اقتصاد دانش بنیان

اگر در ساختار يک کريستال با دقت نگريسته شود، شبکهاي منظم از اتمها قابل مشاهده هستند که مانند پنجره‌ هاي عمارت امپاير استيت با ظرافت کنار يکديگر قرار دارند. اگر با همين دقت به يک تکه شيشه بنگريد، نظم کمتري خواهيد ديد؛ بيشتر شبيه يک توده ماسه يا شايد پنجره‌ هاي ساختمان فرانک گري است. طبيعت بسيار منظم کريستالها سبب آساني مطالعه رياضياتي آنها ميشود. فيزيکدانان تئوريهايي در مورد اين ويژگيها ارائه دادهاند، از جمله اينکه چگونه گرما را جذب ميکنند يا وقتي ميشکنند، چه اتفاقي ميافتد، اما اين تئوريها براي مواد بيشکل و نامنظم شيشهاي مانند آنچه در پنجره‌ ها به کار ميرود يا در گلدانها و جام وجود دارد، قابليت کاربرد ندارد. درواقع هيچ تئوري کاملا پذيرفتهشدهاي درباره رفتار اين ترکيبات وجود ندارد. براي بيش از 30 سال فيزيکدانان در مورد نوعي تغيير حالت پررمز و راز در فاز مواد در مدلهاي تئوري مواد نامنظم با يکديگر بحث و مجادله داشتهاند؛ اين وضعيت ممکن است در شيشه معمولي هم وجود داشته باشد.

حل مسئله
دکتر شو يادا از دانشگاه دوک موفق شده است به کمک مجموعه گستردهاي از محاسبات پيچيده جبري که تماما به وسيله دست انجام شده و همچنين با جادوي رياضي که از فيزيک ذرات به امانت گرفته شده، اين ابهام را برطرف سازد. تئوري دکتر يادا بر اين تکيه دارد که برخي از انواع شيشه ممکن است در دماهاي پايين در فرم جديدي از ماده وجود داشته باشند که بر چگونگي پاسخ آنها به گرما، صدا، تنش و همچنين الگوي شکستنشان
تاثيرگذار باشد. دکتر پاتريک چاربونو، دانشيار شيمي دانشگاه دوک و از مشاورين مطالعه، ميگويد: «ما به سرنخهايي از تغيير حالت ماده دست يافتيم که تا قبل از اين جرئت بيانشان را نداشتيم. زيرا بخشي از جامعه علمي ميگفت چنين چيزي امکان ندارد، اما در نهايت متوجه شديم اين کاملا ممکن است.»
رياضيات پشت شيشه‌ ها و ساير سيستمهاي نامنظم بسيار راحتتر حل ميشوند؛ اگر تصور کنيم اين مواد در يک جهان با ابعاد بينهايت وجود دارند. در چنين حالتي و با وجود تعداد بيشمار بعد، ويژگيهاي آنها نسبتا آسان محاسبه ميشود؛ شبيه به ويژگيهاي کريستالها که ميتوانند براي جهاني سه يا چهاربعدي محاسبه شوند. پرسش اينجاست که آيا چنين مدلي با دنياي واقعي مرتبط است؟ براي محققاني که اين محاسبات را انجام ميدهند، ريسک اساسي اين بود که اگر بعد را تغيير دهند، اشيا به اندازه کافي آرام عوض ميشوند و شما ميتوانيد همزمان با تغيير از تعداد بينهايت ابعاد به سه يا چهاربعد، شکلگيري آنها را مشاهده کنيد.

تعداد بيشمار ابعاد
يکي از ويژگيهاي اين محاسبات ابعاد بينهايت، حضور يک تغيير فاز است که تغيير گاردنر خوانده ميشود. (نام پژوهشگري که اولين بار آن را کشف کرد، اليزابت گاردنر بود.) اگر اين ويژگي در شيشه موجود باشد، ميتواند به صورت معناداري سبب تغيير ويژگيهاي آن در دماهاي پايين گردد. اما آيا اين تغيير فاز که در ابعاد نامتناهي وجود دارد در سه بعد هم يافت ميشود؟ در دهه 80 ميلادي تيمي از فيزيکدانان مجموعهاي از محاسبات رياضي را صورت دادند که به اين پرسش پاسخ منفي ميداد و چنين چيزي را امکانناپذير ميدانست. براي سه دهه نقطهنظر غالب اين بود که چنين تغيير حالتي اگرچه از ديدگاه تئوري جالب به نظر ميرسد، اما به دنياي واقعي نامرتبط است. اين نگاه تا انجام پژوهش دکتر چاربوند و همکارانش و يافتن سرنخهايي که نشان از چنين تغييري در شيشه‌ هاي سهبعدي ميداد، وجود داشت. در اين چارچوب، چنين يافتهاي کاربردهاي پراهميتي خواهد داشت. دکتر يادا که مجموعهاي از مطالعات را در فيزيک ذرات هم انجام داده است، نگاهي دوباره به مدارک قديمي رياضيات داشت. اين محاسبات در يافتن يک نقطه ثابت در سه بعد موفق نبوده؛ پيشنيازي که براي وجود يک تغيير فاز الزامي است، اما اگر در اين محاسبات يک پله جلوتر برويم، پاسخ ممکن است تغيير کند. به اين ترتيب بعد از يک ماه و در قالب 30 صفحه محاسبه راهحل به دست آمد. دکتر يادا توضيح ميدهد: لحظه‌ هايي اينچنيني دليل علاقه من به علم است. تنها يک نقطهنظر ساده به نظر ميآيد، اما در اين زمينه حرفهاي زيادي براي گفتن دارد. بنابراين ميتوان گفت چنين چيزي که در نگاه اول عجيب و غريب به نظر ميرسد و در دهه 60 و 80 ميلادي کشف شده، با دنياي سهبعدي ما ارتباط فيزيکي دارد. نتايج اين پژوهش پس از يک سال مطالعه و برررسيهاي متعدد و بيش از 60 صحفه محاسبات پيچيده، در نهايت در اواخر ماه مه در مجله Physical Review Letters به چاپ رسيد. دکتر چاربونو ميگويد: اين حقيقت که چنين تغيير فازي در دنياي سهبعدي ما موجود است، به آن معناست که اکنون ميتوانيم به صورت جدي دنبال آن بگرديم. اکنون دانسته‌ هاي ما درباره مواد بدون شکل دچار تحول بنيادين ميشود و مهم نيست اين ترکيبات پلاستيک بيشکل باشد يا شيشه پنجره.

منبع: مجله دانش بنیان