👩🏾‍🏫 👨🏼‍🏭 🌴 نجاح باهر: تم منح نوبل بدلاً من موجات الجاذبية للطبولوجيا 🤽🏽 👩🏿‍🔧 🖖🏾

قال ، "الطبولوجيا مصير" ، وسحب على الأدراج. أولاً على إحدى الساقين ، ثم على الأخرى.
- نيل ستيفنسون

في أوائل أكتوبر Stogkolme، السويد، وقد أعلنت جائزة نوبل للفائزين في الفيزياء. وقد حصل على جائزة المساهمة في تطوير هذا العلم على الفور ثلاثة علماء بريطانيون: ديفيد ثولس (ديفيد ثولس) ، دنكان هالدان (دنكان هالدين) ومايكل كوسترليتس (مايكل كوسترليتس) عن "الاكتشافات النظرية لانتقالات المرحلة الطوبولوجية والمراحل الطوبولوجية للمادة". كان الفيزيائيون مستائين ، لأن الجميع اعتقدوا أن الجائزة ستذهب إلى أعضاء مختلفين في تعاون ليجو ، الذين أعلنوا هذا العام عن أول موجات جاذبية اكتشفت ، وكان مصدرها اندماج الثقوب السوداء. في هذا العام ، اتخذت لجنة نوبل الجانب العملي ومنحت العلماء الذين طوروا طريقة لإنشاء "ثقوب" أو عيوب خاضعة للرقابة في الحالات الميكانيكية الكمومية للمادة المعروفة باسم المكثفات.

أدت دراستهم إلى اختراق في علم المواد وفيزياء المادة المكثفة ، ووعدت بثورة في الإلكترونيات. للسنة الرابعة والعشرين على التوالي ، تم منح الجائزة لمجموعة من الناس ، وللعام 53 على التوالي ، حصل الرجال فقط على الجائزة.

يمكن دراسة الكون من جانبين: هناك نظرية أينشتاين العامة للنسبية ، التي تتحكم في الجاذبية وتطور الزمكان ، وهناك ميكانيكا الكم ، التي تتحكم في ثلاث قوى أساسية أخرى وجميع التفاعلات والمراحل وخصائص المادة. ناقش المجتمع المادي بسعادة أول اكتشاف لموجات الجاذبية ، التي تنبأت بها نظرية آينشتاين منذ فترة طويلة ، ووجدت هذا العام - وفي ذلك الوقت تم اكتشاف اكتشافات مذهلة أخرى ، واختراقات ، وعمل عملي في مجال خلق حالات جديدة للمادة. معظم الناس على دراية بحالات المادة الثلاث - الصلبة والسائلة والغازية ، ولكن هناك حالة رابعة تظهر عندما يتم تسخين الغاز بقوة: البلازما. والعكس بالعكس ، في الطبيعة ، لبعض أنواع المواد ، هناك حالة أخرى تحدث أثناء التبريد القوي: المكثفات.على عكس الحالات الأخرى ، تُظهر المكثفات خصائص فريدة لا توجد في أي مكان آخر في الطبيعة.

لقد أحدثت فيزياء الكم ثورة في وجهات نظرنا حول العالم ، وعلّمتنا ما يلي:
• الطبيعة منفصلة ، وليست متواصلة ، وتتكون من جسيمات أساسية فردية ، كميّة.
• الكميات لها خصائص متأصلة لا يمكن تغييرها: الدوران ، الشحنة الكهربائية ، شحنة اللون ، الرائحة ، إلخ.
• عند إنشاء أنظمة مركبة ، تتجلى خصائص جديدة - على سبيل المثال ، الزخم الزاوي المداري ، والأيزوسبين والأبعاد المادية غير الصفرية.

لكن إحدى النقاط المثيرة للاهتمام هي حقيقة أن خصائص هذه الجسيمات وتفاعلها يمكن أن تظهر نفسها بطريقة مختلفة تمامًا إذا قمت بتحديدها إلى بعدين - سطح مستو - بدلاً من ثلاثة.

لفترة طويلة ، كان يعتقد أن الموصلية الفائقة والسيولة الفائقة ، وهما خواص لبعض المواد ، والتي تتجلى في درجات حرارة منخفضة ، ويتم التعبير عنها في مقاومة الصفر واللزوجة ، على التوالي ، تعمل فقط في مواد ثلاثية الأبعاد. ولكن في السبعينيات من القرن الماضي ، اكتشف مايكل كوسترليتز وديفيد ثولس ليس فقط أن هذه الخصائص يمكن أن تظهر في طبقات ثنائية الأبعاد ، ولكن أيضًا آلية انتقال طور ، والتي تختفي بسببها الموصلية الفائقة عند درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية. مع انخفاض عدد درجات الحرية والقياسات والقوى والتفاعلات ، أصبحت الأنظمة الميكانيكية الكمومية أسهل في الدراسة. تم تبسيط المعادلات المعقدة لثلاثة أبعاد لاثنين. بالنسبة إلى المعادلات التي لم يتم العثور على حلها لثلاثة أبعاد ، هناك حل لبعدين.

