المحتوى الرئيسى

منة سيف النصر تكتب: لماذا فازت بريطانيا في الفيزياء | ساسة بوست

10/19 12:34

منذ 1 دقيقة، 19 أكتوبر,2016

حصل العلماء البريطانيون الثلاثة (ديفيد ثوليس – David Thouless، ودانكان هالداين – Duncan Haldane، ومايكل كوسترليتز – Michael Kosterlitz)، على جائزة نوبل للفيزياء لعام 2016 وذلك لأبحاثهم في مجال فيزياء المواد المكثفة (condensed matter physics) وهو فرع الفيزياء الذي يتعامل مع الخواص الجوهرية للمادة.

وذلك إثر اكتشافاتهم النظرية في مجال الانتقالات الطورية الطوبولوجية والأطوار الطوبولوجية للمادة.

حيث قالت مؤسسة نوبل: إن أبحاث العلماء الثلاثة «أتاحت إحراز تقدم في الفهم النظري للأسرار الغامضة للمادة، وفتحت آفاقًا جديدة في تطوير مواد مبتكرة».

وستجري فعالية تسليم الجوائز في ستوكهولم، في العاشر من ديسمبر (كانون الأول)، في يوم ذكرى رحيل مؤسس جائزة نوبل؛ ألفريد نوبل. حيث تبلغ قيمة الجائزة هذا العام 8 ملايين كرون سويدي (932 ألف دولار). وتُمنح نصف الجائزة إلى «ديفيد ثاولز» من جامعة واشنطن، والنصف الثاني إلى «فريدريك دانكن هالدين» من جامعة برينستون و«جون مايكل كوسترليتز» من جامعة براون.

لمَ يستحق هؤلاء العلماء الجائزة؟

حقًا لم يكن فوز هؤلاء العلماء بالجائزة بمحض صدفة أو مجرد حظ, فإنها جاءت إثر جهود مضنية وأبحاث غزيرة في هذا المجال وهو دراسة الحالات الطوبولوجية للمادة. حيث أدت أبحاثهم في هذا المجال والتي دامت عدة عقود إلى فتح الباب لمعرفة عالمٍ لم يكن معروفًا من قبل، حيث أدت إلى تقدم مفاجئ في المعرفة النظرية لألغاز المادة.

فقد استخدموا أساليبَ رياضية متقدمة (الطوبولوجيا) لدراسة الأطوار أو الحالات غير العادية للمادة، كالموائع الفائقة والموصلات الفائقة (وهي مواد تسمح بمرور الكهرباء خلالها دون أي مقاومة كهربية تقريبًا)، أو الأغشية المغناطيسية الرقيقة.

مما يمكن العلماء من صنع جيل جديد من الإلكترونيات أو الموصلات الفائقة أو حتى في صنع الحاسوب الكمي (Quantum Computer)، ولكي نفهم ما قام به العلماء علينا أولًا معرفة مصطلح الطوبولوجيا.

ما هو علم الطوبولوجيا (Topology)؟

هو فرع الرياضيات الذي يصف الخواص التي تتغير فقط بخطوات محددة، فهو يدرس الخواص التي تظل ثابتة حتى أو شوه ولكن تتغير إذا قسم, أي تصف الخصائص التي تتغير تدريجيًّا.

حيث باستخدام هذا الفرع من العلم تمكنوا من شرح ما يحدث للمادة في حالاتها المتطرفة (تبريدها للصفر المطلق أو ضغطها لدرجة كبيرة) ونتيجةً لذلك صنعوا مواد (stanene) والتي تتصرف جميع ذراتها كأنها ذرة واحدة كبيرة.

وبهذه الأبحاث فقد تمكن العلماء الثلاثة من إبهار العالم من خلال شرحهم للانتقال الطوري الطوبولوجي للمادة (الانتقالات المفاجئة في خواص المواد)؛ فقد اكتشفوا أن المواد يمكنها صناعة تحولات مفاجئة في خواصها الكهربية.

كما ذكرنا سابقًا أن ما حققه هؤلاء العلماء لم يأتِ بمحض صدفة ولكنه إثر تجارب وأبحاث مضنية دامت مدة عقود؛ ففي أوائل السبعينيات أثبت «مايكل كوسترليتز» و«ديفيد ثاولز» أن التوصيلية الفائقة والميوعة الفائقة يُمكن أن تحدث في الطبقات الرقيقة، على عكس ما كان سائدًا في ذلك الوقت. فقد بينوا أنها يُمكن أن تصبح موصلًا فائقًا، كما أنهم وضحوا الآلية التي تختفي بها خاصية التوصيل الفائق عند رفع درجة الحرارة وهو ما يعرف باسم التحول الطوري.

وفي الثمانينيات قام «ثاولز» بتفسير تجربة سابقة تمت على طبقات رقيقة من مادة موصلة عُيِّن فيها التغير في التوصيلية الكهربية بخطوات من أعداد صحيحة، وبيّن «ثاولز» أن هذه الخطوات كانت طوبولوجية. وفي الفترة نفسها كان «دانكن هالدين» قد اكتشف كيفية استخدام الطوبولوجي في دراسة خواص السلاسل المغناطيسية التي توجد في بعض المواد.

Comments

عاجل