أكثر صلابة من الماس ... ماهي المادة الأصلب والأقسى في الكون؟

اختبار الألماس كأكثر المواد صلابة في الكون

لقرون عديدة، كان الماس مثالاً، بل وتعريفاً للمادة الصلبة، أما الآن، يمكن القول ببساطة أن هناك مواد أقوى، لكن القصة ليست بسيطة.

في عام 1812، أراد فريدريش موس إنشاء مقياس لصلابة المواد، ولكن موس كان يفتقر إلى طريقة لقياس مدى تشوه المواد تحت الضغط، لذلك استخدم "التلك" كنقطة انطلاق له، وعرّفه بالواحد، ووضع الماس، وهو أصلب معدن عرفه، عند الرقم 10، مما جعل جميع المواد الأخرى تقع بين الرقمين، وتم تقييم الصلابة بناءً على قدرة إحدى المواد على إحداث خدش واضح على المادة الأخرى، مثل الاختبار الشهير (ولكن غير الموثوق به) لمعرفة ما إذا كان الحجر الكريم حقيقياً من خلال معرفة ما إذا كان يمكنه أن يخدش الزجاج.

مقياس موس للمواد الصلبة

مقياس موس له مشاكله، بما في ذلك حقيقة أن القيم التي خصصها للمواد الوسيطة لم تكن دقيقة تماماً، ومع ذلك، فإنه لا يزال قيد الاستخدام اليوم لبعض الأغراض، حيث يجد الجيولوجيون الميدانيون أنه من المفيد تحديد الصخور غير المعروفة دون امتلاك معدات الاختبار المعقدة.

ونتيجة لنقاط الضعف في مقياس موس، تم إدخال مقاييس أخرى للصلابة بدقة عددية أكبر، وعلى سبيل المثال، يقيس مقياس صلابة فيكرز الحمولة التي يمكن للمادة أن تقاومها دون أن تتشوه.

هل الألماس أكثر مادة صلبة في الكون؟

ومع ذلك، في البداية، وبغض النظر عن المقياس المستخدم، ظل الماس هو المادة الأكثر صلابة، وفي الواقع، يتم إجراء اختبار فيكرز من خلال تطبيق قوة كبيرة على ماس على شكل هرم يتم ضغطه على المادة التي يتم اختبارها، فمن الصعب التغلب على روابط الكربون الأربعة، التي لا تقطعها شوائب الأحجار الكريمة الأخرى، وكان من المفترض على نطاق واسع أنه لا يوجد شيء أقوى.

ومع ذلك، فقد تم الاعتراف بأن هذا الأمر ينطوي على نوع من المبالغة في التبسيط، لأن الماس يأتي في أنواع مختلفة، وبعضها أصلب من البعض الآخر، وأقسى أنواع الماس، المصنفة ضمن النوع IIa، لا تحتوي على أي شوائب تقريباً، وعلى الرغم من أن الماس IIa لا يشكل سوى 1-2 بالمائة من الألماس الطبيعي، إلا أنه يضم العديد من الأحجار الأكثر شهرة في العالم، ومعظم الماس الاصطناعي، المصمم ليكون بأقصى قدر ممكن من الصلابة، هو من النوع IIa.

بلورات نيتريد البورون wBN أكثر صلابة من الماس

لم يقبل الإنسان بهذه السهولة أن الماس هو المادة الأقسى، وتشير محاكاة بلورات نيتريد البورون wBN، التي يتم إنتاجها في حبيبات صغيرة في البراكين، إلى أنه من الممكن تجاوز صلابة الماس، ولكن، لا تتطابق عمليات المحاكاة دائماً مع الواقع، كما أن قطع wBN الطبيعية صغيرة جداً بحيث لا يمكن اختبارها مباشرة.

اللونسداليت أقسى من الألماس

هناك مادة طبيعية أخرى يُقال أنها أقسى من الماس وهي اللونسداليت، ولكن هذا الأمر أيضاً مطروح للنقاش، ومثل الماس، يتكون اللونسداليت من الكربون، ولكنه مرتب في نمط سداسي، وليس مكعب، فهناك سبب وراء بناء النحل لأقراص العسل من الأشكال السداسية، وهو شكل قوي للغاية، ومن الناحية النظرية، يجب أن يكون اللونسداليت أصلب بنسبة 58% من الألماس، ومع ذلك، يتشكل اللونسدالايت بشكل طبيعي فقط عندما تصطدم الكويكبات بالأرض، فالكربون الموجود في الكويكبات والذي يتم ضغطه وتحويله إلى لونسدالايت لا يكون نقياً تماماً أبداً، وآثار العناصر الأخرى تضعف المنتج، وبالتالي، في حين أنه من الناحية النظرية قد يكون هناك بعض اللونسداليت الطبيعي الذي هو أصلب من الماس، إلا أنه لم يعثر عليه أحد.

خصائص الغرافين أكثر صلابة من الماس

حان الوقت للانتقال إلى المختبر، الذي أدى في عام 2004 إلى إنتاج الغرافين، تم إنتاج الغرافين في وقت سابق، لكن العلماء لم يتعرفوا على ماهيته، يشبه الغرافين لونسداليت في كونه مصنوع من الكربون بتركيبة سداسية، ولكن كونه صناعياً فإنه يمكن أن يتجنب مشاكل النقاء، ومع ذلك، فهو موجود كصفائح من طبقة واحدة من الذرات.

إن الغرافين مادة عجيبة، فقد فاز مخترعوها بجائزة نوبل للفيزياء لعام 2010 لاكتشافها، لدرجة أن صلابتها بالكاد تُذكر بين خصائصها الأخرى، ومع ذلك، فهو من الناحية النظرية أصلب من الماس، ومن ناحية أخرى، هناك سؤال معقول حول معنى الصلابة بالنسبة لمادة ثنائية الأبعاد فعلياً.

كما تم تقديم مطالبات أيضاً للعديد من المواد الاصطناعية الأخرى مثل Dyneema وBuckypaper، المتكونة من صفائح من أنابيب الكربون النانوية، ولسوء الحظ، كل هذه العناصر موجودة حالياً بكميات صغيرة لدرجة أنه ليس من العملي مجرد تطبيق اختبار فيكرز عليها وإعلان أن أحدها هو الأصعب.