آزمایش چکیدن قیر؛ وقتی صبوری از علم سبقت می‌گیرد

آشنایی با این مطلب می‌تواند برای هر کسی که به مرزهای باریک بین واقعیت و شهود علاقه‌مند است، فوق‌العاده جذاب و دانش‌افزا باشد. در این مقاله قصد داریم به بررسی یکی از عجیب‌ترین و طولانی‌ترین پروژه‌های علمی تاریخ بپردازیم که هنوز هم در جریان است و پرسش‌های مهمی را درباره ماهیت مواد مطرح می‌کند. آیا واقعاً ممکن است ماده‌ای که با چکش خرد می‌شود، در حقیقت یک مایع باشد؟ چرا دهه‌ها زمان لازم است تا تنها یک قطره از این ماده سقوط کند و چرا دانشمندان زندگی خود را وقف تماشای این پدیده کرده‌اند؟ ما در اینجا به مرور داستان آزمایش چکیدن قیر (Pitch Drop Experiment) می‌پردازیم و می‌خواهیم ببینیم چرا این آزمایش ساده، به یکی از نمادهای صبر در جهان مدرن تبدیل شده است.

ریشه‌های یک ایده؛ توماس پارنل و چالش قیر

همه چیز از سال ۱۹۲۷ شروع شد، زمانی که توماس پارنل (Thomas Parnell) در دانشگاه کویینزلند استرالیا تصمیم گرفت به دانشجویانش ثابت کند ظاهر مواد می‌تواند فریبنده باشد. او مقداری قیر مشتق شده از ذغال سنگ را ذوب کرد و در یک قیف شیشه‌ای مسدود شده ریخت تا به مدت سه سال کاملاً سرد و تثبیت شود. پارنل به خوبی می‌دانست که این ماده در دمای اتاق آنقدر سخت است که با ضربه چکش مانند شیشه می‌شکند. در نهایت در سال ۱۹۳۰ او انتهای قیف را برید تا اجازه دهد این مایع فوق‌العاده غلیظ سفر طولانی خود را به سمت پایین آغاز کند. این شروع ساده، آغازگر داستانی شد که اکنون از عمر بسیاری از دانشگاه‌های مدرن هم بیشتر است.

فیزیک پنهان؛ ویسکوزیته‌ای فراتر از تصور

ویسکوزیته (Viscosity) یا همان گرانروی، پارامتری است که مقاومت یک مایع در برابر جاری شدن را تعریف می‌کند. در مورد قیر استفاده شده در این آزمایش، محاسبات نشان می‌دهند که ویسکوزیته آن حدود ۲۳۰ میلیارد بار بیشتر از آب است. این یعنی مولکول‌های قیر به قدری محکم به هم چسبیده‌اند که حرکت آن‌ها در کنار یکدیگر به سختی انجام می‌شود. برای درک بهتر، تصور کنید که عسل در دمای اتاق بسیار روان به نظر می‌رسد، اما قیر دو میلیون برابر غلیظ‌تر از عسل است. همین ویژگی باعث می‌شود که تشکیل و سقوط یک قطره تنها چند گرمی، به زمانی نزدیک به یک دهه نیاز داشته باشد.

جان مینستوم؛ مردی که تمام عمر منتظر ماند

جان مینستوم (John Mainstone) فیزیکدانی بود که در سال ۱۹۶۱ مسئولیت نگهداری از این آزمایش را بر عهده گرفت و بیش از ۵۲ سال از آن مراقبت کرد. تراژدی بزرگ زندگی او این بود که با وجود دهه‌ها انتظار، هرگز نتوانست لحظه چکیدن یک قطره را با چشمان خود ببیند. یک بار برای خوردن قهوه از اتاق بیرون رفت و قطره افتاد، بار دیگر سیستم فیلمبرداری درست در لحظه حساس از کار افتاد. او حتی در سال ۲۰۰۰ که قطره هشتم سقوط کرد، تنها چند لحظه دیر به صحنه رسید و فقط شاهد جدا شدن قطره بود. مینستوم در سال ۲۰۱۳ از دنیا رفت در حالی که وفادارترین تماشاگر یکی از آرام‌ترین نمایش‌های طبیعت بود.

حماسه دوبلین؛ وقتی دوربین‌ها بیدار بودند

اما کالج ترینیتی دوبلین (Trinity College Dublin) هم از اکتبر سال ۱۹۴۴ آزمایش مشابهی را شروع کرده بود. بالاخره ۸ روز پیش، زحمات دانشمندان این کالج به بار نشست و برای اولین بار در تاریخ، دوربین‌ها توانستند برای اولین بار، چکیدن یک قطره را از یک قطعه قیر جامد ثبت کنند.

ساعت پنج عصر روز ۱۱ جولای، دوربین‌هایی که با سرعت زیاد فیلم برمی‌داشتند، توانستند، سقوط این قطره را ثبت کنند. شین برگین (Shane Bergin) فیزیکدان این مرکز، می‌گوید که بسیار هیجان‌زده است. این موفقیت علمی ثابت کرد که با تکنولوژی مدرن می‌توانیم پدیده‌هایی را که از حوصله عمر انسانی خارج است، به دقت رصد کنیم. پیش از این، تمام آنچه از لحظه سقوط می‌دانستیم، حدس و گمان‌های ریاضی بود، اما حالا سندی بصری از آن در اختیار داریم.

ماجرای دراماتیک قطره نهم در کویینزلند

در سال ۲۰۱۴، جهان علم منتظر سقوط قطره نهم در دانشگاه کویینزلند بود تا طلسم ناکامی‌های مینستوم شکسته شود. با توجه به نصب چندین وب‌کم، هزاران نفر به صورت آنلاین در حال تماشای این قیف تاریخی بودند. اما زمانی که قطره در آستانه جدا شدن بود، حادثه‌ای عجیب رخ داد که همه را در بهت فرو برد. آندرو وایت (Andrew White)، سرپرست جدید آزمایش، متوجه شد که لایه قطرات قبلی در ظرف زیرین بالا آمده و مانع سقوط آزاد قطره نهم شده است. او مجبور شد ظرف را تعویض کند، اما در حین این کار، لرزش دست باعث شد قطره نهم بشکند و از بین برود بدون اینکه به صورت طبیعی سقوط کند. این حادثه نشان داد که حتی در علمی‌ترین آزمایش‌ها، عامل انسانی و اتفاقات پیش‌بینی نشده نقش مهمی ایفا می‌کنند.

مرز باریک جامد و مایع در مواد پلیمری

این آزمایش فراتر از یک سرگرمی طولانی، درس‌های بزرگی درباره علم مواد (Materials Science) به ما می‌دهد. بسیاری از موادی که ما در زندگی روزمره جامد می‌پنداریم، در مقیاس‌های زمانی طولانی رفتاری کاملاً مشابه مایعات از خود نشان می‌دهند. قیر در اینجا به عنوان یک «جامد آمورف» عمل می‌کند که فاقد ساختار کریستالی منظم است. در واقع، اتم‌های این ماده دائماً در حال حرکت و لغزش روی یکدیگر هستند، اما با سرعتی که برای حواس پنج‌گانه ما قابل درک نیست. این یعنی مفهوم جامد بودن، بیش از آنکه یک ویژگی ذاتی مطلق باشد، به مقیاس زمانی مشاهده ما بستگی دارد.

جایزه ایگ‌نوبل و شهرت جهانی آزمایش

در سال ۲۰۰۵، به پاس دهه‌ها تلاش و صبر، جایزه ایگ‌نوبل (Ig Nobel Prize) در رشته فیزیک به توماس پارنل و جان مینستوم اهدا شد. این جایزه به تحقیقاتی تعلق می‌گیرد که ابتدا مردم را می‌خنداند و سپس آن‌ها را به فکر وامی‌دارد. آزمایش چکیدن قیر دقیقاً همین ویژگی را داشت؛ در ابتدا مضحک به نظر می‌رسید اما عمق علمی آن ستودنی بود. مینستوم برای دریافت جایزه به هاروارد سفر کرد و این موضوع باعث شد توجه رسانه‌های جهانی به این آزمایش جلب شود. حالا این قیف کوچک شیشه‌ای، یکی از مشهورترین اشیاء علمی جهان است که در کتاب رکوردهای گینس هم ثبت شده است.

