العلماء الصينيون يبتكرون محركا بحجم ذرة واحدة تستخدمه روبوتات نانوية
تاريخ النشر: 12th, July 2023 GMT
قامت مجموعة من العلماء الصينيين بنقل مبدأ المحرك الرباعي الأشواط إلى المستوى الكمومي.
ويعد الابتكار مثابة كلمة جديدة في إنشاء روبوتات نانوية على نطاق ذري. فيما لم يتفق العلماء بعد على جوهر العمليات، لكن نشر المقال بهذا الشأن في مجلة Nature Communications يشير بوضوح إلى إمكانات الدراسة.
وكان من المعتقد سابقا أنه كلما زادت قوة الخصائص الكمومية للأيونات، ازدادت كفاءة محرك الحرارة الجزيئية.
وقام الباحثون بتعريض أيون الكالسيوم لإشعاع ليزر مختلف الشدة والتردد. وعند ذلك تغيرت شدة إطلاق الطاقة بواسطة الأيونات على شكل تدفق الفوتون بطريقة سجلت أعلى كفاءة في وضع المحرك "الرباعي الأشواط"، عندما يتناوب "التسخين" و"التبريد" بترتيب معيّن، بينما لم يُعرف قبل ذلك أي شيء عن زيادة الكفاءة باستخدام قمع الخصائص الكمومية للأيونات.
وقال العلماء:" يركّز بحثنا بشكل أساسي على العرض التوضيحي. ومن أجل إنتاج محركات جزيئية قابلة للاستخدام أو توفير الطاقة في روبوتات نانوية، نحتاج إلى إيجاد وسيط عمل مناسب، مثل بخار الماء في المحرك البخاري".
وتم اكتشاف مثل هذا الوسيط الرمزي في سياق التأثير المتعدد الأوجه على أيون الكالسيوم بمساعدة الليزر. وبالطبع هو ليس بخارا. لكنها مجموعة من الظواهر التي يتم فيها تحويل الطاقة من الخارج (بمساعدة الليزر) إلى عمل محلي. ويحتاج العلماء الآن إلى معرفة كيفية استخدام هذه الظاهرة في الممارسة العملية ، وكذلك العثور على أكثر الطرق فعالية لتوليد أقصى قدر من الكفاءة، كما كان الحال عند "التسخين.
المصدر: VK
المصدر: RT Arabic
كلمات دلالية: كورونا الطاقة الذرية روبوت مشروع جديد
إقرأ أيضاً:
تهديدات من الفضاء تقلق الأرض!
في مساء الرابع من سبتمبر 2024 اقترب كويكب صغير لا يتعدى قطره المترين يدعى (2024 RW1) من الأرض ودخل الغلاف الجوي ليحترق فوق سماء جزيرة لوزون الفلبينية وتسقط بعض أجزائه في البحر، ورغم أن الحدث قد يبدو عاديا إلا أن ما يبدو غير عادي هو أن هذا الكويكب اكتشف قبل عشر ساعات فقط قبل دخوله الغلاف الجوي للأرض وبالتالي فهو يطرح سؤالا حول مدى قدرتنا (بما نملكه من تقنيات رصد متقدمة) من كشف الأخطار المحيطة بكوكب الأرض والقادمة من الفضاء قبل حدوثها بوقت يسمح لنا بأخذ الاحتياطات المناسبة لتجنب الكوارث التي قد تسببها هذه الأخطار أو التقليل منها في حال حدوثها؟
في هذا المقال نسلط الضوء على بعض الأخطار التي تهدد الحياة على كوكب الأرض ومدى قدرتنا على التنبؤ بها قبل وقوعها وهل يمكن لبعض هذه الأخطار أن تدمر الحياة على هذا الكوكب.
خطر الكويكبات والمذنبات
تعد الكويكبات أحد مكونات النظام الشمسي والتي يعتقد أنها تشكلت قبل 4.5 مليار سنة أي في الفترات الأولى لتكون النظام الشمسي. وتدور الكويكبات في حزام الكويكبات بين المريخ والمشتري ويبلغ حجمها من عدة أمتار إلى مئات الكيلومترات غير أن كتلتها مجتمعه لا تعادل كتلة القمر.
تخرج بعض هذه الصخور عن مدارها وينتهي بها الأمر أحيانا في مسار تصادمي مع الأرض، وتسمى هذه الصخور الفضائية المسافرة بالنيازك.
وعلى امتداد الحقب الزمنية المختلفة شكلت النيازك خطرا كبيرا على الأرض إذ يعتقد العلماء أن نيزكا كبيرا اصطدم بالأرض تسبب في انقراض الديناصورات قبل حوالي 66 مليون سنة في نهاية العصر الطباشيري، وهذا الحدث وإن كان واحدا فقط من الاحتمالات العديدة التي يطرحها العلماء (البعض يرجح أن تغيرا مناخيا أو انفجارا مستعرا أعظم تسبب في الانقراض الذي حد في أواخر العصر الطباشيري) إلا أن تكراره ليس بالأمر المستبعد، ففي 30 يونيو عام 1908 شهدت مقاطعة كراسنويارسك الروسية انفجار نيزك في الغلاف الجوي بقوة 12 ميجا طن تقريبا (أي ما يعادل ألف ضعف القنبلة النووية التي ألقيت على هيروشيما)، ورغم أن هذا الانفجار وقع في منطقة نائية إلا أنه خلّف دمارا هائلا في الأشجار بلغ حوالي 80 مليون شجرة على مساحة 2150 كيلومترا مربعا من الغابات، وفي عام 2013 تكرر الحدث ولكن بدرجة أقل حيث انفجر نيزك قدّر العلماء قطره بحوالي 19 مترا فوق مدينة تشيليابنسك الروسية وأدى إلى إصابة أكثر من 1400 شخص نتيجة تحطم زجاج المنازل وواجهات المحلات. ورغم أن العلماء يعتقدون أن هناك علاقة عكسية بين قطر النيزك واحتمالية اصطدامه بالأرض بحيث إنه كلما كان قطر النيزك كبيرا قلت نسبة اصطدامه بالأرض بمعنى أن جرما بحجم 20 مترا أكثر احتمالية من الارتباط بالأرض من جرم آخر قطره 100 متر إلا أن وقوع اصطدام مشابه لما حدث في مقاطعة كراسنويارسك في أي منطقة أخرى مكتظة بالسكان ستكون أضراره كارثية على هذه المنطقة وربما على الأرض بشكل عام.
ولا يستبعد العلماء خطر المذنبات فبسبب حجمها الكبير وسرعتها العالية، تحتوي هذه الأجرام على طاقة هائلة، قد تؤدي إلى دمار واسع يشبه ما يسببه الكويكب، وبالتالي فإن سيناريو الاصطدام يعد كارثيا إذا أضفنا إلى ما سبق التركيب الكيميائي الذي يحتوي على بعض الغازات ذات التركيب السام، كما أن هذا الاصطدام قد يصاحبه حرائق وبراكين وموجات مد تسونامي وربما يؤدي إلى تأثيرات مناخية طويلة الأمد. وتبقى نسبة اصطدام المذنبات ضئيلة جدا إذ يقدر العلماء أن مذنبين فقط ارتطما بالأرض قبل ملايين السنوات وذلك بسبب الحماية التي يوفرها كوكبا المشتري وزحل.
انفجارات شمسية خطرة
رغم أن الشمس تشكل مصدر الحياة على الأرض، إلا أن التوهجات الشمسية الضخمة قد تكون خطيرة إذا كانت قوتها هائلة. فمثل هذه التوهجات قد تتسبب في عواصف مغناطيسية تدمر شبكات الكهرباء وأنظمة الاتصالات، مما قد يؤدي إلى انهيار تكنولوجي شامل. كما يمكن أن تؤثر التوهجات الشمسية الضخمة أيضًا على الغلاف الجوي بطرق تهدد الحياة. وربما يكون حدث كارينجتون أو (Carrington Event) عام 1859أكبر مثال على ذلك، إذ يُعد هذا الحدث أكبر عاصفة مغناطيسية مسجلة في التاريخ، حيث تسبب هذا الانفجار الشمسي الضخم في انبعاث كتلي إكليلي ضخم وصل إلى الأرض خلال 17 ساعة فقط، مما أطلق عاصفة مغناطيسية قوية، كما أدى إلى اشتعال الحرائق في أنظمة التلغراف في أوروبا وأمريكا الشمالية، وأدى إلى انقطاعات ضخمة في الاتصالات. كما تم تسجيل مشاهدات لأضواء الشفق القطبي بوضوح في مدارات منخفضة لم تسجل فيها مشاهدات للشفق القطبي من قبل ويذكر الدكتور حسن باصرة نقلا عن مخطوطات تاريخية أنه تمت رؤية أضواء الشفق القطبي بوضوح في مكة المكرمة خلال نفس الفترة التي حدثت فيها هذه العاصفة الشمسية الكبيرة.
وليست التوهجات الشمسية الخطر الوحيد القادم من الشمس إذ إن الشمس وإن كانت تصنف كونها نجما متوسط العمر إلا أن العلماء يعتقدون أن هذا النجم سيفقد مخزونه من الهيدروجين المشتعل في مركزه ويتحول بعدها إلى عملاق أحمر حيث سيتوسع مداره ليبتلع الكواكب الداخلية (عطارد والزهرة والأرض والمريخ).
