إعجاز علمي جديد يقلب الموازين

🔴 من يومين، علماء الفيزياء نجحوا لأول مرة في التاريخ (يجمدوا) الضوء نفسه!! ويحولوه لنوع جديد من المادة، سائل وصلب في نفس الوقت!

ده مش خيال علمي، ولا سيناريو مستقبلي بعيد... بل هو اكتشاف علمي حقيقي حصل واتنشرت تفاصيله في بحث كبير من كام يوم، والنتايج بتاعته ممكن تغير فهمنا للكون كله!

طب ازاي الضوء اللي هو اصلا شيء مش مادي، ممكن يتجمد؟ وازاي في حاجة ممكن تبقى صلبة وسائلة في نفس الوقت؟

هات بقى كوباية شايك الحلوة والنعناع ف ايدك، وتعالى أحكيلك عن تفاصيل الموضوع المذهل ده ☕️👇

⚫️ بص يا سيدي... من حوالي اسبوعين الا كام يوم، وتحديدًا يوم 5 مارس اللي فات، في بحث علمي جديد نشره علماء من ايطاليا في مجلة "ساينس" العالمية بيعلن إنهم نجحوا - ولأول مرة في التاريخ - في تحويل الضوء لحالة مادية غريبة جدًا اسمها "السائل الصلب" أو المادة فائقة الصلابة "السوبر سوليد Supersolid"!

🔴 طب هو ايه السائل الصلب ده بالظبط؟

السوبر سوليد ده يا صديقي هو حالة مادية غريبة جدًا بتجمع بين خصائص متناقضة: بتبقى صلبة وذراتها منظمة زي المواد الصلبة (يعني ذراتها مرتبة في شكل بلوري) وفي نفس الوقت بتتحرك وبتتدفق زي السوائل لكن من غير أي احتكاك!

السوائل زي ما انت عارف، ليها لزوجة او Viscosity معينة، وللتبسيط ممكن نقربها لذهنك بإننا نطلق عليها معامل احتكاك.. ومعامل اللزوجة أو الاحتكاك ده بيعبر عن الاحتكاكات الداخلية اللي بتحصل جوه السائل وعلى سطحه وهو بيتحرك.. وكل السوائل التقليدية تقريبًا ليها لزوجة او معامل احتكاك ملحوظ.. يعني مثلا المية لما بتيجي تصبها من إزازة، لازم بتلاقي شوية نقط متجمعة على جدار الإزازة من جوه.. ونفس الكلام مع أي سائل تاني، باختلاف عدد القطرات، وعدد البقايا اللي بتتبقى من أي سائل لما بيتحرك..

لكن مواد ال Supersolid دي بقى بتبقى مواد صلبة، لكنها موجودة في صورة شبه السوائل.. وكنتيجة لده مبيكونش ليها لزوجة أو معامل احتكاك خالص تقريبًا.. وبالتالي فهي بتتحرك بدون ما تسيب وراها أي آثار، بشكل غريب أشبه بالسحر!

🟣 طب بتتعمل ازاي المواد دي؟

علشان تعمل حاجة زي دي، محتاج تبرد المادة لدرجات حرارة قريبة جداً من الصفر المطلق (حوالي -273 درجة مئوية).. ولو سألتني عن السبب، ف هشبهلك الموضوع بالأطفال اللي بتلعب في حوش صغير.. طول ما هما عندهم طاقة والجو طبيعي، هتلاقيهم بيتنططوا ف كل حتة ونشطين.. لكن لما الجو يبرد والدنيا تبقى تلج، هتلاقيهم بردانين وبيتكتكوا، ومش قادرين يتحركوا من مكانهم، وثابتين..

نفس الموضوع بيحصل في العالم الكمي.. لما تبرد المواد للحد ده، حركة الذرات جواها بتهدا خالص، وساعتها بتظهر تأثيرات ميكانيكا الكم الغريبة وبتحكم سلوكها، وبتحولها لنوع جديد ومذهل من المادة، صلب وفي نفس الوقت بيتحرك زي السوائل.. شبه الزئبق كده!

ومش بس كده.. ده العلم اكتشف إن في سوائل زي الهيليوم لما بتتبرد للدرجات دي، بتوصل لمرحلة مش بس ما بيبقاش فيها احتكاك، ده هي كمان ممكن تتسرب من الأوعية اللي هي محطوطة فيها وتطلع فوق الحواف لوحدها!

⚫️ طب ماشي.. ايه بقى علاقة الضوء بالموضوع؟!

