کشفی تعجب آور در فیزیک با الهام از نقاشی مشهور ون گوگ ماه فانتزی شب پرستاره واقعی است؟
آبی طرح: نقاشی نمادین «شب پرستاره» ون گوگ به کشف یک گردابه کوانتومی جدید کمک کرد.
به گزارش آبی طرح به نقل از خبر آنلاین، یک پیش بینی علمی که دهه ها فقط در حد فرضیه بود، سر انجام به حقیقت پیوست. دانشمندان توفیق یافتند نوعی پریشانی عجیب در دنیای کوانتوم را ببینند و ساختارهایی هلالی شکل پیدا کنند که شباهت جالبی به ماه در نقاشی معروف «شب پرستاره» ون گوگ دارند.
آیزاک آسیموف، نویسنده مشهور علمی ـ تخیلی، روزی اظهار داشته بود: «در علم، هنر وجود دارد و در هنر، علم.» این کشف تازه مثال واقعی این جمله است و پیوندی میان یکی از شناخته شده ترین آثار هنری قرن نوزدهم و دنیای پیچیده فیزیک کوانتومی برقرار کرده است.
مبحث اصلی این تحقیق پدیده ای به نام «ناپایداری کلوین ـ هلمهولتز» است. این پدیده زمانی رخ می دهد که دو لایه ی سیال (مثل آب و هوا) با سرعت های متفاوت از کنار هم عبور کنند و سبب ایجاد موج و گردابه شوند. در زندگی روزمره این حالت را در شکل ابرها، موج های رودخانه یا آب دریا می توان دید.
هیرو میتسو تاکئوچی، استاد دانشگاه اوساکا و نویسنده اصلی این مطالعه، می گوید: «پرسش ما ساده بود: آیا این نوع پریشانی می تواند در سیالات کوانتومی هم اتفاق بیفتد؟»
سیالات کوانتومی موادی هستند که طبق قوانین کوانتوم رفتار می کنند، نه فیزیک معمولی. آنها اصطکاک ندارند و رفتارشان وابسته به حالات بسیار ظریف کوانتومی است که ایجاد و کنترلشان بسیار دشوار است. بنابراین تا قبل از این، کسی این پدیده را در چنین موادی ندیده بود.
اما این تیم علمی توانست با روشی خلاقانه آنرا ثبت کند. آنها گازی از اتم های لیتیوم را تا دمایی نزدیک به صفر مطلق سرد کردند، به حالتی که به آن «چگالش بوز ـ اینشتین» می گویند؛ حالتی که اتم ها مثل یک موج واحد رفتار می کنند. سپس این موج کوانتومی را به دو بخش هم پوشان تقسیم کردند که با سرعت های متفاوت از کنار هم عبور می کردند. در محل برخورد این دو جریان، الگوهای موجی شکل گرفت که شبیه مراحل اولیه همان ناپایداری کلوین ـ هلمهولتز در دنیای معمولی بود.
اما بخش جالب ماجرا تازه از اینجا آغاز شد. در این محیط کوانتومی، پریشانی فقط موج ایجاد نکرد، بلکه گردابه هایی پدید آمد که شکل و رفتارشان با دنیای عادی فرق داشت. این گردابه ها «اسکیرمیون های کسری خارج از مرکز» نام گرفتند و برخلاف اسکیرمیون های معمولی که گرد و متقارن اند، هلالی شکل بودند و درونشان نقاطی وجود داشت که نظم چرخشی معمولی را کاملا به هم می زد.
به قول تاکئوچی، ماه هلالی بزرگی که در گوشه بالای سمت راست نقاشی «شب پرستاره» ون گوگ دیده می شود، شباهت زیادی به همین اسکیرمیون های هلالی دارد.
اسکیرمیون ها پیشتر به خاطر نقش بالقوه شان در فناوری هایی مثل «اسپین ترونیکس» (سیستمی برای ساخت ابزارهای پردازش و ذخیره سازی داده با استفاده از چرخش ذرات به جای جریان برق) مورد توجه بودند. کشف نوع جدیدی از آنها در سیالات کوانتومی می تواند راه های تازه ای برای ساخت و کنترل این ساختارها بوجود آورد و حتی نظریه های ما درباره ی دسته بندی ساختارهای کوانتومی را به چالش بکشد، چون این نوع جدید در قالب دسته بندی های فعلی جا نمی گیرد.
این تحقیق همینطور تأیید می کند که ناپایداری کلوین ـ هلمهولتز یک پدیده جهانی است و هم در دنیای کلاسیک و هم در دنیای کوانتومی رخ می دهد.
پژوهشگران حالا قصد دارند آزمایش های دقیق تری انجام دهند تا پیش بینی های بالاتر از یک قرن پیش درباره ی طول موج و فرکانس این پریشانی ها را بررسی نمایند و ببینند آیا گردابه های مشابه در سیستم های کوانتومی دیگر یا در ابعاد بالاتر هم پدید می آیند یا نه.
سرانجام، کشفی که از الهام یک اثر هنری قرن نوزدهم آغاز شد، امکان دارد قسمتی از درک ما از فیزیک قرن بیست ویکم را دگرگون کند.
مترجم: ریحانه اسکندری
منبع: interesting engineering
حرف آخر اینکه آنها اصطکاک ندارند و رفتارشان وابسته به حالات بسیار ظریف کوانتومی است که ایجاد و کنترلشان بسیار دشوار است. اما این تیم علمی توانست با روشی خلاقانه آن را ثبت کند. کشف نوع جدیدی از آنها در سیالات کوانتومی می تواند راه های تازه ای برای ساخت و کنترل این ساختارها بوجود آورد و حتی نظریه های ما درباره ی ی دسته بندی ساختارهای کوانتومی را به چالش بکشد، چون این نوع جدید در قالب دسته بندی های فعلی جا نمی گیرد.
منبع: abitarh.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب