ทองคำ – มนุษย์เรารู้จักทองคำมานาน ไม่น้อยกว่า 5,000 ปีแล้ว รู้ว่า ทองคำ เป็นธาตุโลหะที่มีค่าสูง ด้วยเหตุที่ว่า ทองคำมีจำนวนน้อย หาพบได้ยาก เหมืองทองมีอยู่ไม่มากนักบนโลกนี้ และผลผลิตโดยรวมก็ไม่เคยเพียงพอต่อความต้องการของคนเราอยู่ดี
ทำไมทองคำถึงหายาก? คำตอบก็คือ เพราะแหล่งที่มาของมันไม่ได้อยู่บนโลก ทองคำส่วนใหญ่ในโลกของเรามีที่มาจากห้วงอวกาศ เกิดขึ้นเมื่อดวงดาวขนาดใหญ่ถึงจุดจบระเบิดกลายเป็น “ซุปเปอร์โนวา” หรือไม่ก็เกิดขึ้นเมื่อ ดาวนิวตรอน (neutron stars) ชนกันเข้า
(ดาวนิวตรอน คือ แกนกลางขนาดเล็กของดวงดาว ที่หลงเหลืออยู่หลังการเกิดซุปเปอร์โนวา โครงสร้างส่วนนอกของดาวถูกแรงระเบิดส่งกระจัดกระจายออกไปในอวกาศ เหลือไว้เพียงแกนกลางความหนาแน่นสูง ที่ปราศจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน)
สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวเหล่านั้นก็คือ พลังงานมหาศาลที่ถูกปลดปล่อยออกมา พลังงานมหาศาลนี้นี่เองที่เป็นตัวการบีบอัดธาตุมวลเบาต่างๆ เข้าด้วยกันกลายเป็นธาตุโลหะหนัก ซึ่งรวมทั้งทองคำ ทองคำที่ได้จากกระบวนการดังกล่าวนี้ ถูกพลังงานมหาศาลเหล่านั้นส่งกระจัดกระจายออกไปทั่วจักรวาล ส่วนหนึ่งถูกกักเก็บเอาไว้ภายในโลกที่เพิ่งเริ่มก่อตัวเป็นรูปเป็นร่าง ก่อนที่พลังงานภายในโลกจะค่อยๆ ดันมันขึ้นมาหาพื้นผิวด้านนอกมากขึ้นตามลำดับ รอคอยให้ถูกค้นพบในที่สุด
นักวิทยาศาสตร์ศึกษาจนเข้าใจกระบวนการเกิดทองคำเหล่านี้เป็นอย่างดีและยิ่งวิทยาการก้าวหน้ามากขึ้นเรื่อยๆ มนุษย์เราก็รู้มากขึ้นเรื่อยๆ รวมทั้ง รู้ซึ้งถึงความจริงที่ว่า เราสามารถเปลี่ยนธาตุโลหะบางอย่างให้กลายเป็นทองคำได้ในห้องปฏิบัติการทดลอง พูดง่ายๆ ก็คือ เรารู้วิธีการและสามารถเลียนแบบธรรมชาติ สังเคราะห์ทองคำขึ้นมาได้แล้วนั่นเอง
เพื่อให้เข้าใจได้ถึงหลักการที่ใช้ในการสร้างทองคำขึ้นในห้องทดลอง เราต้องหวนกลับไปทำความเข้าใจองค์ประกอบทางเคมีที่เป็นพื้นฐานของทองคำก่อนเป็นลำดับแรก
ทองคำเป็นธาตุโลหะชนิดหนึ่ง ที่มีความเฉื่อยสูง คือเปลี่ยนสถานะได้ยากมาก เช่น จะหลอมทองให้เหลวได้ต้องใช้ความร้อนถึง 1064 องศาเซลเซียส แต่ถ้าจะให้ทองที่เหลวเดือดก็ต้องใช้ความร้อนสูงเกินกว่า 2970 องศาเซลเซียส เป็นต้น ขณะเดียวกัน ทองคำกลับมีความเหนียว มีความสามารถในการขึ้นรูปสูง คือสามารถจะยืดหรือตีแผ่ออกได้ในทุกทิศทางโดยไม่เกิดการปริแตกได้สูงสุด เช่น ทองคำบริสุทธิ์น้ำหนัก 1 ออนซ์ เราสามารถนำมายืดเป็นเส้นได้ยาวถึง 80 กิโลเมตร หรือตีแผ่เป็นแผ่นบางๆ ได้ความกว้างถึง 9 ตารางเมตร เป็นต้น
