تُعد الجسيمات من أبرز العناصر التي تحتل مكانة حيوية في الثقافة الأكاديمية والشعبية لعام 2024، ويشير العديد من العلماء إلى أن ألعاب الفيديو والأفلام تستند إلى عدد الجسيمات التي تستخدمها لمحاكاة الواقع، وبالإضافة إلى ذلك، يعتمد التقدم العلمي اليوم على نماذج الحواسيب الخارقة التي تستطيع معالجة مليارات الجسيمات في محاكاة واحدة، مما يمكن العلماء من دمج النماذج من مختلف التخصصات وحساب الاحتمالات بدلاً من التوقعات المؤكدة.
ماذا تعرف عن الجسيمات؟
تحتوي الحياة اليومية على جسيمات عديدة، بعضها يتصرف بطريقة تشبه الجسيمات الحقيقية، فمثلاً، تُظهر الأبحاث الحديثة التي نشرت في "مجلة الميكانيكا الإحصائية: النظرية والتجربة" من معهد الفيزياء سبب صعوبة تحديد لحظة الانتقال إلى الحركة الجماعية – وهي اللحظة التي تتحول فيها الأشياء المنفصلة ذات الاتجاهات الفردية لتتحرك جميعها كجسم واحد.
الحركة الجماعية: مفهوم متعدد المجالات
الحركة الجماعية هي ظاهرة معروفة في الفيزياء الجسيمية، لكنها ليست محصورة في العوالم الدقيقة، وعلى سبيل المثال، تعد الأسماك من الأمثلة الشهيرة على الحركة الجماعية، ويعتقد العلماء أن قدرتها على تغيير الاتجاه بشكل معقد هي نتيجة لتطور الأعضاء الحسية لديها، ومع ذلك، هذا لا يفسر تماما الفيزياء التي تحكم كيف تظل المجموعات منظمة وتستجيب بسرعة فائقة.
هل الطيور مثل البلازما؟
في حين أن الطيور قد تبدو بعيدة عن البلازما داخل مفاعل اندماج نووي، فإن الإجابة المدهشة هي أن هناك تشابها فعلاً، فكلاهما يشتركان في خصائص السوائل مثل الماء والرياح، وتبقى الأسئلة حول لماذا تحدث هذه التشابهات، وكيف يمكن للكائنات "ذاتية الدفع" مثل الأسماك والطيور والخلايا أن تطابق المفاهيم الفيزيائية الخاصة بالجسيمات.
أصل الاكتشافات
في تصريح من مختبر "SISSA" في إيطاليا، قال جوليان تايلور من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إن فضوله المهني حول هذا الموضوع يعود إلى ملاحظة زميله العالم هيوغس شاتي قبل 20 عاما، حيث لاحظ شاتي أن استجابة الجسيمات المغناطيسية تعتمد على الضغط ودرجة الحرارة، واعتقد العلماء حينها أن خاصية مثل هذه قد تفسر كيف تتشكل مجموعات الأسماك والطيور.
الفوضى التي تقود إلى النظام
لكن في التجربة الجديدة، وجد العلماء أن هذه المجموعات تتفاعل استنادا إلى تقلبات، وفي الميكانيكا الإحصائية، تُعتبر التقلبات صيغة تظهر ارتفاع العشوائية (الاحتمال للفوضى) في النظام، سواء كان ذلك في سرب من الطيور أو مجرى دم، وأظهرت التجربة أن حتى المغناطيسات استجابت للفوضى بطريقة غير منتظمة، مما أدى في النهاية إلى تشكيل مجموعات منظمة.
استنتاجات هامة عن حركة الجيسمات
كانت هذه النتيجة غير صحيحة لكل النماذج التي اختبرها العلماء، لكنها تنطبق حتى على السيناريوهات الأكثر تعقيدا مثل تجمع الحمام استنادا إلى ما يستطيع رؤيته وحسابه ذهنيا، وليس فقط عن طريق الحواس الأخرى.
ومن خلال إنشاء نموذجهم الجديد الخاص من أجل حساب النتائج المشابهة لما هو معروف بالفعل عن الحركة الجماعية، يأمل العلماء أن يتمكنوا من تشجيع العمل المستقبلي باستخدام هذا النموذج أو غيره من النماذج الجديدة لدفع معرفتنا إلى الأمام، ويوضحون: "لتوضيح فائدة نهجنا، نسلط الضوء على أنه تم تطبيقه بنجاح على حالة الجسيمات النشطة التي تعاني من عزم الدوران النيماتي".
عزم الدوران النيماتي
إن عزم الدوران النيماتي هو استجابة في المرحلة غير العادية للمادة المعروفة باسم بلورات الزمن، عندما تصطف الذرات بشكل أنيق بالتوازي ويمكن مزامنتها (عزم الدوران في هذه الحالة هو الالتواء، أو الدوران، لتلك الذرات كحركة جماعية)، ووجد العلماء أن التقلبات تجعل الجسيمات أكثر استجابة لبعضها البعض، وبطريقة ما، أكثر ثباتًا في هذه الاستجابة، وهذا يعني أن هذا السلوك الجماعي يمكن أن يفسر تكوين بلورات الزمن نفسها، حيث تكون الذرات قادرة على التباطؤ والمزامنة، وهذه مجرد خطوة واحدة نحو الطريق الطويل لفهم هذه الظواهر.