تکنولوژی در خدمت تماشای کندترین پدیده جهان

امروزه آزمایش چکیدن قیر دیگر در یک گوشه گردوخاک گرفته آزمایشگاه نیست، بلکه در یک محفظه با دمای کنترل شده نگهداری می‌شود. تغییرات دمای محیط در دهه‌های گذشته باعث شده بود که فواصل بین سقوط قطرات نامنظم باشد، اما اکنون همه چیز تحت نظر است. چندین دوربین با کیفیت بالا به صورت ۲۴ ساعته از قیف فیلمبرداری می‌کنند و تصویر آن به صورت زنده برای جهانیان پخش می‌شود. محققان امیدوارند با حذف متغیرهای محیطی، بتوانند ویسکوزیته دقیق قیر را در شرایط استاندارد دوباره محاسبه کنند. این پیوند میان یک آزمایش قرن نوزدهمی و تکنولوژی قرن بیست و یکمی، شکوه علم را نشان می‌دهد که هرگز از جستجو باز نمی‌ماند.

روانشناسی صبر در دنیای سرعت

در دورانی که ما برای لود شدن یک صفحه وب چند ثانیه هم صبر نداریم، آزمایش قیر یک یادآوری فلسفی است. این آزمایش به ما می‌آموزد که برخی از حقایق جهان تنها با گذشت زمان و صبر استراتژیک آشکار می‌شوند. دانشمندانی که روی این پروژه کار می‌کنند، نوعی ایثار علمی را به نمایش می‌گذارند که در آن نتیجه نهایی ممکن است پس از مرگ آن‌ها حاصل شود. این نگاه بلندمدت در تضاد مستقیم با فرهنگ «نتیجه‌گرایی فوری» در جامعه مدرن قرار دارد. تماشای این آزمایش، تمرینی برای ذهن است تا یاد بگیرد جهان همیشه با ریتم و سرعت ما حرکت نمی‌کند.

آینده آزمایش؛ در انتظار قطره دهم

اکنون چشمان جهان به قطره دهم دوخته شده است که پیش‌بینی می‌شود در اواخر دهه ۲۰۲۰ سقوط کند. با توجه به اینکه قیر موجود در قیف به تدریج کمتر می‌شود، فشار هیدرواستاتیکی کاهش یافته و فاصله بین قطرات طولانی‌تر خواهد شد. دانشمندان تخمین می‌زنند که قیر کافی برای ادامه این آزمایش تا ۱۰۰ سال آینده در قیف وجود دارد. این یعنی نسل‌های بعدی فیزیکدانان نیز فرصت خواهند داشت تا نگهبان این گنجینه علمی باشند. هر قطره، فصلی جدید در کتابی است که نوشتن آن قرن‌ها به طول می‌انجامد و هر بار حقیقتی تازه از بطن ماده بیرون می‌کشد.

Smart FAQ

مطالب مرتبط

زنان کارآفرین در دنیای تکنولوژی: وقتی خاورمیانه از جهان سبقت می‌گیرد

رمزگشایی از افکار انسان؛ وقتی هوش مصنوعی بدون تماس فیزیکی ذهن را می‌خواند

داستان روبیکا و حساب‌های کاربری جعلی: وقتی با برداشتی اشتباه «هسته‌زایی» صورت می‌گیرد و تفسیر نادرستی از مسیر…

وقتی علم از تعصب فاصله می‌گیرد: سیگار ظاهرا «برخی» بیماری‌ها را بهتر می‌کند! اما …

نمایش جادوگر شهر اُز با بازآفرینی هوش مصنوعی گوگل بر پردهٔ کروی Sphere لاس‌وگاس

فیلم جادوگر شهر اُز | داستان و نقد The Wizard of Oz (1939)