ความสนุกของวิทยาศาสตร์มักจะอยู่ที่การเล่นกับเรื่องธรรมดาๆ ที่ทุกคนคิดว่ามัน"ไม่มีอะไร" แต่เรื่องที่"ไม่มีอะไร" ก็อาจสร้างความประหลาดใจให้กับเราได้อย่างเหลือเชื่อนะครับ ใครบ้างจะกล้าเอามือจุ่มลงไปในถังไนโตรเจนเหลว เย็นสะขนาดนั้นจุ่มลงไปคงไม่ได้มือข้างเดิทขึ้นมาแน่ๆ จริงมั้ยครับ เรามาลองกันดีกว่า เตรียมรับความประหลาดใจจากบทความธรรมดาๆ เรื่องนี้ได้แล้วครับ

กระทะต้านแรงโน้มถ่วง

ไม่นานมานี้ผมไปรับจัด science show หรือการแสดงทางวิทยาศาสตร์ ในงานโรงเรียนแห่งหนึ่ง เมื่อขึ้นชื่อว่าการแสดงก็ต้องมีความบันเทิงเข้ามาเป็นส่วนผสมบ้าง จะมากจะน้อยแตกต่างกันไปตามสูตรของแต่ละคน แต่จะขาดไม่ได้

การทดลองจึงเป็นตัวเลือกที่ดีเพราะสามารถ “เล่น” กับคนดูได้ใกล้ชิดและตื่นตากว่าการเล่าทฤษฎีด้วยปากเปล่า จะจัด science show แต่ละทีเลยต้องคิดกันตั้งแต่จะเอาการทดลองอะไรไปเล่นกับคนดู ครั้นจะเอาลุกตุ้มนาฬิกามาทดลองแกว่งให้ดูก็คงจะไม่เหมาะนัก เพราะถ้าจะให้คนดูตื่นตาตื่นใจสนุกสนานไปกับลูกตุ้มที่แกว่งไปมาอาจต้องเล่าเรื่องด้วยพรรณนาโวหารระดับเพชรพระอุมาและแอ๊กติ้งระดับลูกโลกทองคำ

การทดลองจึงต้องเลือกให้หวือหวาและเหมาะสมกับวัยผู้รับชมงาน

แต่มีการทดลองอยู่อย่างหนึ่งที่เรียกได้ว่าอลังการ ถ้าสามารถจัดการทดลองนี้ได้ จะเป็นการสร้างบรรยากาศประมาณหนึ่งเชิญดารามาร่วมงานได้เลยทีเดียว การทดลองที่ว่านี้ค่อนข้างลำบากสาหัสอย่างยิ่งสำหรับผม เพราะต้องอาศัยการเตรียมการมากมายหลายขั้นตอนสุดๆ

ไนโตรเจนเหลว

ไม่ต้องมีคำบรรยายใด ๆ สักคำให้ลึกซึ้ง แค่รินไนโตรเจนเหลวออกมาจากถัง ผู้ชมโดยเฉพาะเด็กๆ ก็จะมารุมดูพลางส่งเสียง “อู้ อ้า ฮือ ฮา” กันแล้ว เพราะจะมีควันขาวๆ ลอยออกมาจากไนโตรเจนเหลวราวกับใช้สเปเชียลเอฟเฟ็กต์ (รูปที่ 1)

รูปที่ 1

พอความตื่นเต้นของท่านผู้ชมเดินทางมาถึงแล้ว เราก็ค่อยเล่าความรู้เสริมเข้าไปได้สบายๆ

เนื่องจากไนโตรเจนเหลวเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมากๆ การเล่นกับไนโตรเจนเหลวจึงเป็นการเล่นกับอุณหภูมิของมันนั่นเอง ซึ่งก็หนีไม่พ้นการรินไนโตรเจนเหลวใส่วัตถุต่างๆ เช่น กล้วย ดอกไม้ ลูกโป่งที่เป่าแล้ว ไข่ ฯลฯ จากนั้นรอชมผลลัพธ์อันน่าตื่นตะลึงต่างๆ นานา

ฟังดูเหมือนไนโตรเจนเหลวเป็นของสูงยิ่งใหญ่ แต่จริงๆ แล้วราคาของไนโตรเจนเหลวไม่แพงเลยครับ โดยทั่วไปก็ราวๆ 55 บาทต่อกิโลกรัม (1.25 ลิตร) เท่านั้น (อาจารย์ผมสอนว่าแพงกว่าน้ำเปล่า แต่ถูกกว่าเบียร์!!) งานหนึ่งใช้สัก 5 กิโลกรัมก็เหลือเฟือ ทว่าการสั่งไนโตรเจนเหลวมาจัดโชว์หรือมาทดลองกลับไม่ใช่เรื่องง่ายนัก

