ไขปริศนาเลขแห่งศตวรรษ ความสำเร็จสะเทือนวงการวิทย์โลก

มองย้อนปี 49 : ไขปริศนาเลขแห่งศตวรรษ ความสำเร็จสะเทือนวงการวิทย์โลก

ดร.กริกอรี เปเรลมัน กับแบบจำลอง 3 มิติ ที่อธิบายเรื่อง “ฮอมอโทปี กรุปส์” ที่อองรี พองกาเรคาดการณ์ไว้เมื่อ 100 ปีก่อน แต่ไม่สามารถพิสูจน์ได้ ท้าทายความสามารถนักคณิตศาสตร์มานานนับศตวรรษ และในที่สุดกริเกอรีก็ใช้เวลา 8 ปีประสบผลสำเร็จ

From MGRonline

ปีนี้คนรักเลขได้ยืดอก เพราะใครๆ ต่างก็ยกสุดยอดแห่งวงการวิทยาศาสตร์ให้แก่ “เปเรลมัน” นักคณิตศาสตร์ชาวรัสเซียที่พากเพียรไขปริศนาของพองกาเรที่ตั้งไว้เมื่อ 100 ปีก่อนสำเร็จ แม้จะปฏิเสธรางวัลใดๆ และหลบหายไปจากสาธารณชน แต่ชื่อของเขาก็เป็นที่จดจำและกล่าวถึงมากกว่าผู้ได้รับรางวัลโนเบลเสียอีก ส่วนสุดแย่ก็คงหนีไม่พ้น “หวาง” ผู้ก่อคดีสเต็มเซลล์ฉาวที่ยังติดคดีต้องไต่สวนข้ามปี

ไขข้อพิสูจน์คณิตศาสตร์ 100 ปี ผลงานชิ้นเยี่ยมแห่งวงการ

วารสารทางวิทยาศาสตร์ทั้งไซน์ (Science) และเนเจอร์ (Nature) ต่างยกความสุดยอดแห่งปี 2006 ให้แก่ ดร.กริกอรี เปเรลมัน (Grigory Perelman) นักคณิตศาสตร์ชาวรัสเซียที่สามารถพิสูจน์ทฤษฎี “การคาดคะเนของพองกาเร” (Poincare Conjecture) ที่ตั้งขึ้นมากว่า 100 ปี ซึ่งเปเรลมันใช้เวลา 8 ปีจนสามารถสร้างความสำเร็จได้อย่างน่าทึ่ง (สำหรับนักคณิตศาสตร์) จนยากที่จะอธิบายให้เข้าใจโดยทั่วไปได้

และนั่นเป็นผลให้เปเรลมันนักคณิตศาสตร์วัย 40 ปี เป็น 1 ใน 4 คนที่ได้รับคำเชิญให้เข้ารับ “ฟิลดส์ เมเดิล” (Fields Medal) เมื่อเดือนสิงหาคมที่ผ่านมา รางวัลสำหรับสุดยอดนักคณิตศาสตร์อายุไม่เกิน 40 ปีที่มอบกัน 4 ปีครั้ง ทว่าเขากลับปฏิเสธการเข้ารับรางวัลดังกล่าว อีกทั้งดูเหมือนว่าเขาจะปฏิเสธรางวัล 1 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ตามที่สถาบันเคลย์ (Clay Mathematics Institute) ของสหรัฐฯ ตั้งไว้ให้แก่ผู้ที่สามารถพิสูจน์ทฤษฎีนี้สำเร็จ

เปเรลมันเป็นนักคณิตศาสตร์ที่เก็บเนื้อเก็บตัว ทุ่มเทให้กับการแก้โจทย์คณิตศาสตร์ หลังจากเขาลาออกจากสถาบันสเตคลอฟ (Steklov Institute of Mathematics of Russian Academy of Sciences) ก็เก็บตัวเงียบอยู่กับแม่ในอาพาร์ทเม็นต์ในเมืองเซ็นต์ปีเตอร์เบิร์ก โดยไม่ได้เป็นพนักงานสังกัดที่ใดๆ แม้ว่ามหาวิทยาลัยหลายแห่งรวมถึงสแตนฟอร์ดและพรินซ์ตันจะเสนองานให้แก่เขาก็ตาม อีกทั้งไม่ยอมปรากฏตัวต่อสาธารณชน และปฏิเสธที่จะให้สัมภาษณ์แก่สื่อมวลชน โดยบอกว่าสิ่งที่เขาพูดคงไม่น่าสนใจ เท่ากับผลการคิดคำณวนที่เขานำเผยแพร่ไปแล้ว