في البداية، العلماء يا صديقي كانوا بيقدروا يعملوا السوبر سوليد ده من الغازات الذرية بس، اللي هي بتتكون من ذرات.. بس المفاجأة هي إن المرة دي نجحوا يعملوه من فوتونات الضوء نفسه عن طريق ربطها بالمادة بطريقة معقدة.. والاكتشاف ده لأول مرة في التاريخ يحول شيء طاقي وغير مادي زي الضوء، لشيء صلب وسائل في نفس الوقت.. حاجة مستحيل تصدقها ولا تفهمها الا لما تشوفها بعيونك!

لكن ازاي قدروا يعملوا حاجة زي دي؟!

العلماء يا صديقي في البحث الجديد بتاعهم، استخدموا طريقة مبتكرة علشان يقدروا يعملوا الإنجاز غير المسبوق ده..

1️⃣ الخطوة الأولى كانت انهم خلوا الضوء "يلتصق" بالمادة! وعلشان يعملوا كده، العلماء استخدموا شعاع ليزر مركز ووجهوه على مادة غريبة اسمها زرنيخيد الجاليوم (اللي هو مركب من الغاليوم والزرنيخ)... وأول ما الليزر اصطدم بالمادة دي، بدأ يتفاعل مع الإلكترونات جواها!

2️⃣ التفاعل ده خلق جسيمات هجينة غريبة اسمها "البولاريتونات".. ودي عبارة عن نص ضوء ونص مادة! حاجة بيسموها "أشباه الجسيمات أو Quasi Particles".. تخيل معايا كده كائن هجين زي المينوتور في الأساطير الإغريقية، بس المرة دي مش نص إنسان ونص ثور... بل هو نص ضوء ونص إلكترون!

3️⃣ البولاريتونات دي، عشان تبقى فاهمها بالظبط، هي عبارة عن تفاعلات منسقة بين مجموعة كبيرة من الجسيمات، بس بتتصرف كإنها كيان مستقل!

⚫️ يعني بالظبط زي الناس اللي بتبقى واقفة على الشط وعاملين صف طويل بجسمهم كده.. لو بصيت عليهم من وانت قدامهم، هتشوفهم ناس عاديين واقفين.. لكن لو بصيت عليهم من طيارة، هتلاقيهم مثلا راسمين بأجسامهم صورة طيارة ولا فراشة مثلا..

نفس الموضوع بالظبط بيحصل في البولاريتونات دي.. بتبقى عبارة عن اضطرابات في المادة بتتصرف كإنها كيان مستقل، برغم انها مش متكونة من جسيمات حقيقية، بل هي مجرد اضطرابات غير مادية عاملة بالظبط زي الأشباح اللي في افلام الرعب.. كيانات مالهاش اجسام مادية، وبرغم كده بتقدر تكسر وتبوظ الدنيا!

4️⃣ المهم بقى ان بعد كده، العلماء قدروا يتحكموا في البولاريتونات دي بعمليات توجيه معقدة عشان تتصرف زي المواد فائقة الصلابة.. يعني بالبلدي كده، قدروا يربطوا الضوء بالمادة بطريقة خاصة جدًا، وده خلاهم يعملوا سائل صلب، مكون جزئيًا من الضوء!

🔴 طب معلش يعني بعد كل الكلام المجعلص ده، إيه فايدته الاكتشاف الغريب ده، وليه طالعين بيه السما؟!

حسب الدراسة، فالكشف ده مش بس بيدينا نظرة جديدة على طريقة التفاعل بين الضوء والمادة، بل هو كمان غير فهمنا للضوء نفسه.. النور اللي طول عمرنا فاكرينه عبارة عن طاقة ومالوش كتلة، دلوقتي بقينا نقدر نخليه يتصرف زي المواد الصلبة والسائلة في نفس الوقت! وبكده هنقدر نشوف ازاي الطاقة نفسها بتتفاعل مع المادة.. حاجة كده -تاني- أشبه بالسحر، ولو حد في العصور الوسطى شافها، كان هيفتكرنا شياطين بنستعمل السحر..

🟣 ومش بس كده.. الباحثين يا صديقي بيقولوا إن السوبر سوليد الجديد ده ممكن يستخدم في:

- تطوير كمبيوترات كمية Quantum Computers أحسن وأسرع من اللي موجودة حاليًا، اللي هي بالفعل أسرع مليون مرة من الكمبيوترات العادية!

- تصميم أنواع جديدة من الموصلات الفائقة Super Conductors اللي بتقدر تنقل الكهرباء بكفاءة من غير فقد في الطاقة..

- كمان هيتم استعمالها في صناعة مواد تشحيم أو Lubricants بتشتغل بدون احتكاك نهائي.. وده ممكن يغير صناعة الماكينات والمواتير سواء في العربيات أو الطيارات..

- كل ده ولسه في تطبيقات تانية محدش حتى فكر فيها!

🔴 وهنا بقى ييجي السؤال: إحنا كعرب ومصريين فين من الأبحاث المتقدمة دي؟ وهل هنشوف يوم معامل ومراكز أبحاث عندنا بتعمل اكتشافات زي دي؟ ولا هنفضل بس بنستهلك التكنولوجيا من غير ما نشارك في صناعتها؟

يهمني أعرف رأيك في كومنت تحت، ومتنساش تعمل شير للموضوع عشان يوصل لناس اكتر. وهتلاقي مصدر البحث الأصلي في أول كومنت 👇

شكرًا ❤️

#علام

تمكن العلماء من "تجميد" الضوء—أي إبطائه إلى درجة التوقف مؤقتًا—من خلال تقنيات متقدمة تعتمد على التفاعل بين الضوء والمادة الكمومية، مثل الذرات الفائقة البرودة أو المواد ذات الخصائص البصرية الفريدة. فيما يلي بعض الطرق التي استخدمها الباحثون لتحقيق هذا الإنجاز:

1. استخدام تكاثف بوز-أينشتاين (BEC)

في عام 1999، تمكنت العالمة ليزا رانجل وفريقها في جامعة هارفارد من إبطاء الضوء بشكل كبير باستخدام تكاثف بوز-أينشتاين (BEC)، وهو حالة خاصة من المادة تتكون عند تبريد ذرات معينة إلى درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق.

• قام الفريق بتسليط نبضة ضوئية على غاز الصوديوم المبرد بشدة، حيث تفاعلت الفوتونات مع الذرات بطريقة جعلت الضوء يتباطأ بشكل كبير حتى توقف تمامًا لفترة قصيرة.

• يمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال التأثير الكمومي حيث تقوم الذرات بامتصاص وإطلاق الفوتونات بطريقة تحفظ المعلومات البصرية دون السماح للضوء بالتحرك فعليًا.

2. استخدام البلورات الفوتونية ومواد ذات معامل انكسار عالٍ

تمكن باحثون آخرون من إبطاء الضوء وحتى تجميده باستخدام مواد ذات خصائص بصرية فريدة، مثل البلورات الفوتونية. هذه المواد تحتوي على أنماط دورية من التركيب الجزيئي تؤدي إلى تفاعل الضوء بطرق غير عادية:

• داخل هذه المواد، يتم التحكم في تدفق الضوء عبر ظاهرة تُعرف بـ التشتت المتحكم به، حيث يتم إجبار الفوتونات على التحرك داخل بيئة تجعلها تتباطأ حتى التوقف.

• بعض هذه التجارب تعتمد على التداخل بين المجالات المغناطيسية والضوء داخل المادة، مما يؤدي إلى ظواهر غير مألوفة مثل تخزين الضوء لفترات قصيرة.

3. استخدام "الذاكرة الضوئية" في الألياف البصرية

في تجارب حديثة، استخدم العلماء أنظمة تعتمد على "الذاكرة الضوئية"، حيث يتم تشفير المعلومات الضوئية داخل مادة ثم إعادة إطلاقها لاحقًا:

• في عام 2013، تمكن فريق بحثي في ألمانيا من "تخزين" فوتونات داخل بلورة خاصة ثم إطلاقها بعد فترة من الزمن، مما يُشبه فكرة إيقاف وتحرير الضوء عند الطلب.

• تستخدم هذه التقنية في التطبيقات الحديثة مثل الحوسبة الكمومية، حيث يمكن تخزين المعلومات الضوئية ثم إعادة تشغيلها عند الحاجة.

التطبيقات المستقبلية

تجميد الضوء يمكن أن يكون له تأثير هائل على التكنولوجيا، من تحسين كفاءة الحوسبة الكمومية، إلى تطوير شبكات الاتصالات فائقة السرعة، وأيضًا استكشاف ظواهر فيزيائية جديدة في مجال الكم.

هذه التقنيات لا تزال في مراحل التطوير، ولكنها تُظهر إمكانيات غير مسبوقة في التحكم بالضوء بطرق كانت تُعتبر مستحيلة في الماضي! 🚀