ابتكار جديد يتيح إنتاج البلورات الزمنية لأول مرة بدون حاجة للتبريد الفائق
هذا الابتكار يمهد الطريق لتخليق بلورات زمنية بحجم الرقائق يمكن استخدامها في حياتنا اليومية، من دون الحاجة إلى المعدات المخبرية باهظة الثمن التي كانت تلزم لتشغيلها.
تمكن الفريق من إنتاج بلورة زمنية من دون الحاجة إلى تبريد فائق (مواقع التواصل)
لطالما حير البعد الرابع -الزمن- عقول البشر، بدءا من تطويعه في النظرية النسبية لأينشتاين، ومرورا بمنحه بطولة رمزية في أفلام السفر عبر الزمن.
ونظرا لكونه بُعدا غير محسوس كالأبعاد المكانية الثلاثة الأخرى (الطول والعرض والارتفاع)، فإن أذهاننا تغدو خماصا وتروح ظمأى عندما تَهِم بالتفكير فيه. وهو ما يصفه القديس أوغسطين بقوله "أنا أعرف الزمن ما لم أسأل عنه. وحالما تاقت نفسي لشرحه لمن يسألني، أجدني لا أعرفه بوضوح".
فهل من الممكن أن نرى هذا البعد ذا الطبيعة المجردة في شيء حسي ملموس؟
دعنا نقرّ بأن التفكير في الزمن يشبه "حرث سطح البحر" كما يقول الفيزيائي الفرنسي إتيان كلاين في كتابه "هل الزمن موجود" (?Le Temps existe-t-il). غير أن "البلورات الزمنية" (Time crystals) قد تغير من هذه الفرضية.
تتكون البلورات إثر اصطفاف الذرات والجزيئات في ترتيب فراغي منتظم (سايتك ديلي)
تتكون "البلورات" (Crystals) إثر اصطفاف الذرات والجزيئات في ترتيب فراغي منتظم وثابت ومتكرر ومقيد في الأبعاد المكانية الثلاثة.
ولتبسيط الأمر، فإن ذلك يشبه أن تجلس أنت ومشجعي فريقك في مقاعد محددة وعلى بعد منتظم من بعضكم بعضا، مكونين أنماطا منتظمة -ولتكن سداسية الشكل مثلا- ومتكررة وأنتم ممسكين بيد بعضكم بعضا؛ حيث تنشئون بذلك شبكة مترابطة لا تتحرك كثيرا وتتكرر في مقاعد الملعب.
وبالمقاربة، فإن الذرات والجزيئات المكونة للبلورة تصطف بطريقة متماثلة في الأبعاد المكانية الثلاثة، مكونةً ما يعرف بالشبكة البلورية. وعلى الرغم من أن الشبكات البلورية قد تختلف في بنيتها، فإنها لا تتحرك أو تتغير كثيرا داخل البنية الواحدة، بل تتكرر مكانيا فقط.
فعندما تصطف ذرات الكربون جنبا إلى جنب في نقاط محددة لتكون بلورة الألماس، فإنها تكسر بذلك تماثلها المكاني المعهود في الفراغ، وهو ما يعرف باسم كسر "التماثل الانتقالي المكاني" (Spatial Transitional Symmetry)؛ ومن ثم فإن بلورة الألماس تتخذ أنماطا متكررة في المكان.
تدور الذرات المكونة للبلورات الزمنية أولا في اتجاه معين ثم تكمل في الاتجاه الآخر (شترستوك)
غير أن عالم الفيزياء النظرية فرانك ويلكزك -الحائز جائزة نوبل عام 2004- اقترح نظريا وجود حالة غريبة للبلورات عام 2012، أطلق عليها اسم "البلورات الزمنية"؛ إذ يمكن لهذه البلورات أن تكرر أنماطها المنتظمة في الزمن. وبالتالي، فإن الأنماط المميزة للشبكة البلورية المكونة لتلك البلورة تتغير -وتعيد ترتيب نفسها- بشكل منتظم مع الزمن.
وبالفعل، فقد رصد العلماء عام 2017 -في دراستين منفصلتين– وجود هذه "البلورات الزمنية" التي تغير من أنماطها -المتكررة والمنتظمة- بمرور الزمن، مما يعني أن هذه البلورات تكسر التماثل الانتقالي الزمني.