ปัญหาสำคัญที่สุดเป็นเรื่องถังใส่ไนโตรเจนเหลว

เนื่องจากตัวถังนั้นมีราคาสูง ถังขนาดเล็กๆ ความจุเพียง 5 ลิตร ยังมีราคาถึง 33,000 บาท (แพงกว่าถังทุกถัง และกะละมังทุกกะละมังทั้งบ้านผมรวมกันเสียอีก) นั่นเป็นเพราะถังใส่ไนโตรเจนเหลวนั้นต้องเป็นวัสดุฉนวนความร้อนที่ดีมากๆ เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนไหลเข้าสู่ไนโตรเจนเหลวที่ถูกเก็บไว้ในถังได้โดยง่าย เนื่องจากไนโตรเจนเหลวเป็นสารที่มีจุดเดือดต่ำสุดๆ (-196 องศาเซลเซียส) ทำให้มันพร้อมจะเดือดจนระเหยหายไปอย่างรวดเร็วถ้าตั้งทิ้งไว้ในอุณหภูมิห้อง

และด้วยความที่มันเย็นสุดๆ  จึงต้องเล่นอย่างระมัดระวัง การเล่นกับของเย็นสุดๆ นั้นอันตรายพอกับการเล่นกับไฟเลยนะครับ เพราะหากร่างกายเราสัมผัสไนโตรเจนเหลวนานๆ จะเป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อส่วนที่สัมผัส แต่ถ้าสัมผัสอย่างรวดเร็วจะไม่เป็นไร!!

รูปที่ 2

พูดง่ายๆ ว่าถ้าเราจุ่มมือใส่ในถังไนโตรเจนเหลวแล้วกระชากออกอย่างรวดเร็วมากๆ จะไม่เป็นอันตราย (รูปที่ 2) แต่ต้องระมัดระวังไม่ให้มันกระฉอกเข้าตา

ผมรู้เรื่องนี้ครั้งแรกตอนมาจัด science show นี่แหละ เพราะอาจารย์ในโรงเรียนท่านหนึ่งนำเรื่องนี้มาเล่าให้ฟังและเปิดข้อมูลจากอินเตอร์เน็ตให้ดู ตอนนั้นผมยังไม่เชื่ออย่างสนิทใจ จนกระทั่งอาจารย์ทดลองเอามือจุ่มลงในชามใส่ไนโตรเจนเหลวแล้วกระชากมือกลับออกมาอย่างรวดเร็วให้เห็นกันจะจะ

ผลลัพธ์คือมืออาจารย์ปลอดภัย

พอลองดูบ้างก็พบว่าสัมผัสของมันเย็นๆ เหมือนจุ่มถังน้ำแข็ง แต่มือไม่ยักเปียก!!

การเดินเข้าครัวของแต่ละคนอาจมาจากสาเหตุต่างๆ กันออกไป

บางคนเดินไปทำอาหาร บางคนอาจเดินไปหาของกิน บางคนอาจเดินเข้าไปช่วยแม่ล้างจาน ในขณะที่บางคนอาจเดินเข้าไปค้นพบ

ห้องครัวเป็นสถานที่หนึ่งในบ้านที่เต็มไปด้วยข้าวของน่าสนใจ สารเคมีหลากหลายและปรากฏการณ์แปลกๆ หลายปรากฏการณ์อาจกำลังรอให้เราเดินเข้าไปสังเกตมัน (แถมถ้าครัวบ้านใครมีการหมักหมมข้าวปลาอาหารทิ้งไว้นานพอยังอาจมีสิ่งมีชีวิตตัวเล็กๆ พิลึกๆ รอให้เราค้นพบไว้อีกด้วย)

เลาจะคั่วหรือทอดอาหารในกระทะ เคยสังเกตไหมว่า พอพรมหยดน้ำใส่กระทะที่กำลังร้อนอยู่จะเกิดอะไรขึ้น? ใครที่เคยลองทำอาหารจะพบว่าเวลากระทะกำลังร้อนสุดๆ หยดน้ำที่เราพรมลงไปจะเคลื่อนที่แบบอยู่ไม่สุข คือมีลักษณะเป็นหยดแล้วกลิ้งไปกลิ้งมาบนกระทะราวกับน้ำกลิ้งบนใบบอนโดยไม่เปียกบนกระทะเหล็ก หรือเราอาจเห็นว่ามันกระเด้งกระดอนไปมาเหมือน “อยู่ไม่ติดกระทะ” ก่อนที่หยดน้ำเหล่านั้นจะมีขนาดเล็กลงๆ และระเหยหายไปในที่สุด อนึ่ง เราสามารถสังเกตและทดลองเรื่องนี้ได้ในร้านหมูกระทะทุกสาขา (รูปที่ 3 ภาพขวามือคือน้ำในกระทะที่ยังไม่ร้อนมาก ส่วนภาพซ้ายมือคือน้ำในกระทะร้อนๆ ที่มีลักษณะเป็นหยดกลิ้งไปมา)