การคาดคะเนของพองกาเร นำเสนอโดยอองรี พองกาเร (Henri Poincare) เมื่อปี 2447 ซึ่งเชี่ยวชาญคณิตศาสตร์สาขา “ทอพอโลยี” (Topology) ศึกษาคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ของวัตถุที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อยืดหรืองอวัตถุนั้นๆ พื้นผิวหรือรูปทรงที่มีลักษณะทางเรขาคณิตต่างกันบางรูป สามารถเปลี่ยนไปมาระหว่างกันได้ เช่นรูปสามเหลี่ยมกับวงกลมแม้ลักษณะทางเรขาคณิตต่างกันแต่ทางทอพอโลยีเหมือนกัน เพราะสามารถทำรูปสามเหลี่ยมให้กลายเป็นวงกลมได้ เหมือนปั้นดินน้ำมันโดยไม่ต้องตัดส่วนใดออก เรียกว่าเป็นลักษณะโครงสร้างที่สมดุลกัน (topologically equivalent)

ทว่าการจำแนกรูปทรง 2 แบบที่ต่างกันว่าสมดุลหรือไม่นั้นก็ใช้ว่าจะจินตนาการหรือปั้นดินน้ำมันได้เสมอไป ดังนั้นพองกาเรจึงคิด “ฮอมอโทปี กรุปส์” (homotopy groups) ขึ้น เพื่อใช้พีชคณิตเชื่อมโยงคุณสมบัติที่เหมือนกันของวัตถุที่มีรูปทรงทางเราขาคณิตต่างกัน หรือเรียกว่า “ทอพอโลยีเชิงพีชคณิต” (algebraic topology) ซึ่งพองกาเรสามารถพิสูจน์ได้ว่ารูปทรง 2 มิติใดๆ ที่มีฮอมอโทปีกรุปส์เหมือนทรงกลม 2 มิติ ก็จะมีลักษณะทอพอโลยีที่สมดุลกันกับทรงกลม 2 มิตินั้น ซึ่งพองกาเรเชื่อว่าคุณสมบัติที่ว่านี้จะเป็นจริงในพื้นผิวมิติอื่นด้วย แต่ยังไม่สามารถพิสูจน์ได้ สมมติฐานดังกล่าวจึงเป็นที่มาของ “การคะเนของพองกาเร” ที่ท้าทายนักคณิตศาสตร์มากว่าศตวรรษ

จนกระทั่งเปเรลมันนำรายงานผลการพิสูจน์ 3 ฉบับเผยแพร่ผ่าน arXiv.org โดยฉบับแรกตั้งแต่ปี 2545 เพื่อให้นักคณิตศาสตร์ได้นำข้อพิสูจน์ไปตรวจสอบ และส่งข้อคิดเห็นตอบกลับมาในลักษณะเพียร์รีวิว (peer-review) กระทั่งปี 2548 จึงเป็นที่ยอมรับว่าข้อพิสูจน์ของเปเรลมันในเรื่องการคาดเดาของพองกาเรนั้นถูกต้องและไม่มีข้อบกพร่องใดๆ

ทอพอโลยีสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในหลายสาขาไม่ว่าจะเป็นฟิสิกส์ นำไปใช้กับเรื่องอนุภาค ตัวนำ รวมทั้งสาขาเคมี และชีววิทยาอย่างการวิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุล นับเป็นพื้นฐานให้สามารถนำไปต่อยอดใช้ประโยชน์ได้อีกมากมาย แม้คนทั่วไปจะยังไม่เห็นประโยชน์ต่อการพิสูจน์ปริศนาดังกล่าวได้ แต่เชื่อว่าอย่างน้อยความสำเร็จในสิ่งที่มีนักคณิตศาสตร์พยายามคิดค้นมากว่า 100 ปีก็น่าจะสร้างความฮือฮาให้แก่วงการวิทยาศาสตร์โลกเป็นอย่างที่สุด และรอการนำไปประยุกต์ใช้โดยมีสิ่งที่เปเรลมันพิสูจน์ได้เป็นต้นทาง

”นีอันเดอร์ทัล” ญาติสนิทมนุษย์รุ่นใหม่

ส่วนความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อีกเรื่องที่สร้างความตื่นเต้นให้ไม่แพ้กัน นั่นก็คือ ผลการถอดรหัสทางพันธุกรรมของมนุษย์นีอันเดอร์ทัล ซึ่งก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าพวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของสายพันธุ์มนุษย์ เมื่อนักโบราณคดีและนักมานุษยวิทยาเริ่มค้นพบหลักฐานถิ่นที่อยู่ของมนุษย์หน้าตาคล้ายพวกเราสายพันธุ์นี้ว่ามีชีวิตอยู่ในช่วงเวลาใกล้เคียงกัน ทำให้เชื่อว่ามนุษย์นีอันเดอร์ทัลกับมนุษย์โครมันยองซึ่งเป็นบรรพบุรุษของพวกเราน่าจะเป็นเพื่อนบ้านกันมากกว่า ที่จะเป็นบรรพบุรุษของพวกเรา

ดังนั้นเมื่อสามารถค้นหาดีเอ็นเอของมนุษย์นีอันเดอร์ทัลจากฟอสซิลกระดูกอายุ 38,000 ปีได้ ปริศนาความสัมพันธ์จึงคลี่คลายขึ้นมาอีกระดับ ทำให้วิเคราะห์กันใหม่ได้ว่า มนุษย์ยุคใหม่และมนุษย์นีอันเดอร์ทัลต่างแยกมาจากบรรพบุรุษเมื่อประมาณ 370,000 – 500,000 ปีก่อน และมีลักษณะทางพันธุกรรมที่ใกล้เคียงกับมนุษย์ปัจจุบันมากถึง 99.5% เลยทีเดียว ขณะที่ลำดับเบสของชิมแปนซีเหมือนมนุษย์เพียง 98% แต่ชิมป์แยกออกจากสายบรรพบุรุษเดียวกับมนุษย์เมื่อประมาณ 6-7 ล้านปีก่อน

ทั้งนี้ เชื่อว่าจะสามารถถอดแผนที่พันธุกรรมฉบับสมบูรณ์ของนีอันเดอร์ทัลนายนี้ได้สำเร็จภายใน 2 ปี และจากนั้นคงจะระบุได้อย่างชัดเจนว่านีอันเดอร์ทัลควรจะอยู่ในลำดับวิวัฒนาการขั้นใดของสิ่งมีชีวิต…กว่าจะมาถึง “คน” ในปัจจุบัน (อ่าน : ลำดับเบส “มนุษย์นีอันเดอร์ทัล” เหมือนพวกเราถึง 99%)

โลกอันแสนร้อน น้ำแข็งขั้วโลกละลายแผ่นแล้วแผ่นเล่า

ประเด็นโลกร้อน (Global Warming) เป็นที่จับตามองมาหลายปีแล้ว สำหรับนักวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ทว่าในปีนี้สถานการณ์โลกร้อน ดูเหมือนจะร้อนแรงและทุบสถิติที่ไม่เคยมีมาก่อนมากมาย ไม่ว่าจะเป็นอุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้นในรอบ 50 ปี หรือปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศมีมากที่สุดในรอบ 2,000 ปี ตามมาด้วยสภาพอากาศที่แม้จะเข้าสู่หน้าหนาวแล้วแถบยุโรปก็ยังไม่มีทีท่าว่าจะหนาวเย็น อย่างที่เทือกเขาแอลป์ก็มีรายงานว่าอุณหภูมิสูงสุดในรอบ 1,000 กว่าปี

นอกจากนี้ยังมีการจับตาแผ่นน้ำแข็งในมหาสมุทรทั้งในกรีนแลนด์และแอนตาร์กติก โดยนักวิทยาศาตร์เชื่อว่าจะมีน้ำเพิ่มเข้ามาในมหาสมุทรมากถึง 20,000 ล้านตันในแต่ละปี ซึ่งจะเพิ่มให้น้ำทะเลขึ้นสูงกว่าเดิมปีละ 3 มิลลิเมตร โดยเรื่องราวความร้อนของโลกที่เพิ่มขึ้นสูงอย่างไม่มีที่ท่าว่าจะฉุดอยู่นั้น สามารถติดตามการสรุปสถานการณ์โดยทีมงานผู้จัดการวิทยาศาสตร์ได้ในวันที่ 31 ธ.ค.นี้

“เมทาเมทีเรียลส์” วัตถุพรางตา พาจินตนาการใกล้ความจริง

แม้ว่าจะยังไม่ประสบความสำเร็จสมบูรณ์ แต่ก็สร้างความฮือฮาไม่น้อยเช่นกัน กับ “เมทาเมทีเรียลส์” (metamaterials) ทีทีมนักวิทยาศาสตร์ 2 ชาติระหว่างสหรัฐฯ และอังกฤษ ร่วมกันพัฒนาขึ้นมา เพื่อเติมเต็มเรื่องวัตถุล่องหนจากจินตนาการที่อยู่คู่มนุษย์มากว่า 2 ปีให้ออกมาสู่ความเป็นจริง ซึ่งความสำเร็จในขั้นแรกคือการซ่อนวัตถุได้แล้ว 2 มิติในช่วงคลื่นไมโครเวฟนับว่าก้าวหน้าก้าวไกลไปมากกว่าที่ทีมงานคาดการณ์ไว้ เพราะนักวิจัยได้นำทฤษฎีการล่องหนที่ตีพิมพ์เผยแพร่ไปแค่ 5 เดือนก็สามารถทำให้วัตถุล่องหนในเบื้องต้ได้แล้ว

ส่วนจะทำให้วัตถุล่องหนได้ในคลื่นแสง หรือคลื่นที่สายตามมนุษย์มองเห็นนั้น ทีมงาน 2 ชาติยอมรับว่าเป็นไปได้ยาก แต่พวกเขาก็จะพยายามต่อไปอย่างไม่ท้อถอย (อ่าน : อีกคืบสู่โลกจินตนาการ ทำ “วัตถุล่องหน” ได้แล้ว 2 มิติ)

นอกจากข่าวที่สะเทือนแวดวงวิทยาศาสตร์ทั้ง 4 แล้ว วารสารทางวิทยาศาสตร์หลายๆ ฉบับยังยกอีกหลายๆ เรื่องให้เป็นสุดยอดแห่งปี ไม่ว่าจะเป็นความก้าวหน้าในการศึกษาแมลงหวี่และผีเสื้อที่ทำให้ค้นพบเรื่องราวเฉพาะตัวและขยายสายพันธุ์, การเอาชนะอุปสรรคกับแสง โดยเทคนิคการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใหม่ ที่ช่วยให้นักชีวะสามารถส่องดูโครงสร้างของเซลล์และโปรตีนได้อย่างละเอียด รวมถึงการพบลำดับชั้นใหม่ของอนุภาคอาร์เอ็นเอ (RNA) ที่เข้าไปทำหน้าที่หยุดการแสดงออกของยีนต่างๆ นับเป็นความก้าวหน้าที่รอการพัฒนาต่อยอดในปีต่อไปๆ

อย่างไรก็ดี เมื่อเอ่ยถึงผลงานยอดเยี่ยมแห่งปีแล้ว ก็อดจะเอ่ยถึงเรื่องยอดแย่ในวงการวิทยาศาสตร์แห่งปีไปไม่ได้ ซึ่งก็หนีไม่ผล เรื่องการปลอมแปลงผลงานที่กำลังได้รับความสนใจทั่วโลก นั่นก็คือ “สเต็มเซลล์” โดยทีมงานของ ดร.หวาง วูซก (Hwang Woo-suk) จากเกาหลีใต้ ที่สร้างความฮือฮาว่าสามารถสร้างสเต็มเซลล์จนนำไปใช้กับคนไข้ได้ จุดประกายความหวังให้แก่ผู้ที่ประสบโรคร้ายอย่างมะเร็ว เบาหวาน และอัลไซเมอร์ส โด่งดังไปทั่วโลก (ยังเคยได้รับเชิญให้มาบรรยายที่ประเทศไทยด้วย)

แต่ช่วงธันวาคมปีที่แล้วกลับโดนแฉว่าเรื่องต่างๆ นั้นกุขึ้น ดังนั้นเรื่องการการสืบเสาะหาความจริงจึงเกิดขึ้นในช่วงต้นปี และต่อเนื่องมาโดยยังไม่มีทีท่าว่าจะสิ้นสุด แม้ว่าจะมีหลักฐานชี้ชัดว่า ดร.หวางและทีมงานบางส่วนนั้นทำผิดจริง จนกระทั่งขึ้นให้การต่อศาลแล้วถึง 3 ครั้ง แต่ ดร.หวางก็ยังให้การปฏิเสธ (อ่าน : ย้อนเส้นทางจากดาวรุ่งสู่ดาวร่วงของ “หวาง วู-ซก”) อีกทั้งยังโม้ต่ออีกว่ากำลังโคลนนิงสัตว์ดึกดำบรรพ์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว อย่าง “ช้างแมมมอธ” อีกด้วย คงต้องมาติดตามดูกันต่อไปว่า ปีหน้าประชากรในวงการวิทยาศาสตร์โลกจะสร้างผลงานที่น่าจดจำทั้งในด้านดีและไม่ดีกันอย่างไรบ้าง