وتتصرف الذرات المكونة للبلورات الزمنية بشكل مغاير قليلا، إذ يعتريها "الدوران" (Spinning) أولا في اتجاه معين، ثم تكمل في الاتجاه الآخر. وتكون هذه التذبذبات -التي يشار لها باسم "التكتكة" (Ticking)- ذات تردد محدد ومنتظم، وهو ما يسمح بتكرارية أنماط البلورة في الزمان والمكان معا. ويتطلب إنتاج ودراسة هذه "البلورات الزمنية" معدات مخبرية تعمل عند درجة حرارة منخفضة للغاية تقترب من الصفر المطلق.
غير أن دراسة حديثة -نشرت في دورية "نيتشر كوميونيكيشنز" (Nature Communications) 14 فبراير/شباط الجاري- قد تمكنت من ابتكار بلورة زمنية بدون تبريد فائق؛ إذ أنتجت هذه البلورة الضوئية الكمومية في درجة حرارة الغرفة.
من الممكن الآن تخليق بلورات زمنية بحجم الرقائق يمكن استخدامها في حياتنا اليومية (وول بيبر أكسس)
وطبقا للبيان الصحفي الذي نشرته جامعة "كاليفورنيا في ريفرسايد" (University of California, Riverside)، فقد قام الفريق في البداية بتجهيز "رنَّان مستدق" (Microresonator) عبارة عن قرص مصنوع من زجاج فلوريد المغنيسيوم، وبقطر ملليمتر واحد فقط، ومن ثم سُلِّط شعاعان من أشعة الليزر على هذا الرنان.
وقد أشارت النتائج إلى تمكنهم من إنتاج بلورات زمنية؛ ومن ثم فإن هذه البلورات الزمنية قد أُنتِجت في نفس بيئتها، من دون حاجة إلى عزلها وحفظها عند درجة حرارة منخفضة للغاية. وهو ما يشير إليه حسين طاهري -المؤلف الرئيس للدراسة- بأنها "خطوة واعدة نحو إنتاج بلورات زمنية تتيح استخدامها في التطبيقات التكنولوجية".
ويضيف طاهري أن "تبادل الطاقة مع المحيط يفضي إلى انهيار الترتيب الزمني للنظام الذي يتم اختباره، لكن هذا النظام الضوئي يعمل على تحقيق توازن بينه وبين محيطه". ولذا، فإن هذا الابتكار يمهد الطريق لتخليق بلورات زمنية بحجم الرقائق يمكن استخدامها في حياتنا اليومية، من دون الحاجة إلى المعدات المخبرية باهظة الثمن التي كانت تلزم لتشغيلها.
تمكن الفريق من إنتاج بلورة زمنية من دون الحاجة إلى تبريد فائق (مواقع التواصل)
لطالما حير البعد الرابع -الزمن- عقول البشر، بدءا من تطويعه في النظرية النسبية لأينشتاين، ومرورا بمنحه بطولة رمزية في أفلام السفر عبر الزمن.
ونظرا لكونه بُعدا غير محسوس كالأبعاد المكانية الثلاثة الأخرى (الطول والعرض والارتفاع)، فإن أذهاننا تغدو خماصا وتروح ظمأى عندما تَهِم بالتفكير فيه. وهو ما يصفه القديس أوغسطين بقوله "أنا أعرف الزمن ما لم أسأل عنه. وحالما تاقت نفسي لشرحه لمن يسألني، أجدني لا أعرفه بوضوح".
فهل من الممكن أن نرى هذا البعد ذا الطبيعة المجردة في شيء حسي ملموس؟
دعنا نقرّ بأن التفكير في الزمن يشبه "حرث سطح البحر" كما يقول الفيزيائي الفرنسي إتيان كلاين في كتابه "هل الزمن موجود" (?Le Temps existe-t-il). غير أن "البلورات الزمنية" (Time crystals) قد تغير من هذه الفرضية.
تتكون البلورات إثر اصطفاف الذرات والجزيئات في ترتيب فراغي منتظم (سايتك ديلي)
خصائص البلورات
تتكون "البلورات" (Crystals) إثر اصطفاف الذرات والجزيئات في ترتيب فراغي منتظم وثابت ومتكرر ومقيد في الأبعاد المكانية الثلاثة.
ولتبسيط الأمر، فإن ذلك يشبه أن تجلس أنت ومشجعي فريقك في مقاعد محددة وعلى بعد منتظم من بعضكم بعضا، مكونين أنماطا منتظمة -ولتكن سداسية الشكل مثلا- ومتكررة وأنتم ممسكين بيد بعضكم بعضا؛ حيث تنشئون بذلك شبكة مترابطة لا تتحرك كثيرا وتتكرر في مقاعد الملعب.
