกล้อมด้วยโครงแก้วที่แกะสลักอย่างประณีต โดยถ้วยส่วนใหญ่ที่พบมักมีลวดลายเรขาคณิต เช่น วงกลมหรือเส้นไขว้ แต่ถ้วยไลเคอร์กัสมีความพิเศษยิ่งกว่า เพราะโครงแก้วเล่าเรื่องราวของกษัตริย์ไลเคอร์กัสแห่งเทรซ ซึ่งกำลังถูกเทพไดโอนีซัสและผู้ติดตามลงโทษ
การสร้างลวดลายลักษณะนี้ต้องอาศัยทักษะสูงมาก ช่างต้องตัด เจียระไน และตกแต่งแก้วโดยไม่ทำให้โครงสร้างที่บอบบางแตกหัก เมื่อรวมความซับซ้อนของลวดลายเข้ากับคุณสมบัติการเปลี่ยนสี ถ้วยใบนี้จึงเป็นทั้งผลงานศิลปะและหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่สะท้อนภูมิปัญญาของช่างโบราณ
ความสำคัญของการค้นพบสูตรแก้วเปลี่ยนสี
การทดลองของทีมเชฟฟิลด์ไม่ได้มีเป้าหมายเพียงสร้างของเลียนแบบเพื่อจัดแสดง แต่ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจวิธีที่ช่างโรมันควบคุมวัสดุในระดับจุลภาคได้ดีขึ้น งานวิจัยนี้อาจต่อยอดไปสู่การพัฒนาวัสดุอัจฉริยะ กระจกกรองแสง เซนเซอร์ตรวจจับสารเคมี หรือวัสดุที่ตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมในอนาคต
ประเด็นที่น่าทึ่งคือทีมงานสามารถสร้างแก้วต้นแบบได้ภายในเวลาประมาณสี่เดือนและใช้งบประมาณไม่มาก แม้สูตรที่ได้ยังอยู่ระหว่างการปรับปรุง นักวิจัยก็สามารถผลิตแก้วในปริมาณเพียงพอสำหรับการสร้างถ้วยไลเคอร์กัสจำลองสมัยใหม่ โดยศิลปินเอลเลียต วอล์กเกอร์ ซึ่งเป็นผู้ชนะรายการ Blown Away ซีซัน 2 รับหน้าที่ขึ้นรูปผลงาน
- อนุภาคทองและเงินมีขนาดระดับนาโนและกระจายอยู่ในเนื้อแก้ว
- อัตราส่วนของโลหะช่วยกำหนดสีและการดูดกลืนแสง
- มุมมองและทิศทางของแสงทำให้ผู้ชมเห็นสีเขียวหรือแดง
- การควบคุมอุณหภูมิและบรรยากาศในเตามีผลต่อความสำเร็จของสูตร
- เทคนิคโบราณอาจเป็นแรงบันดาลใจให้วัสดุอัจฉริยะในอนาคต
ผลงานจำลองจะเปิดตัวในงาน Festival of the Mind ของมหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์ ก่อนนำไปจัดแสดงถาวรที่ Turner Museum of Glass เรื่องนี้จึงไม่ได้เป็นเพียงการไขปริศนาของวัตถุโบราณ แต่ยังสะท้อนว่าความรู้จากอดีตสามารถสร้างแรงบันดาลใจให้วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ได้อย่างไร
โดยส่วนตัวแล้ว ความมหัศจรรย์ของถ้วยใบนี้ไม่ได้อยู่แค่การเปลี่ยนสี แต่คือการที่ช่างโรมันสามารถสร้างผลลัพธ์ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยุคใหม่ยังต้องใช้เวลาหลายปีในการทำความเข้าใจ หากคุณมีโอกาสชมถ้วยไลเคอร์กัสหรือผลงานจำลอง ลองสังเกตจากหลายมุม เพราะทุกการเปลี่ยนแสงอาจกำลังเผยให้เห็นบทเรียนใหม่เกี่ยวกับวัสดุ ศิลปะ และภูมิปัญญาของมนุษย์
ที่มา – Ancient Roman Nanotech Made This Cup Change Color. Scientists Finally Cracked the Formula
