يقول فيزيائيون في الولايات المتحدة إنهم ابتكروا محاكاة توضح، لأول مرة، إمكانية استخدام “الزجاج المثالي”، مما يحل مشكلة عقود من الزمنمفارقة.

في بعض النواحي، نوع الزجاج الذي تشرب منه الماء المثلج له قواسم مشتركة مع السائل أكثر من البلورات المجمدة العائمة داخله. وجزيئاته مختلطة مثل تلك الموجودة في السائل، وهي بنية عشوائية من ترتيب واحد فقط من الترتيبات الممكنة التي لا تعد ولا تحصى.

الزجاج المثالي مختلف. ما قد يبدو وكأنه فوضى مختلطة من الجزيئات لن يكون له خيارات أخرى – أو، كما هو معروف في الفيزياء، الحد الأدنى من الإنتروبيا.

وكان هذا النوع من الزجاج تمت مناقشته لأول مرة في عام 1948 بواسطة الكيميائي والتر كوزمان، الذي اقترح أنه بسبب انخفاض الإنتروبيا عندما تبرد السوائل وتشكل الزجاج، فقد تكون هناك درجة حرارة منخفضة بما يكفي للقضاء عليها تمامًا. سيظل هذا ترتيبًا عشوائيًا، لكنه سيتم تعبئته بدقة شديدة بحيث لا يمكن إعادة تشكيله بأي طريقة أخرى.

في العقود التي تلت ذلك، تمت مناقشة جدوى مثل هذا الزجاج المرتب بشكل متناقض على نطاق واسع.

في الدراسة الجديدة، استخدمت عالمة الفيزياء فيولا بولتون لوم وزملاؤها من جامعة أوريغون نماذج حاسوبية لإظهار أن الزجاج المثالي ممكن في صورة ثنائية الأبعاد، وهو زجاج يحتوي على جزيئات ذات ترتيب غير متبلور ولكنها أيضًا مرتبة وموحدة للغاية، لذا فهو يتصرف مثل البلورة المثالية.

“بالإضافة إلى حل لغز طويل الأمد، تمثل هذه المنهجية اختصارًا قيمًا في توليد أنظمة زجاجية متوازنة جيدًا.” يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.

“إن إنشاء مثل هذا التغليف المثالي يجعل من الممكن إجراء استكشاف وشرح كاملين للأنظمة المحشورة والزجاجية ثنائية الأبعاد.”

كان من الواضح أن التبريد العادي لن ينجح في الوصول إلى الحالة الزجاجية المثالية، بل سيستغرق الأمر وقتًا لا نهائيًا. بالنسبة لنماذجهم، قدموا رمز غش من نوع ما يسمح بذلك جزيئات الزجاج ليتم تغيير حجمها لأنها معبأة.

تُحدث هذه الدرجة الإضافية من المرونة فرقًا، حيث تنتج زجاجًا يبدو غير متبلور بعد يعرض الخصائص البلورية. وعلى وجه التحديد، يكون الزجاج الناتج أكثر صلابة واستقرارًا من المعتاد، حيث يمتلك كل جسيم في المتوسط ​​ست نقاط اتصال مع جاره للحصول على هذا الدعم الإضافي.

وقال الفيزيائي إريك كوروين، من جامعة أوريغون، لإنجريد فاديلي: “نعتقد أننا توصلنا إلى حل، من خلال إظهار أن مثل هذه الحالة ليست مفارقة على الإطلاق”. Phys.org. “في الواقع، يمكننا بنائه.”

إحدى الطرق التي قد يختلف بها الزجاج عن الزجاج العادي هي كيفية تفاعله إذا تعرض للضرب. وبدلاً من أن يتسبب ذلك في حدوث اهتزازات عشوائية وفوضوية للزجاج العادي، فإن الزجاج المثالي سوف يهتز بانتظام تام – مثل الماس، على سبيل المثال.

سيكون هناك أيضًا ما يسمى فرط التوحيد في المادة الجديدة. عند النظر إليها عن قرب، لن ترى أي جسيمات متجمعة أو فجوات فارغة، حيث يشغل كل جسيم مقدارًا مناسبًا من المساحة.

من المهم أن نأخذ في الاعتبار أن هذا البحث نظري: لم يتمكن أحد بعد من تصنيع زجاج مثالي في المختبر. في الواقع، يعترف الباحثون بأن التدفئة القياسية وعمليات التبريد لن يكون ذلك كافيًا لصنع هذا الزجاج، إذ يجب إيجاد طرق جديدة قبل أن يتم إنتاجه.

ومع ذلك، يُظهر العمل أن الزجاج المثالي ليس أمرًا مستحيلًا، ونظرًا لخصائصه الخاصة، فمن المحتمل أن يكون مناسبًا للعديد من الأغراض المتنوعة. من الصعب تحديد ماهية هذه الأغراض، نظرًا لأنه ما زال الوقت مبكرًا لتخيل هذه المادة.

هناك الكثير مما يمكن للباحثين التحقيق فيه فيما يتعلق بالزجاج المثالي وتطوره، لا سيما كيف يمكن تكرار رمز الغش المستخدم في عمليات المحاكاة في عمليات التصنيع المادية الفعلية. ونظرا للتقدم في علم الموادهناك سبب للاعتقاد بأن الزجاج المثالي قد يكون موجودًا يومًا ما.

متعلق ب: هذا البلاستيك الحيوي الجديد المذهل يمكن أن يكون المادة الخارقة للغد

“ستكون الأساليب الجديدة ضرورية لإنشاء مثل هذه العبوات عمليًا، حيث لا يمكن الوصول إليها من خلال العمليات الحرارية أو الميكانيكية الشائعة”. يكتب الباحثين.

“لإنشاء مثل هذه الأنظمة عمليًا، يجب تطوير التنفيذ المادي لخوارزميتنا.”

وقد تم نشر البحث في رسائل المراجعة البدنية.