ومما يصعب التنبؤ بهذا الأمر أن الإشعاع القادم من الشمس والذي يستغرق 8.3 دقيقة ليصل إلى الأرض لا يعطينا فكرة دقيقة عن التغير الذي يحدث في نواة الشمس خاصة إذا ما علمنا أن الفوتونات تحتاج ما بين 10000 إلى 100000 عام لتقطع رحلتها من نواة الشمس إلى سطحها، لذلك فإن الضوء الذي نراه اليوم قادما من الشمس تكّون قبل عشرات أو مئات الآلاف من السنين وعلى هذا فإن التنبؤ بأي تغير يحدث أو حدث لن نستطيع معرفته إلا بعد مرور فترات طويلة. وبتالي فوصول الشمس إلى مرحلة العملاق الأحمر لن يكون محسوبا للبشرية وقد يحدث فجأة وبسرعة لينهي الحياة على هذا الكوكب في لمح البصر.
الأشعة الكونية
الأشعة الكونية عبارة عن جسيمات ذرية عالية الطاقة، وتشكل مصدرا رئيسيا للإشعاع الكوني الذي يتدفق نحو الأرض باستمرار، وتعد مكونا أساسيا للبيئة الفضائية، وتتألف من جسيمات مشحونة تشمل البروتونات، وأنوية الذرات، ونسبة ضئيلة من الإلكترونات. تأتي هذه الأشعة من مصادر متعددة في الكون، بدءًا من الشمس والأحداث الشمسية الكبيرة، وصولا إلى مصادر بعيدة وقوية خارج مجرتنا، مثل المستعرات العظمى (السوبرنوفا) والثقوب السوداء والنجوم النيوترونية. وبالرغم من أن الأرض محمية بشكل كبير من التأثير المباشر للأشعة الكونية بفضل الغلاف المغناطيسي والغلاف الجوي، إلا أن جرعات عالية من هذه الأشعة، خصوصا من المصادر القوية والقريبة مثل انفجار المستعرات العظمى، يمكن أن تترك تأثيرات ضارة على الكائنات الحية والبيئة. وتعد هذه المستعرات من الأحداث الفلكية الأكثر شدة وتدميرا في الكون؛ فهي تطلق كميات هائلة من الطاقة عند انفجار نجم ضخم في نهاية حياته، مما قد يولد أشعة كونية عالية الطاقة، وقد تصل هذه الطاقة إلى الأرض وتؤثر على بيئتها إذا حدثت في نطاق قريب نسبيًا (أقل من 30 سنة ضوئية).وتشير بعض الدراسات إلى الأرض تعرضت مرتين لانفجار مستعر أعظم حدث أحدهما قبل 3 ملايين عام في حين حدث الآخر قبل 10 ملايين عام، وتميل بعض هذه الدراسات إلى القول بأن السبب الرئيسي وراء انقراض الديناصورات هو التعرض للأشعة الكونية الناتجة من المستعر الأعظم الذي حدث في نهاية العصر الطباشيري.وحيث أنه لا يوجد ما يشير إلى أن الأرض قد تتعرض لمثل هذا الانفجار بسبب بعدها عن النجوم التي وصلت إلى نهاية عمرها إلا أنه في حال حدوثه سيكون سببا في تدمير طبقة الأوزون وتعرض الكائنات الحية بشكل مباشر للأشعة الفوق بنفسجية وأشعة جاما التي ستقضي حتما على الحياة على هذا الكوكب علاوة على التغير المناخي الذي ستشهده الأرض.
إن المخاطر التي تهدد الحياة على هذا الكوكب كبيرة جدا ليس بأقلها الاحتباس الحراري الذي تشهده الأرض ويغير بشكل ملحوظ من مناخها ويعاني منه الملايين ويتوقع أن يكون تأثيره سيزداد في العقود القادمة إذا لم يسع الإنسان للحد من تأثيراته.
ومع أن الإنسان يسعى لدرء الكثير من هذه المخاطر وخاصة القادمة من الفضاء من خلال العديد من المهام والتجارب الفضائية كالمهمة (دارت) التي كانت تهدف إلى دراسة سبل حماية الأرض من الكويكبات الخطيرة من خلال حرف مسارها وهو ما حدث بالفعل في عام 2022 حيث نجح مسبار «دارت» في الاصطدام بالكويكب «ديمورفوس»، ومن ثم إزاحة الكويكب عن مساره في تجربة هي الأولى من نوعها. كما أن هناك نظم مراقبة تُمكن العلماء من مراقبة الأجسام القريبة من الأرض والتي قد تشكل خطرا علينا قبل حدوثه بوقت يسمح بأخذ التدابير للوقاية من هذا الخطر، غير أن ذلك لا يمنع من اقتراب العديد من الأجسام الفضائية من الأرض دون اكتشافها إما بسبب صغر حجمها أو أنها خافته لدرجة بحيث لا يمكن رصدها إلا قبل اصطدامها بالأرض بساعات معدودة وهذا ما يجعل منها تحديا يسعى العلماء إلى تجاوزه من خلال تطوير التقنيات وأدوات الرصد الحديثة.
دراسة تكشف العلاقة بين الضائقة المالية وآلام الظهر