מודל שפיתחו חוקרים מהאוניברסיטה העברית ומאוניברסיטת קנטקי סותר את התפיסה המדעית המקובלת, שלפיה ככל שמחממים חומר הסדר הפנימי בתוכו קטן, כלומר הוא נמס או מתאדה. למודל החדש עשויות להיות השלכות על פיתוח מוליכי-על שיסייעו ביצירת אנרגיה ירוקה

קרחון שיימצא בסביבה שהטמפרטורה בה גבוהה מאפס מעלות בהכרח יימס, גדול ככל שיהיה. אם האנושות לא תשנה את דרכיה, תושבי איים וערי חוף בכל רחבי העולם יחושו על בשרם את תוצאות התהליך הפיזיקלי הבסיסי הזה בשנים הקרובות.

תופעת ההמסה מאפיינת לא רק מים: בטמפרטורות גבוהות מספיק הסידור הגבישי של אטומים של חומר נעלם והמולקולות נעות בצורה אקראית, כלומר החומר נמס או מתאדה. אבל ייתכן שלא מדובר בתופעה הכרחית ואוניברסלית – כלומר, לא כל החומרים נמסים בחום.

כבר קרוב ל-50 שנה שמדענים מנסים לפתח מודלים תיאורטיים המתארים חומרים שחימומם לא פוגע בסדר הפנימי של האטומים המרכיבים אותם. אבל המשוואות עד כה הובילו למסקנה שהחל בטמפרטורה מסוימת כל חומר נמס או מתאדה. מדענים מהאוניברסיטה העברית ומאוניברסיטת קנטקי בארה"ב הראו עתה שבניגוד לתפיסה המקובלת, חוקי הפיזיקה הידועים לנו מאפשרים קיומם של חומרים שאינם נמסים בשום טמפרטורה. המודל שפיתחו התפרסם בשבוע שעבר בכתב העת Physical Review Letters.

פרופ' עמוס ירום מהפקולטה לפיזיקה בטכניון, שלא היה מעורב במחקר, אומר: "יש במאמר הישג מרשים ומעורר מחשבה, כי הוא מדגים שקיימים מודלים של חומר ששוברים סימטריה גם בטמפרטורות גבוהות".

לפי התפיסה המדעית המקובלת, ככל שמחממים חומר הסדר בתוכו הולך ונעלם. אלא שסדר ואי-סדר הם ביטויים שקשה לכמת באופן אוניברסלי, ומשום כך התמקדו החוקרים בסימטריה ספציפית, שאותה קל יותר לכמת. סימטריה מוגדרת על פי מספר נקודות המבט שמהן המערכת נראית אותו דבר, כלומר, שמכולן תכונותיה הפיזיקליות זהות. ככל שיש יותר נקודות כאלה, המערכת יותר סימטרית.

ד"ר מיכאל סמולקין מהפקולטה למתמטיקה ולמדעי הטבע של האוניברסיטה העברית, שפיתח את המודל עם הדוקטורנט נועם חי ופרופ' אנטולי דימרסקי מאוניברסיטת קנטקי, מסביר שלגביש יש הרבה פחות נקודות מבט כאלה מאשר לגז או נוזל. "אם מסתכלים על גביש כלשהו, ברמה מיקרוסקופית יש לו מבנה מאורגן. אם נצייר את המבנה כרשת דו-ממדית, כמו נייר משבצות, הרי שהסימטריה אומרת אילו פעולות אפשר לעשות על הרשת בלי שיהיה אפשר להבחין שמשהו נעשה", מסביר סמולקין. "במבנה גבישי פעולות סימטריה הן מאוד מוגבלות. דף משובץ אפשר להזיז כך רק בצורה מאוד ספציפית, למשל לסובב בזווית של 90 מעלות. אבל אם לוקחים מים ולא חומר גבישי, בכל זווית שנסובב דלי מים לא נראה שינוי. מכאן שאם מחממים קרח משיגים יותר חופש לעשות על החומר פעולות בלי לייצר שינוי, והסימטריה גדלה".

כלומר, לפי התפיסה המקובלת ככל שמחממים מערכת הסדר בה יורד והסימטריה עולה. הטענה חלה על כל המערכות הפיזיקליות הידועות, אבל החוקרים ביקשו לבדוק אם תיתכן מערכת שבה תופעה זו אינה מתקיימת. לצורך כך הם השתמשו בתורת השדות הקוונטית, שמשלבת את תורת הקוונטים עם תורת היחסות הפרטית, ובה משתמשים פיזיקאים כדי ליצור מודלים של חומרים, כלומר לתאר תכונות, התנהגות ואינטראקציות שלהם.

"יצירת מודל של חומר פירושה לכתוב את החומר בשפה מתמטית – לכתוב את החוקים הבסיסיים שלפיהם מתנהגים החלקיקים שמרכיבים את החומר ואיך הם יוצרים אינטראקציות זה עם זה", מסביר חי

"יצירת מודל של חומר פירושה לכתוב את החומר בשפה מתמטית – לכתוב את החוקים הבסיסיים שלפיהם מתנהגים החלקיקים שמרכיבים את החומר ואיך הם יוצרים אינטראקציות זה עם זה", מסביר חי. "למעשה, מציאת מודל היא האתגר הגדול בפיזיקה".

להמשך קריאה בעיתון הארץ