تتصرف العديد من الجسيمات وشبه الجزيئية وأنظمة الجسيمات على أنها "عيوب طوبولوجية" ، تشبه إما "ثقوب" (لخلل 0 الأبعاد) أو "سلاسل" (لخلل أحادي البعد) ، تمر عبر فضاء ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد . بتطبيق الطوبولوجيا على أنظمة درجات الحرارة المنخفضة هذه ، يمكن للمرء أن يتنبأ بحالات طوبولوجية جديدة للمادة.

في درجات الحرارة المنخفضة للغاية ، غالبًا ما تتزاوج العيوب الطوبولوجية في الأنظمة المكثفة ثنائية الأبعاد معًا ، والتي لا تتم ملاحظتها في درجات الحرارة المرتفعة.

إن طبيعة الانتقال من حالات درجة الحرارة المنخفضة (حيث يتم تشكيل أزواج الدوامة) إلى درجات الحرارة العالية (حيث تصبح الأزواج مستقلة) تخضع لقواعد انتقال Kosterlitz-Thouless. يؤدي الجمع بين فيزياء الكم والطوبولوجيا إلى حقيقة أن العديد من العمليات الفيزيائية المثيرة للاهتمام تحدث بشكل منفصل ، في خطوات. تحدث الموصلية للمادة الرقيقة في خطوات. تتصرف سلاسل المغناطيس الصغيرة طبولوجيا. تنطبق قواعد المرحلة الانتقالية بالتساوي على جميع المواد في بعدين. في 1980s ، اكتشف Kosterlitz اتصالات في الموصلية ، ووجد دنكان هالدين الخصائص الطوبولوجية لسلاسل المغناطيس الصغير. وعلى الرغم من أن تطبيق هذه الخصائص يمتد إلى مجالات أخرى من الفيزياء - الميكانيكا الإحصائية ، والفيزياء الذرية ، ونأمل أن يمتد قريبًا إلى الإلكترونيات وأجهزة الكمبيوتر الكمومية - الفيزياء ،شرح السلوك المنفصل للمادة بأبعاد أصغر ، يعمل وفقًا لنفس القواعد الطوبولوجية مثل أي نظام رياضي.

, ,

يمكن أن تظهر هذه الخصائص الجديدة فقط في درجات حرارة منخفضة أو في مجالات مغناطيسية قوية جدًا ، ولكن هذا لا يجعلها أقل جوهرية من الخصائص الملاحظة عادةً. إن تأثير الكم الكمومي ، حقيقة أن المغناطيسات الكمومية "الكاملة" هي طوبولوجية و "نصف عدد صحيح" ليست كذلك ، وأنه يمكنك تحديد خصائص المغناطيس الكمي من خلال دراسة أوجهه ، أصبحت السبب وراء جائزة ثالوثنا. بناءً على أبحاثهم ، تم اكتشاف أنواع جديدة غير متوقعة من المواد ، بما في ذلك الخصائص الطوبولوجية ، والتي تظهر أيضًا في مواد ثلاثية الأبعاد. يتم حاليًا دراسة عوازل الطوبولوجيا والموصلات الفوقية الطوبولوجية والمعادن الطوبولوجية بنشاط اليوم ، ويمكن أن تحدث ثورة في الإلكترونيات وتكنولوجيا الكمبيوتر بمجرد أن يتم التحكم فيها.

قرر ألفريد نوبل ، عند إنشاء جائزة نوبل ، أنه يجب منحها للاكتشافات المسؤولة عن "أعظم فائدة للبشرية". وهذا العلم لم يثبت فقط ، ولكنه بالفعل على طريق تغيير حياتنا. وعلى الرغم من وجود عدد كبير من الفرق والأشخاص والاكتشافات القيمة ، إلا أن نوبل هذا العام يذكرنا بالسببين الرئيسيين وراء تطوير العلوم الأساسية: المعرفة والفوائد الاجتماعية للبشرية. هذا العام ، نظرة إلى الماضي حول ما تم اكتشافه من أشياء مدهشة حول المادة في الظروف القاسية تُظهر مدى تقدم معرفتنا. يلهمنا النظر إلى المستقبل لتطبيق هذه الاكتشافات في البحث عن أجيال جديدة من تقنيات الكم. مستقبل غامض يعتمد علينا.

نجاح باهر: تم منح نوبل بدلاً من موجات الجاذبية للطبولوجيا

More articles: