วัสดุสีดำที่สุดในโลกที่ทำให้วัตถุสามมิติดูเหมือนหลุมดำแบนราบ

สีดำของเสื้อผ้า รถยนต์ หรือผนังบ้านยังมีแสงสะท้อนกลับออกมาเสมอ จึงมองเห็นรอยพับ ขอบมุม และความโค้งของพื้นผิวได้ตามปกติ แต่มีวัสดุชนิดหนึ่งที่ทำให้กฎการมองเห็นเหมือนถูกปิดสวิตช์ลง แสงที่ตกกระทบแทบไม่ย้อนกลับเข้าดวงตา จนวัตถุที่ควรมีความหนาและรูปร่างกลับดูคล้ายช่องว่างสีดำสนิทบนภาพสองมิติ

คำตอบที่ตรงกับตัวเลขการดูดซับแสงอย่างน้อย 99.995% คือ วัสดุนาโนทิวบ์คาร์บอนสีดำจัดที่พัฒนาโดยทีมวิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ หรือ MIT วัสดุนี้มักถูกเรียกในสื่อวิทยาศาสตร์ว่า blackest black material หรือวัสดุสีดำที่สุดที่เคยรายงานในเวลานั้น จุดสำคัญคือมันไม่ได้มีชื่อทางการค้าติดปากแบบผลิตภัณฑ์ทั่วไป และไม่ควรสับสนกับ Vantablack ซึ่งเป็นวัสดุสีดำจัดอีกชนิดหนึ่ง

โครงสร้างของวัสดุ MIT ทำจากเส้นใยคาร์บอนขนาดเล็กระดับนาโนจำนวนมหาศาล วางตัวขึ้นจากพื้นผิวคล้ายป่าที่มีต้นไม้เล็กมากเรียงแน่นอยู่เต็มพื้นที่ เมื่อแสงเดินทางเข้าไปในช่องว่างระหว่างเส้นใย แสงจะไม่สามารถสะท้อนกลับออกมาได้ง่าย โฟตอนจะถูกกักให้สะท้อนซ้ำอยู่ภายในโครงสร้างหลายครั้ง ก่อนที่พลังงานส่วนใหญ่จะเปลี่ยนเป็นความร้อนปริมาณเล็กน้อยแทนการกลับออกมาเป็นแสงที่ตามองเห็น

ฐานรองรับของวัสดุนี้ก็มีส่วนสำคัญเช่นกัน นักวิจัยใช้แผ่นอะลูมิเนียมที่ผ่านการกัดผิวด้วยคลอไรด์ เพื่อขจัดชั้นออกไซด์ซึ่งเคลือบอยู่บนอะลูมิเนียมตามธรรมชาติ จากนั้นจึงปลูกเส้นใยนาโนทิวบ์คาร์บอนในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมด้วยกระบวนการทางเคมี เมื่อเส้นใยตั้งตรงและเรียงตัวหนาแน่น พื้นผิวจึงมีความสามารถในการดักแสงสูงกว่าสีดำหรือสารเคลือบทั่วไปมาก

การทดลองของทีม MIT ระบุว่าวัสดุสามารถดูดซับแสงขาเข้าได้อย่างน้อย 99.995% จากหลายมุมที่ทดสอบ ตัวเลขนี้หมายความว่าแสงเพียงส่วนน้อยมากเท่านั้นที่สะท้อนกลับออกมา และเป็นเหตุผลที่วัตถุเคลือบวัสดุชนิดนี้ดูเหมือนสูญเสียรายละเอียดไปเกือบหมด ไม่ว่าจะเป็นเหลี่ยมเพชร ขอบนูน หรือส่วนเว้าบนพื้นผิว

ภาพลวงตาที่เกิดขึ้นไม่ได้แปลว่าวัตถุสามมิติถูกทำให้แบนลงจริงๆ วัตถุยังคงมีความหนา มีขอบ และมีรูปทรงเหมือนเดิม เพียงแต่สมองใช้แสงและเงาเป็นข้อมูลหลักในการประเมินรูปร่าง เมื่อแสงสะท้อนหายไปเกือบทั้งหมด เครื่องหมายที่ช่วยบอกความลึกก็หายตามไปด้วย พื้นผิวจึงถูกรับรู้เป็นแผ่นสีดำไร้มิติ คล้ายหลุมดำที่ถูกตัดออกจากฉากหลัง

นี่เป็นเหตุผลเดียวกับที่เพชรซึ่งมีเหลี่ยมสะท้อนแสงระยิบระยับ เมื่อถูกเคลือบด้วยวัสดุสีดำจัดกลับดูเหมือนก้อนสีดำแบนๆ มากกว่าจะเป็นอัญมณีที่มีรูปทรงซับซ้อน ในงานศิลปะที่จัดแสดงร่วมกับโครงการของ MIT เพชรสีเหลืองขนาดใหญ่ถูกทำให้ดูคล้ายหลุมดำเล็กๆ จนผู้ชมแทบจับรายละเอียดของเหลี่ยมเพชรไม่ได้

ชื่อ Vantablack จึงมักถูกนำมาใช้ตอบคำถามลักษณะนี้ เพราะเป็นชื่อที่รู้จักแพร่หลายและเป็นหนึ่งในวัสดุที่ดำที่สุดในโลก Vantablack ผลิตจากโครงสร้างคาร์บอนนาโนทิวบ์ที่เรียงตัวในแนวดิ่ง และบริษัทผู้พัฒนาระบุว่าสามารถดูดซับแสงได้สูงสุดประมาณ 99.965% ตัวเลขนี้ดำมากจนทำให้วัตถุดูเหมือนหลุมดำได้เช่นกัน แต่ยังต่ำกว่าวัสดุของ MIT ที่มีรายงานการดูดซับอย่างน้อย 99.995%

ความแตกต่างระหว่างสองชื่อนี้จึงอยู่ที่บริบทของคำถาม หากถามถึงวัสดุสีดำจัดที่คนทั่วไปคุ้นชื่อ คำตอบคือ Vantablack หากยึดตามคำบรรยายเรื่องการดูดซับแสง 99.995% และการเคลือบเพชรจนดูเหมือนหลุมดำ คำตอบที่แม่นยำกว่าคือวัสดุนาโนทิวบ์คาร์บอนของ MIT ซึ่งถูกพัฒนาและรายงานในปี 2019

ความดำระดับนี้ไม่ได้มีไว้เพื่อความแปลกตาเพียงอย่างเดียว นักวิจัยมองว่าวัสดุประเภทนี้อาจช่วยลดแสงรบกวนในกล้องโทรทรรศน์ อุปกรณ์ตรวจจับ และระบบถ่ายภาพที่ต้องแยกแสงจางๆ จากวัตถุไกลโพ้น ยิ่งพื้นผิวภายในอุปกรณ์สะท้อนแสงน้อยเท่าไร สัญญาณที่ต้องการก็ยิ่งถูกแสงฟุ้งรบกวนน้อยลงเท่านั้น

ในงานอวกาศ วัสดุดูดซับแสงอาจถูกนำไปใช้กับแผงบังแสงหรือส่วนประกอบของกล้องที่ต้องป้องกันแสงจากดาวฤกษ์และแหล่งกำเนิดสว่างอื่นไม่ให้รบกวนการสังเกตดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ส่วนงานศิลปะและการออกแบบก็ใช้คุณสมบัตินี้สร้างวัตถุที่ดูเหมือนขาดหายไปจากโลกจริง

ถึงจะดำจนคล้ายหลุมดำ แต่วัสดุนี้ไม่ได้มีแรงโน้มถ่วงมหาศาล ไม่ได้ดูดกลืนวัตถุ และไม่ได้ทำให้พื้นที่รอบข้างหายไป สิ่งที่หายไปมีเพียงแสงสะท้อนซึ่งเป็นข้อมูลที่ดวงตาและสมองใช้สร้างภาพสามมิติ หากต้องตอบให้ตรงกับตัวเลข 99.995% ชื่อที่ควรจำคือ วัสดุนาโนทิวบ์คาร์บอนสีดำจัดของ MIT ส่วน Vantablack คือชื่อวัสดุอีกตระกูลที่มีชื่อเสียงและให้ภาพลวงตาแบบเดียวกันในระดับใกล้เคียงกัน