หากคุณนึกถึงความเย็น สิ่งแรกที่ต้องคิดถึงคงเป็น น้ำแข็ง เพราะคงไม่มีอะไรเย็นกว่านี้ไปอีกแล้ว เพราะมันคือสสารที่เกิดขึ้นจากน้ำที่อยู่ในจุดเยือกแข็งจนกลายเป็นของแข็ง แต่…มันจะเป็นไปได้ไหมถ้าน้ำแข็งไม่ได้เย็นแต่กลับร้อน ?
น้ำแข็งร้อน ไม่ใช่ไอเดียที่เพิ่งคิดค้น เนื่องจากวิทยาศาสตร์มีแนวคิดเรื่องน้ำแข็งที่มีอุณหภูมิสูงมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 โดยการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ในการจัดการโมเลกุลของน้ำให้เรียงตัวกันจนเกิดเป็นโครงสร้างน้ำแข็งขึ้น นอกจากอุณหภูมิที่เย็นแล้ว ความร้อนภายใต้ความกดอากาศมหาศาลอาจทำให้เกิดโครงสร้างโมเลกุลแบบเดียวกันได้ แน่นอนว่าในเวลานั้นมันเป็นเพียงแค่ทฤษฎีเท่านั้น
ซึ่งมีเงื่อนไขบางประการ น้ำแข็งสามารถ ร้อน ได้จริงยิ่งกว่าพื้นผิวของดวงอาทิตย์ ที่ไม่ละลายกลายเป็นของเหลวไปซะก่อน โดยนักวิทยาศาสตร์ได้เรียกว่า น้ำแข็ง ซูเปอร์ไอออนนิก ( superionic ice ) เป็นสถานะใหม่ของสสารที่เป็นของแข็งได้จริง โดยรายงานวิจัยจากวารสารเนเจอร์ ฟิสิกส์ (Nature Physics) ค้นพบการสร้างและเงื่อนไขที่จะทำให้เกิดน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิกได้
แต่ในที่สุดนักวิจัยได้สร้างน้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิกขึ้นมาบนโลกได้จริง ซึ่งสิ่งที่สำคัญที่สุดของน้ำแข็งที่ร้อนกว่า 1,000 องศาเซลเซียส คือ ความกดอากาศอันมหาศาล ที่ระดับ 200,000 – 600,000 เท่าของความกดอากาศในระดับน้ำทะเลในเฟสแรก และในเฟสถัดๆ ไป ความกดอากาศที่ช่วยก่อโครงสร้างนี้จะสูงขึ้นอีก ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า น้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิกเป็นสสารที่เกิดขึ้นในดาวเยือกแข็งอย่างเนปจูนและยูเรนัส
โดยทีมวิจัยและ Vitali Plakapunka ศาสตราจารย์ด้านการวิจัย ของมหาวิทยาลัยชิคาโก (University of Chicago) และนักวิทยาศาสตร์ด้านลำแสงจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติสหรัฐฯ อากอนเน (Argonne National Laboratory) ด้วยการใช้ลำแสงยิงไปน้ำเพื่อสร้างความดันและอุณหภูมิมหาศาลขึ้นในเวลาเดียวกันจนน้ำเปลี่ยนโครงสร้างได้สำเร็จ และเมื่อทำการลบความดันและอุณหภูมิออก น้ำแข็งก็กลับสู่สภาพเดิม
“ลองนึกภาพลูกบาศก์ โครงตาข่ายที่มีอะตอมออกซิเจนที่มุมเชื่อมต่อกันด้วย ไฮโดรเจน เมื่อมันเปลี่ยนเป็นเฟส superionic ใหม่นี้ โครงตาข่ายจะขยายตัว ทำให้อะตอมของไฮโดรเจนเคลื่อนที่ไปรอบๆ ในขณะที่อะตอมของออกซิเจนยังคงนิ่งอยู่ในตำแหน่ง มันเหมือนกับตาข่ายออกซิเจนที่เป็นของแข็ง ซึ่งนิ่งอยู่ในมหาสมุทรของอะตอมไฮโดรเจนที่ลอยอยู่ น้ำแข็งซุปเปอร์อิออนมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำแข็งทั่วไป ซึ่งเราทราบอยู่แล้วว่ามีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่เป็นของเหลว มันยังเปลี่ยนสี แม้ว่าน้ำแข็งในน้ำจะใสจนเป็นสีขาวขุ่นได้ ขึ้นอยู่กับว่าน้ำแข็งแข็งตัวอย่างไร น้ำแข็ง superionic จะมีสีเข้มขึ้นกว่าเมื่อทำปฏิกิริยากับแสงต่างกัน “มันเป็นสถานะใหม่ของสสาร ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วมันทำหน้าที่เป็นวัสดุใหม่ และอาจแตกต่างจากที่เราคิด” Vitali Plakapunka กล่าว
สงสัยกันใช่ไหมว่าเราต้องการ น้ำแข็งร้อน ทำไม ? น้ำแข็งซูเปอร์ไอออนนิก มีเพื่อ ? เนื่องจากมีทฤษฎีความเชื่อว่ามันไม่ใช่สสารที่เกิดขึ้นในโลก และการเข้าใจโครงสร้างของน้ำแข็งร้อนนี้จะช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างและปรากฏการณ์ของดาวเคราะห์ทั้งยูเรนัสและเนปจูน ที่มีสนามแม่เหล็กแปลกประหลาดที่วิทยาศาสตร์ปัจจุบันยังหาคำตอบไม่ได้ แต่เชื่อว่าอาจเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของดาวและความกดอากาศใต้พื้นผิว ซึ่งช่วยให้เราเข้าใจดาวเคราะห์ ที่มีลักษณะคล้ายๆกันนอกระบบสุริยะ เหมือนดัประโยคที่ว่า สรรพสิ่งทั้งหมดล้วนเชื่อมโยงกัน หรือ “ข่ายใยแห่งชีวิต” แล้ววันนึ่งสิ่งที่ค้นหาอาจก่อประโยชน์สูงสุดกลับมา
อ้างอิง (Ref.)
https://www.iflscience.com/physics/
Water ice hotter than the sun’s surface – iNEWS (inf.news)
Ultrahot ‘superionic’ ice is a new state of matter | Live Science
Scientists recreate hot black ice thought to exist on alien worlds (newatlas.com)