آیا گربه‌ها مایع هستند؟

این جایزه به تقلید از جایزه‌ نوبل، هر سال پاییز به عجیب‌ترین و حتی گاهی خنده‌دارترین مطالعات علمی تعلق می‌گیرد. براساس تعاریف متعارف در فیزیک، ماده‌ای مایع است که بتواند شکل هر ظرفی را که در آن قرار می‌گیرد، به خود بگیرد، اما همه‌ ما بارها در واقعیت یا در فیلم‌ها و تصاویری که از طریق شبکه‌های مجازی منتشر می‌شوند، دیده‌ایم که بدن گربه‌ها هم در شرایطی از این تعریف پیروی می‌کند!

مارک آنتوین فاردین (Mark-Antoine Fardin) برنده این جایزه ابتدا با شنیدن این سوال خندیده اما پس از آن تصمیم می‌گیرد با دوباره‌نویسی معادلات، مشکلات علم جریان‌شناسی و تغییر شکل ماده را نشان دهد. تمرکز این مطالعه بر تغییر شکل و جریان یافتن مواد بوده و در نهایت توانسته با مطالعه‌ تغییر شکل گربه‌ها برنده‌ جایزه‌ ایگ نوبل فیزیک امسال شود. جوایز ایگ نوبل هر سال توسط سازمان تحقیقات غیرمحتمل (Improbable Research) به تحقیقات علمی همراه با شوخی تعلق می‌گیرد. هدف این جایزه، مطرح کردن تحقیقاتی است که ابتدا موجب خنده مردم می‌شود، اما چند لحظه بعد آنها را به فکر فرو می‌برد. مراسم اهدای جایزه ایگ‌نوبل، هر سال در دانشگاه هاروارد واقع در ایالت ماساچوست آمریکا برگزار می‌شود.

اما واقعا مایع چیست؟! همین‌طور که گفتیم، مهم‌ترین قسمت از تعریف مایع این است که باید قادر باشد در هر ظرفی که قرار می‌گیرد، شکل آن ظرف را به خود بگیرد. البته مدت زمان این وضعیت از اهمیت برخوردار است و از ویژگی‌های ماده محسوب می‌شود. در علم جریان‌شناسی و تغییر شکل ماده به این زمان، زمان رهایی (Relaxation Time) گفته می‌شود. براساس این که ماده‌ای بتواند شکل ظرف محتوی را در مدت زمان کم‌تر یا بیش‌تر از زمان رهایی مشخصش حفظ کند، می‌توان نتیجه گرفت که آن ماده، مایع هست یا نه. اگر ما این تعریف را در خصوص گربه‌ها در نظر بگیریم، حقیقت این است که اگر آنها زمان کافی در اختیار داشته باشند، می‌توانند شکل ظرفی را که در آن قرار می‌گیرند، به خود بگیرند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که گربه‌ها مایع هستند، به شرطی که ما زمان مورد نیاز برای مایع شدن را به آنها بدهیم. در علم تغییر شکل مواد، حالت مواد ویژگی ثابتی نیست. در نتیجه زمان رهایی باید در موارد گوناگون اندازه‌گیری شود تا مشخص شود آیا مثلا زمان رهایی گربه بر اساس سن گربه تغییر می‌کند؟ شکل ظرف تأثیری بر این زمان دارد؟ یا میزان استرس‌های مکانیکی به گربه می‌تواند روی آن تأثیری داشته باشد؟

نتیجه‌ای که از بررسی گربه‌ها به دست آمد، این بود که باید برای مشخص کردن دقیق حالت یک ماده، مقایسه‌ دو زمان رهایی و زمان آزمون (Experimental Time) ـ زمان ورود ماده به ظرف تا به شکل ظرف درآمدن ماده ـ مورد نیاز است و تنها با اکتفا به این ویژگی که ماده قادر است شکل ظرفی را که در آن قرار دارد، به خود بگیرد، نمی‌توان گفت که ماده مایع است.

فاردین با مطرح کردن این سوال که آیا گربه‌ها مایع هستند، توانست معادلات خاص فیزیکی جریان مواد که از محاسبات گوناگون روی زمان آزمون و زمان رهایی به دست می‌آیند، مانند عدد دِبورا (Deborah Number)، عدد رینولدز (Reynolds Number) و عدد ویسنبرگ (Weissenberg Number) را در علم جریان‌شناسی و تغییر شکل مواد به صورت جامع‌تری توضیح و بسط دهد تا تعاریف دقیق‌تری برای حالت مواد ارائه شود. او در مصاحبه‌ای که پس از دریافت جایزه‌ خود داشته، گفته که امیدوار است این تحقیق ابتدا باعث خنده و سپس فکر کردن مردم شود!

منبع: Science Alert

مترجم: عسل اخویان طهرانی