وبالمقاربة، فإن الذرات والجزيئات المكونة للبلورة تصطف بطريقة متماثلة في الأبعاد المكانية الثلاثة، مكونةً ما يعرف بالشبكة البلورية. وعلى الرغم من أن الشبكات البلورية قد تختلف في بنيتها، فإنها لا تتحرك أو تتغير كثيرا داخل البنية الواحدة، بل تتكرر مكانيا فقط.
فعندما تصطف ذرات الكربون جنبا إلى جنب في نقاط محددة لتكون بلورة الألماس، فإنها تكسر بذلك تماثلها المكاني المعهود في الفراغ، وهو ما يعرف باسم كسر "التماثل الانتقالي المكاني" (Spatial Transitional Symmetry)؛ ومن ثم فإن بلورة الألماس تتخذ أنماطا متكررة في المكان.
تدور الذرات المكونة للبلورات الزمنية أولا في اتجاه معين ثم تكمل في الاتجاه الآخر (شترستوك)
كسر التماثل الزمني
غير أن عالم الفيزياء النظرية فرانك ويلكزك -الحائز جائزة نوبل عام 2004- اقترح نظريا وجود حالة غريبة للبلورات عام 2012، أطلق عليها اسم "البلورات الزمنية"؛ إذ يمكن لهذه البلورات أن تكرر أنماطها المنتظمة في الزمن. وبالتالي، فإن الأنماط المميزة للشبكة البلورية المكونة لتلك البلورة تتغير -وتعيد ترتيب نفسها- بشكل منتظم مع الزمن.
وبالفعل، فقد رصد العلماء عام 2017 -في دراستين منفصلتين– وجود هذه "البلورات الزمنية" التي تغير من أنماطها -المتكررة والمنتظمة- بمرور الزمن، مما يعني أن هذه البلورات تكسر التماثل الانتقالي الزمني.
وتتصرف الذرات المكونة للبلورات الزمنية بشكل مغاير قليلا، إذ يعتريها "الدوران" (Spinning) أولا في اتجاه معين، ثم تكمل في الاتجاه الآخر. وتكون هذه التذبذبات -التي يشار لها باسم "التكتكة" (Ticking)- ذات تردد محدد ومنتظم، وهو ما يسمح بتكرارية أنماط البلورة في الزمان والمكان معا. ويتطلب إنتاج ودراسة هذه "البلورات الزمنية" معدات مخبرية تعمل عند درجة حرارة منخفضة للغاية تقترب من الصفر المطلق.
غير أن دراسة حديثة -نشرت في دورية "نيتشر كوميونيكيشنز" (Nature Communications) 14 فبراير/شباط الجاري- قد تمكنت من ابتكار بلورة زمنية بدون تبريد فائق؛ إذ أنتجت هذه البلورة الضوئية الكمومية في درجة حرارة الغرفة.
من الممكن الآن تخليق بلورات زمنية بحجم الرقائق يمكن استخدامها في حياتنا اليومية (وول بيبر أكسس)
أفق واعد
وطبقا للبيان الصحفي الذي نشرته جامعة "كاليفورنيا في ريفرسايد" (University of California, Riverside)، فقد قام الفريق في البداية بتجهيز "رنَّان مستدق" (Microresonator) عبارة عن قرص مصنوع من زجاج فلوريد المغنيسيوم، وبقطر ملليمتر واحد فقط، ومن ثم سُلِّط شعاعان من أشعة الليزر على هذا الرنان.
وقد أشارت النتائج إلى تمكنهم من إنتاج بلورات زمنية؛ ومن ثم فإن هذه البلورات الزمنية قد أُنتِجت في نفس بيئتها، من دون حاجة إلى عزلها وحفظها عند درجة حرارة منخفضة للغاية. وهو ما يشير إليه حسين طاهري -المؤلف الرئيس للدراسة- بأنها "خطوة واعدة نحو إنتاج بلورات زمنية تتيح استخدامها في التطبيقات التكنولوجية".
ويضيف طاهري أن "تبادل الطاقة مع المحيط يفضي إلى انهيار الترتيب الزمني للنظام الذي يتم اختباره، لكن هذا النظام الضوئي يعمل على تحقيق توازن بينه وبين محيطه". ولذا، فإن هذا الابتكار يمهد الطريق لتخليق بلورات زمنية بحجم الرقائق يمكن استخدامها في حياتنا اليومية، من دون الحاجة إلى المعدات المخبرية باهظة الثمن التي كانت تلزم لتشغيلها.
اسم الموضوع : ابتكار جديد يتيح إنتاج البلورات الزمنية لأول مرة بدون حاجة للتبريد الفائق
|
المصدر : هل تعلم
مجهود جميل في انتقاء المواضيع 