รูปที่ 3

ปรากฏการณ์นี้จะเกิดให้เราเห็นเมื่อกระทะร้อนจัดจนเลยจุดเดือดของน้ำขึ้นไป ซึ่งคำถามที่ตามมาคือ ทำไมหยดน้ำจึงไม่เกาะติดกระทะร้อนๆ ?

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ไลเดนฟรอสต์ เอฟเฟ็กต์ (Leidenfrost Effect) ถูกตั้งขึ้นตามชื่อของแพทย์ชาวเยอรมัน โยฮานน์ กอตต์ลอบ ไลเดนฟรอสต์ (Johann Gottlop Leidenfrost, 1715-1794) ผู้ศึกษาและอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้เป็นคนแรกเมื่อราวๆ 250 ปีก่อน (ในปี 1756) ต้องบอกว่า Leidenfrost คงไม่ใช่มนุษย์คนแรกบนโลกที่ได้เห็นปรากฏการณ์น้ำกลิ้งไม่ติดกระทะเช่นนี้ พ่อครัวแม่ครัวสมัยก่อนหน้าเขาก็คงเคยพบเห็นปรากฏการณ์นี้แต่อ้อนแต่ออกแล้วล่ะ เพียงแต่ไม่ได้ศึกษาจนเข้าใจว่าปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นได้อย่างไร

ปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อหยดน้ำด้านล่างบริเวณที่ติดกับกระทะย่อมได้รับความร้อนมากกว่าส่วนอื่นๆ ของหยดน้ำ (ลองนึกถึงตอนคีบเนื้อหมูวางในกระทะร้อนๆ เนื้อส่วนที่สัมผัสกับกระทะย่อมเกรียมในขณะที่ผิวของเนื้อด้านบนยังแดงๆ ไม่สุกเต็มที่) เมื่อผิวด้านล่างของหยดน้ำได้รับความร้อนจัดๆ มันย่อมระเหยกลายเป็นไอไปอย่างรวดเร็ว ไอน้ำที่พวยพุ่งออกมานี่เองจะพยุงหยดน้ำเล็กๆ ไว้ไม่ให้มันสัมผัสกับผิวกระทะโดยตรง หยดน้ำจึงลอยอยู่ได้ (รูปที่ 4) ส่วนบางหยดที่กำลังหล่นลงมาอาจเด้งไปมาโดยไม่สัมผัสผิวกระทะโดยตรง เหมือนมีเบาะบางๆ ที่มองไม่เห็นมารองไว้

รูปที่ 4

ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับหยดน้ำในกระทะเท่านั้น แต่ยังเกิดกับไนโตรเจนเหลวที่ถูกราดลงบนพื้นด้วย เนื่องจากไนโตรเจนมีจุดเดือดที่ -196 องศาเซลเซียส ไนโตรเจนเหลวจึงรู้สึกเหมือนพื้นห้องที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของไนโตรเจนเหลวอย่างมหาศาล เป็นกระทะเหล็กร้อนๆ เวลาราดลงบนพื้นห้องไนโตรเจนเหลวเลยมีลักษณะเป็นหยดวิ่งพล่านไปมา

ถ้าเราเอามือจุ่มลงในไนโตรเจนอย่างรวดเร็ว มือเราที่มีอุณหภูมิมากก็จะทำตัวเหมือนกระทะร้อนทำให้ไนโตรเจนรอบๆ มือเราเดือดอย่างรวดเร็ว และกลายเป็นชั้นไอบางๆ หุ้มมือเราไว้ชั่วครู่ การจุ่มมือลงไปในไนโตรเจนอย่างรวดเร็วจึงปลอดภัยไร้กังวล (อย่างไรก็ตาม น้องๆ หนูๆ ไม่ควรลองเล่นแบบนี้เพราอาจจะชักมือกลับออกมาไม่เร็วพอ)

ครัวนั้นเต็มไปด้วยของน่าสนใจก็จริง แต่หลายๆ คนอาจสังเกตเห็นและค้นพบมันได้ยากหน่อย เพราะเวลาเข้าไปในครัวทีไร ใจไปอยู่กับของกินทุกที

ที่มา : หนังสือเรื่องลึกลับธรรมดา, อาจวรงค์  จันทมาศ  สำนักพิมพ์มติชน