<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/17801" type="text/javascript"></script>

ยูเรก้า!!! ไขบันทึกอะคิมิดิส ด้วย x-ray spectroscopy บทความนี้จะพูดถึงบันทึก “the Archimedes Palimpsest” ของ อะคิมิดิส และความยากในการแกะรหัสข้อความเก่าแก่จากบันทึกดังกล่าว ในส่วนท้ายจะพูดถึงเทคนิคสเปคโตรสโคปีรังสีเอกซ์ที่ใช้เป็นเครื่องมือถอดรหัส ผู้เขียน: วรวัฒน์ มีวาสนา, ขนิษฐา มีวาสนา และ ดร. ประยูร ส่งสิริฤทธิกุล ชมแล้ว: 29,089 ครั้ง post ครั้งแรก: Tue 13 February 2007, 9:50 pm ปรับปรุงล่าสุด: Wed 14 February 2007, 5:39 pm อยู่ในส่วน: ฟิสิกส์, ควอนตัม

กลับจากเรื่องราวเมื่อสองพันกว่าปีที่แล้วของอะคิมิดิส มารู้จักกับเทคโนโลยีในสมัยปัจจุบัน ที่มีความสามารถในการแยกแยะและบ่งบอกชนิดของสสารต่างๆในความละเอียดสูงกัน นั่นก็คือสเปคโตรสโคปีรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ ซึ่งเป็นเทคนิค ที่ทาง Dr. Uwe Bergmann และกลุ่มนักวิจัย ได้ใช้ในการถอดข้อความในส่วนที่เหลือจากสมุดบันทึก the Archimedes Palimpsest ได้เป็นการสำเร็จ

คำว่าสเปคโตรสโคปีรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ (x-ray fluorescence spectroscopy) อาจจะดูยาวและเข้าใจยาก ดังนั้นจะขอแยกอธิบายเป็นสองส่วนคือสเปคโตรสโคปี และ รังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์

คำว่าสเปคโตรสโคปี (spectroscopy) นั้นหมายถึง การศึกษาแสง เสียง หรือ อนุภาคต่างๆ (เช่น อิเล็กตรอน นิวตรอน เป็นต้น) ซึ่งมีลักษณะที่เป็นสเปคตรัม (spectrum) ของสี ความถี่ หรือพลังงาน ในที่นี้เราจะพูดถึงแสงกัน ตัวอย่างของสเปคตรัม ที่เห็นได้ชัดก็คือ แสงอาทิตย์ที่เราเห็นเป็นแสงสีขาวนั้นจริงๆแล้วสามารถแยกออกเป็นแสงที่พลังงานต่างๆกลายเป็นสเปคตรัม 7 สี อย่างที่เราเห็นจากสายรุ้งกินน้ำ แล้วทำไมการศึกษาสเปคตรัมจึงมีประโยชน์หรือ? ประโยชน์นั้นจริงๆแล้วมีหลายอย่างมาก อย่างหนึ่งที่จะกล่าวถึงก็คือ เราจะสามารถบ่งบอกได้ว่า แสงนั้นมีต้นกำเนิดมาจาก “อะไร” เมื่อเรารู้ว่า สเปคตรัม แสงนั้นๆมีลักษณะอย่างไร เช่น ถ้าแสงสีขาวสามารถแยกได้เป็นสเปคตรัม ต่อเนื่อง 7 สีแบบรุ้งกินน้ำก็เป็นแสงที่เกิดจากพระอาทิตย์ แต่ถ้าแสงสีขาวนั้นสามารถแยกได้เป็นสเปคตรัม ที่ไม่ต่อเนื่อง 3 สี สีเขียว แดง และ น้ำเงิน ก็อาจจะเป็นแสงที่เกิดจากจอทีวีเป็นต้น หรือถ้าพูดในเชิงเปรียบเทียบก็อาจจะเหมือนกับ สมมุติว่า มีลูกกุญแจสองดอก มีลักษณะทั่วไปคล้ายกัน แต่ว่ามีแค่อันเดียวที่ไขประตูออก สิ่งที่เราบอกได้ก็คือ ฟันรอยหยักของกุญแจทั้งสองดอกต้องไม่เหมือนกันอย่างแน่นอนถึงแม้จะมีลักษณะทั่วไปคล้ายกัน สเปคโตรสโคปี นั้นก็เหมือนกับการศึกษาว่าฟันรอยหยักของกุญแจว่ามีลักษณะอย่างไร ถ้ามีกุญแจดอกที่สามที่มีฟันรอยหยัก (เปรียบดังสเปคตรัม)เหมือนกันกับดอกที่ไขประตูออกแล้ว เราก็จะรู้ได้ว่ากุญแจดอกที่สามก็ต้องไขประตูออกเหมือนกันอย่างแน่นอน

คำว่ารังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ (x-ray fluorescence) นั้นหมายถึงปรากฎการณ์ในระดับอะตอมที่วัตถุหรือธาตุปลดปล่อยแสงในช่วงย่านรังสีเอกซ์ ออกมาหลังจากถูกกระตุ้นด้วยแสงที่มีพลังงานสูงเข้าไปและทำให้อิเล็กตรอนชั้นในหลุดออกมา มีขั้นตอนดังรูปที่ 7a-7c รูปที่ 7a แสดงถึงการฉายแสงที่มีพลังงานสูงเข้าไปกระตุ้นอิเล็กตรอนชั้นใน b)อิเล็กตรอนชั้นในที่ถูกกระตุ้นก็จะหลุดออกจากอะตอมกลายเป็นโฟโตอิเล็กตรอนตามปรากกฎการณ์โฟโตอิเล็กทริคของไอสไตน์ (photoelectric effect) ทำให้มีตำแหน่งว่าง (unoccupied state)ของอิเล็กตรอนเกิดขึ้น (7b) และเพราะตำแหน่งที่ว่างนั้นไม่เสถียร อิเล็กตรอนในชั้นถัดไปที่มีพลังงานมากกว่าก็จะลดพลังงานเพื่อจะเข้าไปแทนที่ว่างนั้น แล้วปลดปล่อยพลังงานซึ่งอยู่ในรูปแสงที่เรียกว่ารังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ (7c) ตัวอย่างของ สเปคตรัม ของตะกั่วจาก ¹⁰⁹Cd แสดงไว้ในรูปที่ 7d




โดยสรุปแล้ว เทคนิคสเปคโตรสโคปีรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ ก็คือการศึกษาสเปคตรัม ของรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ ที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากวัตถุที่เราสนใจจะศึกษาสเปคตรัมนี้ (เช่นในรูปที่ 7d) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะในธาตุแต่ละชนิด จึงสามารถนำมาใช้ในการแยกแยะสารต่างๆได้ดีและสามารถรู้ได้ว่าวัตถุนั้นมีธาตุอะไรอยู่บ้าง ในด้านอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องมืออิเล็กทรอนิค เทคนิคนี้สามารถใช้ในการบ่งบอกของสารเจือปนได้ถึงในระดับ ความเข้มข้นต่ำ 1 ใน ล้าน ส่วนของหนึ่งชั้นผิวอะตอม แต่ทว่าเทคนิคสเปคโตรสโคปี นี้จะมีประสิทธิภาพสูง เมื่อใช้กับแสงกระตุ้นที่มีพลังงานสูงและมีความสว่างมากๆ นักวิจัยในหลายๆกลุ่มจึงใช้เทคนิคนี้กับเครื่องผลิตแสงซินโครตรอนที่ให้แสงพร้อมด้วยคุณสมบัติดังกล่าว (ในประเทศไทยเรามี เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนอยู่เพียงแห่งเดียว ณ ศูนย์ปฎิบัติการวิจัยเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนแห่งชาติ จังหวัดนครราชสีมา ซึ่งที่ใช้คู่กับเทคนิคสเปคโตรสโคปีต่างๆ หาข้อมูลเพิ่มเติมได้จาก http://www.nsrc.or.th และทางศูนย์ฯ ได้สั่งซื้อหัววัดรังสีเอกซ์เรย์ฟลูออเรสเซนซ์แล้วและจะมีการติดตั้งเพื่อที่จะให้บริการตั้งแต่เดือนกันยายนปี พ.ศ. 2550 เป็นต้นไป)

สำหรับในที่นี้กลุ่มนักวิจัยของ Stanford Synchrotron Radiation Laboratory ได้ใช้เทคนิคนี้กับแสงซินโครตรอนในการแกะร่องรอยของน้ำหมึกที่ใช้ในการบันทึกผลงานของ อะคิมิดิสลงบน สมุดบันทึก the Archimedes Palimpsest หมึกในสมัยก่อนนั้นจะมีส่วนผสมของธาตุเหล็ก(Fe)อยู่ ในการถอดข้อความจากสมุดบันทึกนั้น นักวิจัยก็จะทำการ วิเคราะห์บนหน้าของสมุดบันทึก แล้วเทียบสเปคตรัม ของรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ จากสมุดบันทึกกับสเปคตรัม ที่ได้จากธาตุเหล็ก ถ้าตรงกันก็แสดงว่าตำแหน่งนั้นมีหมึกเขียนอยู่ (แต่ในที่นี้เพื่อความรวดเร็วในการเก็บข้อมูล แทนที่จะเปรียบเทียบทั้งสเปคตรัม ก็อาจจะเลือกดูความเข้มของรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ที่ค่าพลังงานๆหนึงที่เป็นลักษณะเฉพาะของธาตุเหล็ก(Fe)และไม่ซ้ำกับธาตุอื่น เพื่อดูว่ามีหมึกเขียนอยู่หรือไม่) เมื่อวิเคราะห์เสร็จก็จะสามารถบอกได้ว่าส่วนไหนของหน้ามีหมึกอยู่บ้างและรวบรวมเป็นข้อความที่เขียนอยู่บนหน้านั้น รูปที่ 8 เป็นตัวอย่างของภาพที่ได้จากการใช้เทคนิคสเปคโตรสโคปีรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์(ขวา) เปรียบเทียบกับ สมุดบันทึกเมื่อมองด้วยตาเปล่า(ซ้าย) และนี่ก็คือตัวอย่างจากเทคนิคนี้ ที่สามารถถอดข้อความจากสมุดบันทึกได้สำเร็จในส่วนที่ไม่เคยมีเทคนิคอื่นทำสำเร็จมาก่อน ตามภาพนั้นพอจะเห็นได้ว่ารอยหมึกยังมีความซับซ้อนพอสมควรเนื่องจากเป็นรอยหมึกที่เกิดขึ้นจากเขียนทั้งด้านหน้าและด้านหลังของหนังแกะ ในส่วนนี้ กลุ่มนักวิจัยได้ใช้เรื่องการถ่ายภาพสามมิติเข้ามาช่วย เพราะ ตัวหนังสือที่เขียนอยู่ด้านหลังจะมีความลึกมากกว่าด้านหน้าเล็กน้อย เพราะฉะนั้น เมื่อใช้เทคนิคนี้ที่มุมที่แตกแต่งกัน ก็จะเห็นตัวหนังสืออยู่ในตำแหน่งความลึกไม่เท่ากัน ซึ่งส่วนต่างของความลึกนั้นมีค่าเท่ากับความหนาของหนังแกะ และทำให้แยกตัวหนังสือด้านหน้ากับด้านหลังออกจากกันได้ ภาพที่ได้ออกมานั้นมีความละเอียดสูงประมาณ 600 dpi และยังต้องมีการควบคุมความเร็วในการฉายแสงที่สว่างสูงเพื่อไม่ให้สมุดบันทึกถูกทำลาย


รูปที่ 8 (ซ้าย) แสดงภาพของสมุดบันทึกในหน้าที่มีการวาดภาพนักบุญทับ และ (ขวา) ภาพของสมุดบันทึกในส่วนเดียวกันเมื่อมองโดยเทคนิกสเปคโตรสโคปีรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์ ซึ่งทำให้ข้อความบันทึกใต้ภาพปรากฎออกมาให้เห็นได้ (รูปจากแหล่งข้อมูลอ้างอิงที่ 1, Copyright of the owner of the Archimedes Palimpsest. Images produced by the Rochester Institute of Technology, Johns Hopkins University, Boeing LTS and the Stanford Linear Accelerator Center)

โครงการถอดข้อความจากสมุดบันทึกนั้นยังอยู่ในระหว่างการดำเนินการ แต่ก็มีข้อมูลเพิ่มเติมที่มาใช้ยืนยันเกี่ยวกับแนวคิดเกี่ยวกับค่าอนันต์ของอะคิมิดิสนั้นแล้ว สำหรับผู้สนใจสามารถหาข้อมูลรายงานความก้าวหน้า หรือสนใจดู ภาพข้อความที่ถอดออกมาแล้ว สามารถอ่านเพิ่มเติมได้จากแหล่งข้อมูลอ้างอิงที่ 1 และท้ายสุด ต้องขอขอบคุณ Dr. Uwe Bergmann ที่สละเวลาในการตอบคำถามต่างๆเพื่อนำมาใช้ในการเขียนบทความนี้

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน