scientists-quantum-entangled-record-breaking-15-trillion-atoms

حقق علماء الفيزياء رقمًا قياسيًا جديدًا بالحصول على حساء ساخن مكون من 15 تريليون ذرة مترابطة معًا في ظاهرة عجيبة تسمى التشابك الكمي. قد يكون هذا الإنجاز تقدمًا علميًا كبيرًا لتصنيع مستشعرات عالية الدقة لقياس تموجات الزمكان المُسماة الأمواج الثقالية، أو حتى المادة المظلمة المعروفة بصعوبة قياسها والمعتقد أنها تتغلغل في كامل الكون.

التشابك، الظاهرة الكمومية التي اشتهر وصف أينشتاين لها بقوله: «إنه فعل شبحي من بُعد»، هو عملية ربط جسيمات -اثنين أو أكثر- معًا ما يجعل أي تغيير في أحدها يؤثر لحظيًا في الجسيمات الأخرى وإن بعدت المسافة بينها، ويشكل التشابك حاليًا أساس الكثير من التقنيات الصاعدة، مثل الحوسبة الكمومية والتشفير.

تُعرَف حالة التشابك بين الجسيمات بهشاشتها، إذ إن الروابط الكمومية قد تُقطع بسهولة بسبب أدنى اهتزاز داخلي أو تداخل خارجي، ولهذا يحاول العلماء الوصول إلى أدنى درجة حرارة ممكنة في تجاربهم لمشابكة الذرات الهائجة، فكلما قلت درجة الحرارة، قل احتمال تصادم الجسيمات وكسر ترابطها.

في الدراسة الجديدة، اتخذ باحثو معهد العلوم الضوئية في برشلونة نهجًا معاكسًا، فرفعوا حرارة الذرات إلى درجة أكبر بملايين المرات مما تكون عليه عادةً في تجارب التشابك الكمي، ليختبروا إمكانية الحفاظ على التشابك في بيئة ساخنة فوضوية كهذه.

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/ضشي.png"><img class="aligncenter size-full wp-image-88235" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/ضشي.png" alt="تشابك كمومي لـ15 تريليون ذرة ساخنة - الحصول على حساء ساخن مكون من 15 تريليون ذرة مترابطة معًا في ظاهرة عجيبة تسمى التشابك الكمي" width="650" height="366" /></a>

وقالت جيا كونج، المؤلفة الرئيسية للدراسة: «التشابك الكمي أحد أبرز التقنيات الكمومية، لكنه معروف بالهشاشة، ومعظم التقنيات الكمومية المتعلقة بالتشابك الكمي يجب تطبيقها في بيئة منخفضة الحرارة، كما في نظام ذري بارد، وهذا يحد من التطبيقات الممكنة لحالات التشابك، السؤال المثير للاهتمام هنا: هل يقدر التشابك الكمي على البقاء متماسكًا في بيئة ساخنة فوضوية أم لا؟».

الأمور تصبح ساخنة فوضوية

سخن الباحثون أنبوبًا زجاجيًا صغيرًا مليئًا بالروبيديوم المبخر وغاز النيتروجين الخامل إلى درجة 177 درجة مئوية (الدرجة المثالية لخبز البسكويت، يا لها من صدفة!). في درجة الحرارة هذه تكون غيمة ذرات الروبيديوم في حالة من الفوضى، إذ تحدث آلاف التصادمات الذرية كل ثانية، وعندما تتصادم الذرات ترتد -مثل كرات البلياردو- ناقلةً طاقتها ودورانها المغزلي، لكن على عكس البلياردو، لا يعبر الدوران المغزلي للذرات عن حركتها.

في ميكانيكا الكم، يُعَد الدوران المغزلي خاصيةً أساسية للجسيم، تمامًا مثل الكتلة والشحنة الكهربية، تعطي الجسيمات عزمًا مغزليًا، ويمكن تشبيه الدوران المغزلي للجسيم بدوران الأرض حول نفسها في كثير من الجوانب، فلكل منهما عزم زاوي يولد مجالًا مغناطيسيًا ضعيفًا يُسمى العزم المغناطيسي.

لكن في عالم ميكانيكا الكم العجيب تفشل تشبيهات هذه الظواهر، فالنظر إلى جسيمات مثل البروتونات والإلكترونات بأنها أجسام صلبة لها حجم وشكل معين وتدور حول نفسها مفهوم لا يناسب منظور العالم الكمي، وعندما يحاول العلماء قياس الدوران الكمي لجسيم ما، فإن النتيجة تكون إما (فوق) أو (تحت) وليس هناك ما بينهما في ميكانيكا الكم.

لحسن الحظ، يمكّن المجال المغناطيسي الضئيل المتكون من الدوران المغزلي للجسيم العلماء من قياس الدوران المغزلي بطرق مختلفة، يتضمن أحدها ضوءًا مستقطبًا، أو قياس الموجات الكهرومغناطيسية التي تتذبذب في اتجاه واحد.

أطلق الباحثون شعاعًا من الضوء المستقطب نحو الأنبوب المحتوي على ذرات الروبيديوم، ولأن الدوران المغزلي للذرات يتصرف مثل مغناطيسات ضئيلة، يتغير استقطاب الضوء عندما يمر عبر الغاز ويتفاعل مع مجاله المغناطيسي. يخلق هذا التفاعل بين الضوء والذرات تشابكًا كميًا واسع النطاق بين ذرات الغاز، وعندما يقيس الباحثون مقدار التغير الحاصل في استقطاب الموجات الضوئية الخارجة من الطرف الآخر للأنبوب الزجاجي، يستطيعون تحديد الدوران المغزلي الكلي للغاز، ما يمثل التشابك الكمي لكل الذرات التي تبقى في حالة تشابك دائمة.

قالت كونج: «يعتمد القياس الذي استخدمناه على التفاعل بين الضوء والذرة، وتحت ظروف مناسبة، سيسفر التفاعل عن ارتباط بين الضوء والذرات، وعندها إذا حققنا قياسًا صحيحًا، سينتقل هذا التواصل إلى الذرات، ومن ثم يخلق تشابكًا كميًا بينها. المفاجئ هنا أن هذه الاصطدامات العشوائية لم تدمر التشابكات الكمومية».

[caption id="attachment_88234" align="aligncenter" width="650"]<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/13-14.png"><img class="size-full wp-image-88234" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/13-14.png" alt="رسم توضيحي يظهر سحابة من الذرات مع أزواج من الجسيمات المتشابكة، ممثلة بخطوط صفراء/ زرقاء" width="650" height="403" /></a> رسم توضيحي يظهر سحابة من الذرات مع أزواج من الجسيمات المتشابكة، ممثلة بخطوط صفراء/ زرقاء[/caption]

في الحقيقة، كانت البيئة الساخنة الفوضوية داخل الأنبوب الزجاجي عاملًا مهمًا لنجاح التجربة، إذ كانت الذرات في حالة يسميها علماء الفيزياء بحالة الدوران المنفردة الماكروسكوبية، وهي مجموعة أزواج من الجسيمات متشابكة كموميًا ولها محصلة عزم مغزلي يساوي صفرًا، وفي البداية تنقل الذرات المتشابكة تشابكها لغيرها من طريق التصادمات، في ما يبدو كلعبة الملاحقة بين الأطفال لكن على مستوى كمومي، فتتبادل دورانها المغزلي، لكن تبقى المحصلة الكلية تساوي صفرًا، ما يسمح لحالة التشابك الجماعي أن تستمر مللي ثانية على الأقل، فمثلًا، نفترض أن الجسيم (أ) متشابك مع الجسيم (ب)، وعندما يصطدم الجسيم (ب) بالجسيم (ج)، يتشابك كلا الجسيمين بالجسيم (ج)، وهكذا.

وقالت كونج: «يعني هذا تشابك دفعة جديدة من 15 تريليون ذرة كموميًا ألف مرة في الثانية. إن مللي ثانية وقت طويل للذرات، وكافٍ لحصول 50 تصادمًا عشوائيًا تقريبًا. وهذا يبين لنا بوضوح أن التشابك لا تدمره هذه الأحداث العشوائية، وهذا على الأرجح أكثر نتيجة مفاجئة في الدراسة».

ولأن العلماء يستطيعون فهم الحالة الجماعية فقط للذرات المتشابكة، فإن تطبيق نتائج البحث محدد باستخدامات معينة، فتقنيات مثل أجهزة الحاسوب الكمومية ليست ضمن هذه الاستخدامات، لأن حالة كل ذرة من الذرات المتشابكة يجب أن تكون معلومة لتتمكن من تخزين البيانات وإرسالها.

ومع هذا، قد تساعد النتائج على تطوير مستشعرات فائقة للحقول المغناطيسية، قادرة على قياس حقول مغناطيسية أضعف من الحقل المغناطيسي للأرض بعشرة مليارات ضعف، ولهذه المقاييس المغناطيسية الفائقة تطبيقات كثيرة في شتى المجالات العلمية، فمثلًا يستخدم جهاز تخطيط الدماغ المغناطيسي في دراسة علم الأعصاب لتصوير الدماغ، من طريق استشعار إشارات مغناطيسية باهتة للغاية منبعثة من نشاط الدماغ.

وقال أستاذ الفيزياء المشارك في الدراسة مورجان ميتشيل: «نأمل أن تقود هذه الحالة الضخمة من التشابك الكمي إلى ابتكار مستشعرات بأداء أفضل، لتطبيقات تتراوح من التصوير الدماغي إلى السيارات ذاتية القيادة والبحث عن المادة المظلمة».

اقرأ أيضًا:

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=48762">إن كنت تظن أنّ ميكانيكا الكم غريبة، تعرَّف على تشابك الزمن</a>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=54836">ما هي الحوسبة الكمومية؟</a>

ترجمة: سامي أنضوني

تدقيق: محمد حسان عجك

مراجعة: أكرم محيي الدين

<a href="https://www.livescience.com/physicists-entangle-15-trillion-hot-atoms.html">المصدر</a>

تشابك كمومي لـ15 تريليون ذرة ساخنة

Annotation-2020-06-30-083049

الكون كبير جدًا بدرجة يصعب تخيلها، ويزخر بمصادر لا حصر لها لعوالم قابلة لإنتاج الحياة، فأين هم الفضائيون إذن؟! جوهر هذا التساؤل هو أساس مفارقة فيرمي: الشذوذ العلمي المحير في أنه مع وجود مليارات النجوم في مجرتنا درب التبانة، ناهيك بالنجوم خارجها، لم نصادف أي إشارة تدل على وجود حضارة فضائية متقدمة، لماذا؟

إنه سؤال مهم، وقد سعت أجيال من العلماء والمفكرين لإجابته منذ صياغة المفارقة قبل عقود.

يقترح البعض أن الفضائيين يغطون في سبات عميق، أو أن شيئًا غامضًا يمنع تطورهم، أو قد يكون السبب أنهم لا يريدون التعامل معنا ببساطة!

سنة 2018، وضع عالم الفيزياء النظرية أليكسندر بيريزن، من الجامعة الوطنية لبحوث التكنولوجيا الإلكترونية في روسيا، تفسيره الخاص لكوننا وحيدين في الكون، فاقترح ما يسميه تفسير: «ما يدخل أولًا، يخرج أخيرًا» لمفارقة فيرمي.

وفقًا لبيريزن، فإن للمفارقة حل بسيط، لا يحتاج إلى افتراضات مثيرة للجدل، ومع هذا قد يصعب تصديقه، لأنه يتوقع لحضارتنا مستقبلًا أسوأ من الانقراض!

يرى بيريزن أن مشكلة بعض الحلول المقترحة لمفارقة فيرمي تكمن في التعريف الضيق جدًا لحياة الفضائيين.

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/شسش.png"><img class="aligncenter size-full wp-image-88244" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/شسش.png" alt="تفسير جديد محبط لعدم رؤيتنا للفضائيين - لماذا لم نصادف أي إشارة تدل على وجود حضارة فضائية متقدمة - السبب في عدم مصادفتنا للفضائيين - مفارقة فيرمي" width="1024" height="415" /></a>

يقول بيريزن: «إن طبيعة الخاصة للحضارة الناشئة على المستوى النجمي ليست بذات أهمية، ربما كانوا كائنات بيولوجية مثلنا، أو أجهزة ذكاء اصطناعي محتالة ثارت على صانعها، أو أدمغة بحجم الكواكب مع أنظمة موزعة كما يصفها الكاتب البولندي ستانيسلاف ليم في رواية الخيال العلمي سولاريس».

لكن حتى مع نطاق واسع كهذا، ما زلنا لا نرى أي دليل على وجود هذه الأشياء في الكون.

لحل هذه المفارقة، يقول بيريزن إن العامل الوحيد الذي يجب أن نهتم به -فيما يتعلق بتعريفنا للحياة الخارجية- هو درجة التطور الفيزيائي الحاصل لها، الذي يسمح لنا برصد وجودها. يقول: «إن المتغير الوحيد الذي نستطيع قياسه بموضوعية، هو احتمالية أن تصبح الحياة الخارجية قابلة للاكتشاف من الفضاء الخارجي ضمن مدى معين من كوكب الأرض، وللتبسيط فلنسمه العامل (أ)».

إذا لم تتمكن حضارة خارجية من الوصول إلى العامل (أ) بطريقة ما -سواءً بتطوير آلية للتنقل في الفضاء الخارجي، أو ببث الاتصالات عبر الفضاء، أو أي وسيلة أخرى- فقد تكون موجودة، لكنها لا تشارك في حل المفارقة.

في الواقع، فإن حل «ما يدخل أولًا، يخرج أخيرًا» الذي اقترحه بيريزن هو سيناريو أكثر كآبة. يقول بيريزن: «ماذا لو كانت أول حياة تطور قدرة التنقل الفضائي، تدمر بالضرورة كل منافس لها لتغذية توسعها في الفضاء؟».

وفقًا لبيريزن، لا يعني هذا بالضرورة أن حضارة خارجية فائقة التطور ستقضي عمدًا على جميع أنماط الحياة الأخرى، لكن قد يكون السبب أنهم ببساطة لن يلاحظوا فعلهم هذا، مثلما يدمر عمال البناء أعشاش النمل لبناء المنشآت، لأنهم لا يملكون حافزًا لحمايتها.

إذن، هل يقترح بيريزن أننا نحن النمل، والسبب في عدم مصادفتنا للفضائيين هو ببساطة أن حضارتنا لم تدمرها حياة خارجية خارقة دون وعي حتى الآن؟

الجواب هو لا، لأننا على الأرجح لسنا النمل، بل المدمرين المستقبليين لجميع العوالم التي كنا نبحث عنها طوال الوقت!

يتساءل بيريزن: «بافتراض صحة هذه الفرضية، ماذا يعني هذا لمستقبلنا؟ التفسير الوحيد هو استدعاء المبدأ الإنساني، فنحن أول من وصل إلى المسرح الفضائي وعلى الأغلب آخر من يغادره».

مرة أخرى، مثل هذا التدمير المحتمل لا يتطلب أن يكون مُخططًا له سابقًا، بل قد يحدث بوصفه نظامًا خارج عن السيطرة كليًا، ويتجاوز أي محاولات فردية للتحكم فيه.

يطرح بيريزن رأسمالية السوق الحر مثالًا، ومخاطر الذكاء الاصطناعي غير المقيد بتراكم قوته مثالًا آخر. ويقول: «يستطيع نظام ذكاء اصطناعي محتال أن يشغل عنقودًا مجريًا هائلًا بنسخ من نفسه، محولًا كل نظام شمسي فيه إلى حاسوب خارق، وسيكون التساؤل (لماذا فعل هذا؟) عبثيًا، فما يهم أنه قادر على فعله».

إن هذا منظور مرعب لمفارقة فيرمي، فقد نكون الفائزين في سباق مميت لم نكن نعلم بوجوده، أو كما صاغ الأمر أندرو ماسترسن في مجلة كوزموس: «نحن حل المفارقة الذي أصبح جليًا».

حتى بيريزن يعترف أنه يأمل أن يكون مخطئًا! إن لكثير من العلماء الآخرين نظرة أكثر تفاؤلًا بكثير حول موعد التقائنا بحضارة فضائية متقدمة.

لكن آراء هذا العالم الفيزيائي هي آخر التصريحات العلمية حول لماذا يبدو مصيرنا الحتمي أن نحدق إلى النجوم وحدنا في كل زمان ومكان، بقدر ما نأمل عكس ذلك.

اقرأ أيضًا:

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=3214">ما هي مفارقة فيرمي ؟ هل نحن وحدنا في هذا الكون ؟</a>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=53150">ثلاثة من أعظم العقول في العالم يفندون مفارقة فيرمي</a>

ترجمة: سامي أنضوني

تدقيق: محمد حسان عجك

مراجعة: أكرم محيي الدين

<a href="https://www.sciencealert.com/physicist-proposes-a-pretty-depressing-explanation-for-why-we-never-see-aliens">المصدر</a>

تفسير جديد محبط لعدم رؤيتنا للفضائيين

d8da14dfad3a0fa5e9d8e816432e1f55

ما يزال تاريخ نظام الأرض-القمر غامضًا. يظن العلماء أن هذا النظام تشكل عندما اصطدم جسم بحجم كوكب المريخ بالأرض البدائية. انتهى الأمر بالأرض أن تكون الجسم الأكبر من نتائج هذا الاصطدام، وأن تحتفظ بحرارة كافية لتصبح نشطة تكتونيًا. أما القمر الأصغر حجمًا، فعلى الأغلب برد سريعًا وخمل جيولوجيًا. ولكن تتحدى الديناميكية الواضحة في بداية تشكل القمر هذا الأمر.

تقترح بيانات جديدة أن هذا بسبب التوزيع الفريد للعناصر المشعة بعد التصادم الهائل المكوِّن للقمر. إن قمر الأرض، مع الشمس، جسم مهيمن في السماء، يعرض الكثير من الميزات المرئية التي تزودنا بأدلة عن كيفية تشكل الأرض والمجموعة الشمسية. معظم الكواكب في المجموعة الشمسية لها أجسام تدور حولها. مثلًا، المريخ له قمران، المشتري له 79 قمرًا وكوكب نبتون له 14 قمرًا.

بعض الأقمار ثلجية، وبعضها الآخر صخري. بعضها نشط جيولوجيًا، وبعضها الآخر خامل نسبيًا. كيف تحصل الكواكب على أقمارها؟ ولماذا تتمتع بخصائصها الحالية؟ سؤالان من الممكن أن يلقيا الضوء على جوانب كثيرة لنشأة النظام الشمسي المبكرة.

القمر جسم صخري، بارد نسبيًا، يحتوي كمية محدودة من المياه، وتحدث فيه عمليات تكتونية بسيطة. يرى العلماء حاليًا أن نظام الأرض-القمر تشكل عندما اصطدم جسم بحجم كوكب المريخ يُسمّى ثيا (عند الإغريق ثيا هي أم سيلين إله القمر) بالأرض البدائية، ما أدى إلى اختلاط عناصر الجسمين.

يُظن أن حطام الاصطدام هذا انفصل سريعًا ليكوّن الأرض والقمر، ربما في غضون بضعة ملايين من السنين. انتهى الأمر بالأرض أن تكون أكبر حجمًا، بدرجة مناسبة لتصبح كوكبًا مفعمًا بالحيوية، له غلاف جوي وفيه محيطات.

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/NAaK4B5UX9TxQSwJCuNHJS.jpg"><img class="aligncenter size-full wp-image-88967" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/NAaK4B5UX9TxQSwJCuNHJS.jpg" alt="العلماء يقدمون تفسيرًا جديدًا لعدم التماثل الغريب للقمر - اصطدام جسم بحجم كوكب المريخ بالأرض البدائية - بداية تشكل القمر - الاختلاف بين جانبي القمر" width="600" height="400" /></a>

أما القمر فكان أصغر حجمًا وليس بكتلة كافية للتمتع بهذه الخصائص. لذلك، يعود الفضل هنا لديناميكية الاصطدام المذكور، إذ تنفرد الأرض بخصائص مميزة كالاحتفاظ بمواد متطايرة مثل الماء والغازات المكوِّنة للغلاف الجوي، واحتوائها حرارة داخلية كافية للحفاظ على نشاط بركاني طويل الأمد ونشاط تكتوني.

أظهرت نتائج عقود من المراقبة أن تاريخ القمر كان مفعمًا بالحيوية أكثر مما كان يُعتقد، وحدث عليه نشاط بركاني ومغناطيسي منذ نحو مليار سنة، في وقت لاحق أكثر مما كان متوقعًا.

هناك دليل على سبب الاختلاف بين الجانبين القريب والبعيد من القمر يكمن في عدم التماثل الواضح في خصائصه السطحية. على جانب القمر القريب دائم المواجهة للأرض، يمكن رؤية بقع بالعين المجردة بعضها داكن والآخر فاتح. أطلق أوائل علماء الفلك على البقع الداكنة اسم (ماريا)، الذي يعني البحار باللاتينية، وقالوا إنها بقع مائية مماثلة للأرض. ولكن باستخدام التلسكوب، استطاع العلماء قبل قرن من الزمن اكتشاف أن هذه البقع لم تكن بحارًا، بل على الأغلب أفواه بركانية أو ما يشابهها.

في ذلك الوقت، افترض العلماء أن الجانب البعيد من القمر، والذي لم يكن ممكنًا رؤيته، كان عمومًا مماثلًا للجانب القريب منه.
ولكن، لأن القمر قريب نسبيًا من الأرض، يبعد عنها نحو 380,000 كم فقط، كان القمر أول جسم في المجموعة الشمسية يستكشفه الإنسان، بداية باستخدام مركبات فضائية دون طاقم، ومن ثم بمهمات مأهولة بالبشر.

في أواخر الخمسينيات وبداية الستينيات من القرن الماضي، أرسل إلينا مسبار غير مأهول أطلقه الاتحاد السوفييتي أوائل الصور للجانب البعيد من القمر، وتفاجأ العلماء إذ وجدوا اختلافًا كبيرًا بين جانبي القمر. لا وجود تقريبًا لماريا في الجانب البعيد. تشكّل ماريا فقط ما نسبته 1% من سطح جانب القمر البعيد، مقارنة بنسبة 31% من سطح الجانب القريب. احتار العلماء! لكنهم اشتبهوا في أن عدم التماثل هذا يحمل في طياته دلائل على كيفية تشكل القمر.

في أواخر الستينيات وبداية السبعينيات من القرن الماضي، حطّت ست مركبات فضائية من بعثات أبولو من ناسا على سطح القمر، وأعاد رواد الفضاء معهم 382 كغ من صخور القمر لمحاولة فهم منشأ القمر من طريق التحليل الكيميائي لها.

بوجود هذه العينات من الصخور في متناول اليد، أدرك العلماء سريعًا أن الطابع الداكن للبقع يعود إلى تركيبها الجيولوجي، ففي الواقع كانت مرتبطة بالنشاط البركاني.

وتعرفوا على نوع جديد مميز من الصخور أطلقوا عليه اسم كرييب، وهو صخر غني بالبوتاسيوم وعناصر نادرة الوجود على الأرض (منها السيريوم والديسبروسيوم والإربيوم واليوروبيوم وغيرها) والفوسفور، وكانت هذه الصخور مرتبطة بماريا، البقع الداكنة. ولكن، لماذا يتوزّع النشاط البركاني وصخور كرييب بطريقة غير متساوية على جانبي القمر القريب والبعيد؟ سؤال أمسى لغزًا يحيّر العلماء.

الآن، باستخدام مجموعة من الملاحظات والتجارب المخبرية والنمذجة المحوسبة، توصّل علماء من معهد علوم الحياة الأرضية في معهد طوكيو للتكنولوجيا وجامعة فلوريدا ومعهد كارنيجي للعلوم وجامعة توسون ومركز جونسون للفضاء في ناسا وجامعة نيو مكسيكو، إلى دلائل جديدة بخصوص كيفية حصول القمر على عدم التماثل بين جانبيه القريب والبعيد. هذه الدلائل لها علاقة بخاصية مهمة لصخور كرييب.

يُعد البوتاسيوم والثوريوم واليورانيوم عناصر مشعة غير مستقرة، توجد بتشكيلات ذرية متنوعة، ولها أعداد مختلفة من النيوترونات. تُعرف التركيبات الذرية المتنوعة هذه باسم النظائر، بعضها غير مستقر ويتفكك إلى عناصر أخرى، مولّدة بذلك حرارة.

يمكن للحرارة الناتجة عن التحلل الإشعاعي لهذه العناصر إذابة الصخور التي تحتويها، ما قد يفسر جزئيًا مواقعها المشتركة.

توضح هذه الدراسة أنه بالإضافة إلى زيادة الحرارة، فإن احتواء الصخور على عنصر كرييب يقلل من درجة حرارة انصهارها، ما يشكل النشاط البركاني المتوقع من نماذج التحلل الإشعاعي. لأن معظم تدفقات الحمم هذه حدثت باكرًا في تاريخ القمر، تضيف هذه الدراسة أيضًا حدودًا زمنية على توقيتات تطور القمر وترتيب الأحداث المتنوعة التي حصلت عليه.

تطلب هذا العمل تعاونًا مشتركًا بين العلماء العاملين على الجزأين النظري والعملي. بعد إجراء تجارب انصهار عالية الحرارة على صخور تحوي عناصر كرييب بتنوع، حلل فريق العمل الآثار المترتبة على توقيت النشاط البركاني وحجمه على سطح القمر، موفرين بذلك منظورًا مهمًا عن المراحل البدائية لتطور نظام الأرض-القمر.

قال ماثيو لانويفيل، مؤلف مشارك في معهد علوم الحياة الأرضية: «بسبب النقص النسبي في عمليات التآكل، يحتفظ سطح القمر بسجل أحداث جيولوجية يرجع تاريخها لبداية نشأة النظام الشمسي. بالتحديد، هناك مناطق على الجانب القريب من القمر لديها كثافة عالية من العناصر المشعة مثل اليورانيوم والثوريوم بدرجة غير موجودة في باقي أرجاء القمر. إن فهم مصدر ثراء تلك المناطق بهذه العناصر قد يساعد على تفسير المراحل الأولى من تكوّن القمر، ومن ثم الظروف في بداية الأرض».

تقترح نتائج هذه الدراسة أن مناطق ماريا على القمر والغنية بكرييب كان لها تأثير في تطور القمر منذ نشأته. يرى لانويفيل أنه من الممكن إيجاد دلائل على هذه الأشكال من عدم التماثل وعمليات التضخيم الذاتي في أقمار أخرى داخل نظامنا الشمسي، وقد يكون شائعًا في الأجسام الصخرية في أنحاء الكون كافة.

اقرأ أيضًا:

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=76677">ما هو تعريف القمر ؟ وكيف تُصنّف بعض الأجرام أقمارًا؟</a>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=84869">وجدت العربة القمرية الصينية صخورًا غريبة على الجانب الآخر من القمر</a>

ترجمة: سامي أنضوني

تدقيق: إبراهيم قسومة

مراجعة: رزان حميدة

<a href="https://phys.org/news/2020-06-scientists-explanation-strange-asymmetry-moon.html">المصدر</a>

تفسير جديد لعدم الثماثل الغريب للقمر

YtnEpDmm2eqWkyrWhZ6whj

قد يستطيع العلماء أخيرًا فهم تحول غريب حصل في تجربة كيميائية حصلت قبل قرن من الزمان. تُحوّل إضافة إلكترونات إلى محلول أمونيا أزرق لامع المحلولَ إلى معدن برونزي ساطع، وهذا ما حير العلماء مدة طويلة.

تكشف الدراسة الجديدة التفاصيل الدقيقة لهذا التغيير، وتُظهر أن هذا التحول يحصل تدريجيًا لا لحظيًا.

يقول مُجري الدراسة ريان ماكمولين، طالب دكتوراه في الكيمياء في جامعة جنوب كاليفورنيا: «ما حققناه بنجاح هو فهم سلوك هذه المحاليل في نطاق واسع من التركيزات، باستخدام تقنية النفاثات الدقيقة». هذه التقنية التي تتضمن إطلاق تيارات من المحلول بسُمك الشعرة في الفراغ، لم تُستخدم على السائل اللامع من قبل.

وقال ماكمولين إن هذا الاكتشاف قد يكشف عن تفاعلات جديدة في علم الكيمياء العضوية.

ما هي المعادن؟

المعادن مجموعات متنوعة. بعضها خفيف بما يكفي ليطفو على سطح الماء، مثل مادة الليثيوم، وبعضها الآخر كثيف جدًا مثل الرصاص والأوزميوم. بعضها يحتاج إلى درجة حرارة عالية لينصهر، وبعضها الآخر ينصهر بسهولة، فمثلًا، يذوب الزئبق عند درجة حرارة سالب 38.3 مئوية. في النهاية، الأمر المشترك بين جميع المعادن هو قدرتها على توصيل الكهرباء عند الصفر المطلق، الدرجة التي تتوقف عندها حركة الجزيئات الناتجة عن الحرارة.

كيف تتحول بعض غير المعادن إلى معادن؟

في دراسة جديدة، أجاب الباحثون عن هذا السؤال بإضافة معادن إلى أمونيا سائلة.

في البداية، كاثف الباحثون الأمونيا -التي تكون غازيةً عند درجة حرارة الغرفة- إلى الحالة السائلة بتبريدها لدرجة سالب 33 مئوية. ثم أضافوا إليها الصوديوم أو الليثيوم أو البوتاسيوم، وهي جميعها معادن قلوية مشهورة بتفاعلها المتفجر عند غمسها بالماء. أجريت هذه التجارب بالتعاون مع علماء من الأكاديمية التشيكية للعلوم ومعهد فريتز هابر التابع لجمعية ماكس بلانك في برلين، وأيضًا مع باحثين من اليابان وفرنسا.

كانت النتيجة متوقعة: سحبت الأمونيا السائلة الإلكترونات من المعدن. أصبحت بعد ذلك هذه الإلكترونات محاصرة بين جزيئات الأمونيا، مكونة بذلك إلكترونات مذابة كان يأمل الباحثون دراستها. عند تركيزات منخفضة، كانت النتيجة سائلًا أزرق غير معدني. ولكن، كلما تكدست الإلكترونات المذابة، تحول المحلول لبرونز لامع.

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/Annotation-2020-07-23-234845.png"><img class="aligncenter size-full wp-image-89523" src="https://www.ibelieveinsci.com/wp-content/uploads/Annotation-2020-07-23-234845.png" alt="حل لغز تجربة كيميائية عمره 100 عام - فهم تحول غريب حصل في تجربة كيميائية حصلت قبل قرن من الزمان - تقنية النفاثات الدقيقة - إضافة إلكترونات إلى محلول أمونيا" width="1178" height="660" /></a>

كان التحدي التالي بحث تصرف الإلكترونات الذائبة في تركيزات مختلفة. تضمن هذا البحث إطلاق نفاثات دقيقة من المحلول -بسمك شعرة الإنسان تقريبًا- خلال أشعة سينية سينكروترونية، وهي أشعة سينية عالية الطاقة. حفزت الأشعة السينية الإلكترونات المذابة، ما أدى إلى خروجها من قفصها السائل داخل جزيئات الأمونيا. استطاع العلماء حينها قياس مقدار الطاقة المطلوبة لتحرير الإلكترونات المذابة.

وجد الباحثون أنه مع زيادة تركيز الإلكترونات المذابة، يزيد التشابه في إطلاق الطاقة بين المحلول والمعدن. وما يعنيه ذلك: إذا رسمت رسمًا بيانيًا لمقدار الطاقة المطلوبة لتحرير الإلكترونات من قفصها داخل محلول الأمونيا، نجد أن للمعادن خاصية تُعرف بحد فيرمي، وهو تحول لحظي، كما قال ماكمولين. في تركيزات منخفضة من الإلكترونات المذابة، يبدو الرسم البياني هذا مثل تلة مستديرة. فقط عند تركيزات عالية نشهد حدوث خاصية حد فيرمي. وأضاف ماكمولين أن هذا الحد يعكس مقدار الطاقة التي تمتلكها الإلكترونات عند درجة حرارة معينة.

وأضاف ماكمولين قائلًا: «عندما تزيد التركيز للمجموعة المعدنية فإنك ترى نشوء هذا النمط الرائع القريب جدًا من خصائص المعادن».

وكانت النتائج مثيرة للاهتمام إذ أظهرت أن السائل الشبيه بالمعدن المتكون من إضافة معادن قلوية للأمونيا، هو في الحقيقة معدن على المستوى الجوهري الفيزيائي.

«إنه معدن حقيقي، وليس شيئًا يشبه المعادن».

تُستخدم الإلكترونات المذابة منخفضة التركيز في نوع من التفاعلات يدعى تفاعل بيرش، الذي يضيف إلكترونات إلى تركيبات جزيئية تسمى الحلقات العطرية.

استُخدم هذا النوع من التفاعل في تصنيع أول حبوب منع حمل فموية في الخمسينات من القرن الماضي. وبفهم كيفية عمل الإلكترونات المذابة عند تركيزات عالية، قد يكون الباحثون قادرين على إيجاد أنواع جديدة من التفاعلات الكيميائية. مثلًا، يمكنهم تحفيز الإلكترونات المذابة باستخدام أشعة ضوئية لجعلها تتصرف بطرائق جديدة.

وقال ماكمولين أيضًا: «إذا دغدغت الإلكترونات قليلًا لتصبح أكثر طاقة وحيوية، تمكنك مشاهدة بعض التفاعلات الجنونية التي لا تحصل بأي طريقة أخرى».

أعلن الباحثون عن نتائجهم في الخامس من حزيران/ يونيو في مجلة العلوم.

اقرأ أيضًا:

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=65041">ما هي المعادن ؟</a>

<a href="https://www.ibelieveinsci.com/?p=43630">ماذا نعني ﺑ «الهيدروجين المعدني»؟</a>

ترجمة: سامي أنضوني

تدقيق: عون حدّاد

<a href="https://www.livescience.com/metal-century-old-chemistry-experiment.html">المصدر</a>

سامي أنضوني

الأعمال

تشابك كمومي لـ15 تريليون ذرة ساخنة

تفسير جديد محبط لعدم رؤيتنا للفضائيين

تفسير جديد لعدم الثماثل الغريب للقمر

حل لغز تجربة كيميائية عمره 100 عام