ในทางเคมี อะตอม (หน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร) ของทองคำ 1 อะตอม ประกอบด้วย นิวเคลียส ที่เป็นแกนกลาง รายล้อมด้วย โปรตอนอีก 79 ตัว (ดังนั้น หมายเลขอะตอมของทองคำก็คือ 79) นั่นหมายความว่า ในทางทฤษฎีแล้ว มีความเป็นไปได้ที่เราจะดึงเอา โปรตอน ของทองคำออกมา 1 ตัว แล้วทำให้มันเปลี่ยนรูปไปเป็น “แพลทตินั่ม” (ที่มีหมายเลขอะตอม 78) หรือเพิ่มโปรตอนเข้าไป 1 ตัว แล้วทำให้ทองคำ กลายเป็น “ปรอท” (หมายเลขอะตอมคือ 80) ในทางกลับกัน เราก็สามารถสร้างทองคำจากปรอท ได้ด้วยการดึงเอาโปรตอนของปรอทออกมา 1 ตัว หรือใช้แพลทตินั่ม มาทำให้เป็นทองคำ โดยการเพิ่มโปรตอนเข้าไป 1 ตัว นั่นเอง
ปัญหาก็คือ การเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของโลหะอื่น ให้กลายเป็นทองคำนั้น แม้โดยหลักการจะทำได้ แต่ต้องใช้พลังงานมหาศาลในการทำเช่นนั้น อย่างที่เราทราบกัน ทองคำเป็นหนึ่งในธาตุที่เกิดปฏิกิริยาเคมีน้อยที่สุด อะตอมของทองคำมีความเสถียรสูง สามารถต้านทานแรงต่างๆ ที่พยายามเปลี่ยนโครงสร้างของมันได้สูงมาก
นักวิทยาศาสตร์พบว่า ทางหนึ่งที่สามารถทำให้โครงสร้างทางเคมีของธาตุโลหะ เพื่อเพิ่มหรือลดโปรตอนในโครงสร้าง เพื่อสร้างทองคำขึ้นมานั้นก็คือ การใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ในปี 1941 มีการทดลองเปลี่ยนปรอทให้เป็นทองคำ โดยใช้พลังงานนี้ยิงโปรตอนออกจากอะตอมของปรอท และสามารถสร้างทองคำ ที่มีกัมมันตภาพรังสี ออกมาได้ในที่สุด
เช่นเดียวกับการทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ขึ้นกับแพลทตินั่ม จนทำให้แพลทตินั่มมีโปรตอนเพิ่มขึ้น 1 ตัวก็ทำให้มันเปลี่ยนรูปเป็นทองคำได้นั่นเอง
อีกวิธี ที่นักวิทยาศาสตร์พบว่า สามารถสร้างทองคำได้ ก็คือ การใช้เครื่องเร่งอนุภาค (particle accelerator) เข้าไปจัดการโครงสร้างของอะตอม ที่นักฟิสิกส์ของ เซิร์น (CERN) พิสูจน์ให้เห็นจริงได้ จากการใช้เครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ ยิงอนุภาคของ ตะกั่ว (หมายเลขอะตอม 82) เข้าชนกัน ก่อให้เกิด ควาร์ก กลูออน พลาสมา อันเป็นสถานะของสสารที่ทั้งหนาแน่นและร้อน แบบเดียวกับที่เคยเกิดขึ้นในช่วง 1 ใน 1 ล้านวินาทีหลังจากการเกิดบิ๊กแบง ซึ่งก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าพลังมหาศาลที่ทำให้โปรตอน 3 ตัวหลุดหายไป กลายเป็นทองคำ
บางที คำถามที่ว่า ทำไมเราไม่สร้างทองคำในห้องทดลองออกมามากๆ นั้นสามารถตอบได้ง่ายๆ โดยอาศัยคำกล่าวของ เกล็น ซีบอร์ก นักเคมีรางวัลโนเบล ที่เคยเปลี่ยนอะตอมของบิสมัธ (หมายเลขอะตอม 83) ให้เป็นทองคำมาแล้วในห้องปฏิบัติการทดลอง ลอว์เรนซ์ เบิร์กลีย์ ในช่วงทศวรรษ 1980
เขาบอกเอาไว้ว่า เราต้องใช้ต้นทุนราวๆ 1,000 ล้านล้านดอลลาร์ เพื่อสร้างทองคำให้ได้ 1 ออนซ์ ในการทดลองครั้งนี้ …. จบข่าวเรื่องทองคำครับ
ไพรัตน์ พงศ์พานิชย์
