حسین کعبی: وقتی فیگو را در جام جهانی زدم....
در دنیای نانو همه چیز امکانپذیر است
اشیایی با ابعاد نانو مانند بلوکهای مولکولی سلولهای زنده یا ابزار تکنولوژی نانو به طور مداوم در معرض برخورد با مولکولهای مجاور قرار دارند. در چنین محیطهای متغیری نیاز به بازنویسی قوانین اصلی ترمودینامیکی که دنیای ماکروسکوپی را هدایت میکنند، بشدت احساس میشود. یک تیم تحقیقاتی بینالمللی کشف کرد نانوذراتی که در معرض نور لیزر قرار میگیرند، به طور موقت قانون دوم و معروف ترمودینامیک را نقض میکنند.
به گزارش nanodaily ، معمولا مشاهده یک فیلم در حالی که به عقب برمیگردد باعث خنده شما میشود، زیرا اتفاقات مرموز و غیرمنتظرهای رخ میدهد. بهعنوان مثال ذرات شیشه روی زمین به آرامی به سمت یکدیگر میرود و به گونهای شگفتانگیز به یکدیگر وصل میشود و در نهایت این خردهشیشهها با به هم پیوستن یک پارچ بلوری میسازد. با دیدن چنین صحنههایی بلافاصله متوجه این موضوع میشویم که این اتفاقات غیرعادی است. درواقع فرآیندهای بسیاری در طبیعت است که به عقب برنمیگردد. این موضوع به قانون دوم ترمودینامیک مربوط میشود. این قانون متضمن این مفهوم است که یک فرآیند فقط در یک جهت معین پیش میرود و هیچ گاه در جهت خلاف آن اتفاق نمیافتد. با این حال زمانی که در دنیای ماکروسکوپی اتمها و مولکولها دقت میکنیم، قانون دوم ترمودینامیک کمتر مشاهده میشود. در مقیاس نانو این قانون بسرعت نقض میشود. در مواردی نادر، ممکن است وقایعی را ببینید که هرگز در مقیاس ماکروسکوپی اتفاق نمیافتند. برای مثال گرما به سرما تبدیل میشود که این اتفاق در زندگی روزمره مشاهده نمیشود. قانون دوم ترمودینامیک به طور متوسط در مقیاس نانو معتبر است و دانشمندان فریب این وقایع نادر را خورده و روی برگشتناپذیری در مقیاس نانو در حال تحقیق و بررسی هستند.
بتازگی یک تیم از فیزیکدانان دانشگاه وین، موسسه علوم فوتونی در بارسلونا و موسسه تکنولوژی فدرال سوئیس در زوریخ موفق شدند به طور دقیق، احتمال وقوع حوادث گذرا ـ که قانون دوم ترمودینامیک را نقض میکنند ـ پیشبینی کنند. آنها بلافاصله با استفاده از قضیه نوسانات ریاضی، کرهای شیشهای با قطر کمتر از صد نانومتر را در معرض نور لیزر قرار دادند. تنظیمات آزمایشی این امکان را فراهم کرد تا تیم تحقیقاتی بتواند کره نانو را در جای خود نگه داشته، بعلاوه با دقت بسیاری موقعیت آن را در هر سه بعد فضایی اندازهگیری کند. دانشمندان دمای کره نانو را به دمایی پایینتر از دمای مولکولهای گاز اطراف آن رساندند و آن را در حالت بیتعادلی قرار دادند. سپس دستگاه خنککننده را خاموش کرده و مشاهده کردند ذره از طریق انرژی مولکولهای گاز به دمای بالاتر میرسد. دانشمندان گاهی اوقات، هر چند بندرت، مشاهده میکردند کره شیشهای طبق قانون دوم ترمودینامیک عمل نمیکند: کره نانو بیش از آن که گرمای محیط را دریافت کند، به محیط اطراف گرما میداد. نظریهای که از این آزمایش به دست آمد، تائید کرد قانون دوم ترمودینامیک در مقیاس نانو محدودیتهایی دارد.
چارچوب تجربی و نظری که از سوی این تیم تحقیقاتی ارائه شد کاربردهای بسیاری داشت. اشیایی که ابعاد نانو دارند مانند بلوکهای مولکولی سلولهای زنده یا ابزار تکنولوژی نانو به طور مداوم به علت حرکت حرارت مولکولهای اطراف آنها در معرض اصابت قرار میگیرند. مطالعات بیشتری به منظور روشن کردن فیزیک بنیادین سیستمهای نانو در حالت عدم تعادل صورت خواهد گرفت. این مطالعات به درک ما از عملکرد نانوماشینها در چنین شرایط متغیری کمک خواهد کرد.
گفت و گو
