น้ำ ไหลขึ้นที่สูงได้ เชื่อหรือไม่ ?

เมื่อพัฒนาจากแนวคิดไลเดนฟรอซเอฟเฟกต์ ที่อธิบายว่าหยดน้ำจะไม่สัมผัสกับพื้นผิวกระทะที่ร้อนฉ่า และยังสั่นไปมา ทำให้ทีมนักวิทยาศาสตร์ลองใช้พื้นผิวที่เป็นหยักก็พบว่าไอน้ำพาหยดน้ำขยับขึ้นไปตามแนวหยักได้ 

          บีบีซีนิวส์ – นักฟิสิกส์สามารถทำให้ “ น้ำ ” ไหลขึ้นสู่ที่สูงได้อย่างน่าอัศจรรย์ โดยสาธิตโชว์หยดน้ำที่ค่อยๆ ไต่ระดับขึ้นบนพื้นผิวหยักเหมือนขึ้นบันไดมีความชัน 12 องศา ซึ่งพัฒนาแนวคิดนี้มาจาก “ ไลเดนฟรอสต์ เอฟเฟกต์ ” ที่พบว่าหยดน้ำบนกระทะที่ร้อนจัดนั้นไม่ติดกับพื้นกระทะและสั่นไหวได้ 

          นักวิทยาศาสตร์ชาวสหรัฐฯ ทำการทดลองเพื่อค้นหาว่าโมเลกุลของไอน้ำร้อนจะสามารถเคลื่อนที่ย้อนขึ้นที่สูงได้อย่างไร โดยผลการทดลองครั้งนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้เขียนอธิบายลงในวารสารฟิสิกส์รีวิวเล็ตเตอร์ส ( Physical Review Letters ) ว่าน่าจะนำไปใช้ในการทำความเย็นให้กับอุปกรณ์ไมโครชิป 

          สิ่งที่นักฟิสิกส์ทีมนี้ค้นพบก็เนื่องมาจากการสังเกตในห้องครัวอย่างที่ทุกๆ เคยเข้าไปหุงหาอาหารกัน โดยตั้งกระทะไว้บนเตาให้เกิดความร้อนจนเกิดจุดเดือดของน้ำ และเมื่อหยดน้ำลงบนกระทะที่ร้อนบริเวณด้านใต้ของหยดน้ำที่สัมผัสกับผิวกระทะก็จะไม่ได้สัมผัสกันแนบชิด และสั่นไปมา ซึ่ง “ โยฮานน์ กอตต์ลอบ ไลเดนฟรอสต์ ” ( Johann Gottlob Leidenfrost ) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันสามารถอธิบายได้เมื่อช่วงศตวรรษที่ 18 โดยต่อมาเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “ ไลเด็นฟรอซ เอฟเฟค ” ( Leidenfrost Effect )

หยดน้ำค่อยๆ เคลื่อนตัว โดยมีไอน้ำคอยพยุงอยู่ด้านล่าง

          “ พวกเราสนใจว่าจะสามารถนำปรากฏการณ์นี้ไปใช้เคลื่อนย้ายของเหลวต่างๆ โดยรอบได้อย่างไร ” ดร.ไฮเนอร์ ลิงเค ( Heiner Linke ) เจ้าของโครงการทำน้ำเคลื่อนไหวในทิศทางต่างๆ ซึ่งวิธีการนั้นก็ไม่ได้ยากเย็นอะไร แทนที่จะใช้วัตถุพื้นราบ ก็ใช้วัตถุที่เป็นร่องหยักๆ เหมือนขั้นบันไดแทน

          จากการทดลองทีมงานเห็นหยดน้ำพยายามดิ้นผลักตัวขึ้นสู่ที่สูงตามรอยหยักที่มีความลาดชัน ไม่เหมือนกับตอนที่อยู่บนก้นกระทะแบนราบที่สั่นไปมาเพียงอย่างเดียว ซึ่งตัวกลไกที่ทำให้หยดน้ำสามารถไหลย้อนขึ้นก็คือ “ ไอน้ำ ” ซึ่ง ดร.ลิงเคอธิบายว่า หยดน้ำอยู่บนไอน้ำที่กำลังไหลขึ้นสู่ที่สูงกว่า เหมือนกับไอน้ำเป็นเรือพาหยดน้ำไต่ขึ้นไปตามรอยหยักของพื้นผิว

          หยดน้ำสามารถไต่รอยหยักไปได้ทีละขั้น ตามแนวลาดที่มีความชัน 12 องศา และเมื่อนำภาพที่บันทึกไว้มาฉายต่อเนื่องอย่างรวดเร็ว จะเห็นว่าหยดน้ำกำลังไต่ขึ้นที่สูง เหมือนกับสัตว์เซลล์เดียวไร้รูปร่างกำลังค่อยๆ กระดึบๆ

          อย่างไรก็ดี สิ่งที่ ดร.ลิงเคกำลังศึกษาอยู่ก็คือต้องการให้มีการขับเคลื่อนในระดับโมเลกุล เพื่อนำไปใช้ในระบบทำความเย็นของคอมพิวเตอร์ไมโครชิป ซึ่งกระแสไฟฟ้าได้ไหลผ่านไมโครโพสเซสเซอร์ ทำให้เกิดความร้อน และความร้อนดังกล่าวก็ไปจำกัดการทำงานของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์

          แม้ว่าจะมีชิปหลายชนิดที่เติมวงจรที่ทำให้อุปกรณ์เย็นขึ้น แต่ก็ยังต้องการตัวปั๊มเพื่อผลักความเย็นกระจายได้ทั่ว ซึ่งทำให้ต้องสร้างความร้อนมากกว่าเดิมเสียอีก ดังนั้นการที่สามารถบังคับทิศทางของโมเกลกุลของน้ำและไอน้ำได้นับเป็นหนทางที่จะช่วยให้เกิดการสร้างระบบทำความเย็นในไมโครชิปแบบที่ไม่ต้องอาศัยการขับเคลื่อนใด ๆ

*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*