داستانی که می‌خوام براتون تعریف کنم، واقعیته و واقعاً مغز آدم رو سوت می‌کشه! تصور کنین یه تیکه طلا رو انقدر داغ کنن که دماش به ۱۹۰۰۰ کلوین (دقیقاً درست خوندین، نوزده هزار کلوین) برسه، ولی هنوز آب نشده باشه! خب شاید بپرسین کلوین چیه؟ کلوین یکی از واحدهای دماست که دانشمندا ازش استفاده می‌کنن، مخصوصاً برای دماهای خیلی بالا. حالا نکته اینجاست که دمای ذوب معمولی طلا فقط ۱۳۳۷ کلوینه و با این آزمایش، طلا تقریباً ۱۴ برابر دمای ذوب خودش رو تحمل کرد و همچنان «تکه‌ای از طلا» موند! 😳
این آزمایش خارق‌العاده رو یه تیم از دانشمندای SLAC National Accelerator Laboratory (یه آزمایشگاه فنی در آمریکا که تخصصش روی فیزیک ذرات و شرایط افراطیه) و دانشگاه Nevada Reno انجام دادن. اسم دستگاهی که استفاده کردن “Matter in Extreme Conditions” یا به اختصار MEC هست، که به معنی «ماده در شرایط خیلی افراطی» ـه. اینجا منظورشونه که مواد رو تا حدی آزمایش می‌کنن که به شکل عادی هیچوقت بهش نزدیک نمی‌شیم.
روش کارشون هم باحاله: اول یه لایه خیلی نازک از طلا رو گذاشتن و با لیزر روش، یهویی حسابی گرما زدن (در حدی که در بازه‌ی تریلیونیوم ثانیه اتفاق افتاد. یعنی در کسری از کسری از کسریِ یه ثانیه! 😅). بعدش یه پالس ایکس-ری (همون پرتوی ایکس که برای عکس‌برداری پزشکی هم استفاده میشه ولی خیلی قوی‌تر و سریع‌تر) انداختن روش. با این کار، تونستن دقیقاً لرزش اتمای طلا رو تحت اون گرمای وحشتناک ببینن و اندازه بگیرن.
اینجا یه نکته فنی دارم براتون: قبل از این، دانشمندای دنیا می‌تونستن فشار و چگالی این طور مواد رو اندازه بگیرن (چگالی یعنی نسبت جرم به حجم یه ماده)، اما اندازه‌گیری دمای واقعی همیشه یه چالش بزرگ بوده و مدل‌هاش کلی خطا داشتن. یعنی فقط یه حدس می‌زدن، اونم با کلی خطای احتمالی! اما حالا با این روش جدید، برای اولین بار تونستن دقیقاً بفهمن دما واقعاً چقدره.
تو این کار، دما رو دقیق اندازه گرفتن و نتیجه مثل بمب توی انجمن فیزیک صدا کرد! چون طبق همه‌ی نظریه‌های قدیمی، ماده معمولاً وقتی دماش چند برابر نقطه ذوب بشه، باید متلاشی یا بخار بشه که بهش تو فیزیک “فاجعه آنتروپی” می‌گن (آنتروپی یعنی بی‌نظمی در سیستم، و اینجا یعنی ماده یهویی نظم خودش رو از دست بده و بریزه بهم!). ولی دانشمندا دیدن اگه یه ماده رو خیلی خیلی سریع گرم کنین، اون دیگه وقت نمی‌کنه که منظمیش رو از دست بده یا تغییر ساختار بده. خلاصه طلا هنوز سالم باقی موند و ذوب نشد!
تام وایت، یکی از استادای فیزیک و جزو تیم تحقیق، گفت: «کلاً انتظار نداشتیم طلا بتونه به این دما برسه و هنوز جامد بمونه! اصلاً هدفمون این نبود، ولی علم همینه، وقتی دنبال یه چیز میری، یه چیز جدیدتر کشف می‌کنی!» خلاصه این کشف، یه نظریه‌ی قدیمی از دهه ۱۹۸۰ رو باطل کرد و نشون داد اگه خیلی سریع ماده رو گرم کنیم، اون «فاجعه آنتروپی» که فکر می‌کردیم، الزامی نیست اتفاق بیفته.
یکی دیگه از کارای باحال این تیم اینه که روششون می‌تونه برای چیزای دیگه هم استفاده بشه: مثلاً برای فهمیدن دمای هسته سیاره‌ها یا مناطق داخل راکتورهای همجوشی (Fusion Reactors یعنی دستگاه‌هایی که می‌خوان مثل خورشید انرژی درست کنن و در اون‌ها ماده رو به دماهای وحشتناک می‌رسونن)، که قبلاً دماشون دقیق اندازه‌گیری نمی‌شد.
یکی از دانشمندا تو تیم به شوخی گفت: «نگران نباشید، ما قانون دوم ترمودینامیک رو نقض نکردیم!» (قانون دوم ترمودینامیک یکی از قوانین پایه فیزیکه، خلاصه‌ش اینه که توی یه سیستم بسته، بی‌نظمی یا همون آنتروپی هیچ وقت کم نمی‌شه!) منظورش این بود که این دستاورد هیچ ضدیتی با قوانین بزرگ فیزیک نداره، بلکه فقط نشون میده سرعت گرم کردن چقدر اهمیت داره.
باب ناگلر، یکی دیگه از دانشمندا، گفت احتمالاً تو آزمایشای قبلی هم خیلی از مواد به این دماها رسیدن ولی چون نمی‌تونستن دمای واقعی رو اندازه بگیرن، متوجه نشدن. اون می‌گه: «اگه تو اولین امتحان این روش، تونستیم یه فرضیه‌ی سفت و سخت علمی رو زیر سوال ببریم، نمی‌تونم صبر کنم ببینم دفعه‌های بعد چه کشفایی در انتظارمونه!»
یک کلام، این تحقیق نشون داد هنوزم جهان کلی راز و شگفتی تو چنته داره! مقاله اصلی این پژوهش هم تو مجله Nature چاپ شده (Nature یکی از معتبرترین مجلات علمی دنیاست).
پس اگه دفعه بعد دیدین دانشمندها دارن درباره‌ی گرم کردن شدید یا دماهای عجیب‌غریب حرف می‌زنن، بدونین طلا دیگه حسابی تابوشکنی کرده و همه رو حیرت‌زده گذاشته!
منبع: +
