اكتشاف معدن غريب يحطم القوانين المعروفة للحرارة ويحير العلماء

هل تخيلت يوماً أن مادة قادمة من الفضاء تستطيع أن تخل بقوانين الفيزياء التي درسناها في المدارس؟ هذا بالضبط ما حدث مؤخراً حين أذهل معدن نادر، عُثر عليه في نيزك عمره قرون، العلماء حول العالم بسبب تصرفه الحراري العجيب والمخالف لما اعتدناه.

بدأت القصة باستكشاف معدن يسمى "تريديميت السيليكا" في شظايا من نيزك سقط في ألمانيا عام 1724، وهو نفسه الذي وُجد آثار له على سطح المريخ. الغريب في هذا المعدن أنه ليس صلباً بالكامل كنموذج البلورات التقليدي، ولا هو زجاجي من النوع المعروف لدينا، بل مزيج هجين بين الاثنين. والنتيجة؟ خاصية فيزيائية مدهشة: توصيل الحرارة عبره يبقى ثابتاً مهما اختلفت درجة الحرارة، بعكس ما يحدث في الذهب، النحاس أو حتى الزجاج.

هذا السلوك الفريد دفع الباحثين إلى إعادة التفكير في المبادئ الأساسية لانتقال الحرارة، والذي يُعرف علميًّا باسم التوصيل الحراري. عادةً، عندما نسخّن البلورات تنخفض قدرتها على نقل الحرارة، أما في الزجاج فتزداد. أما معدن "تريديميت"، فهو يسبح عكس التيار، محتفظاً بقدرته على نقل الحرارة دون تبدل ملحوظ والفضل يعود إلى تركيبته الذرية النادرة التي تتأرجح بين النظام والفوضى، أو ما يُسمى في الفيزياء "الهجين الكريستالي-الزجاجي".

تحملنا هذه الاكتشافات إلى عالم من التطبيقات الجديدة، خاصة في المجالات التي تتطلب تحكماً دقيقاً في انتقال الحرارة، مثل صناعة الصلب، الإلكترونيات المتقدمة، ومواد العزل الحراري للمركبات الفضائية. ففي مجال صناعة الفولاذ مثلاً، التي تشكل تقريباً 7% من إجمالي انبعاثات الكربون في الولايات المتحدة، يمكن لمواد مشتقة من هذا المعدن أن تساعد في تقليل الأثر الكربوني عبر تحسين كفاءة الأفران الحرارية بفضل استقرارها الحراري، ما يساهم في تقليل الانبعاثات الضارة.

ومع اتساع الحاجة لأجهزة إلكترونية أصغر وأكثر كفاءة، تصبح مشكلة "تسرب الحرارة" تحدياً مستمراً. هنا يبرز معدن تريديميت كحل واعد لمهندسي الإلكترونيات، لأنه يوفر قناة توصيل حراري مستقرة حتى في درجات الحرارة المتغيرة أثناء تشغيل الأجهزة.

وهذا يسلط الضوء على طموحات العلماء لاستكشاف المزايا الكامنة في هذه المواد الهجينة. إذ تضمّن فريق البحث علماء من جامعة كولومبيا في نيويورك وسوربون في باريس، اعتمدوا على تقنيات متقدمة كالذكاء الاصطناعي لمحاكاة التأثيرات الذرية على انتقال الحرارة بدقة عالية، بالإضافة إلى تجارب عملية على العينة النيزكية النادرة.

وقد يؤثر هذا التقدم أيضاً على مجالات كخلايا الطاقة الكهروحرارية التي تستثمر الحرارة المُهدرة في توليد الكهرباء، أو حتى في تصميم أجهزة كمبيوتر جديدة تعتمد شرائح إلكترونية قادرة على مقاومة عطل الحرارة الدائم.

ارتبطت الإنجازات الحديثة بقدرة العلماء على الدمج بين النظريات الكمومية المعقدة وأدوات الحوسبة الذكية. بدلاً من الاكتفاء بالتجارب المعملية، ركز الباحث ميشيل سيمونشيلي وزملاؤه على فهم قواعد انتقال الحرارة بدءاً من أول مبادئها، ثم استعانوا بخوارزميات تعليم الآلة لمحاكاة وتصميم المادة الافتراضية قبل التحقق منها عملياً.

ما أثار دهشتهم أن هذا السلوك الفريد كان مُتنبأ به حسابياً قبل أن تؤكده التجارب الفعلية على عينة النيزك في مختبرات باريس. الأمر الذي يؤكد أن المزج بين الذكاء البشري وأحدث تقنيات الهندسة الحسابية أصبح مفتاحاً للثورات العلمية القادمة، ليس فقط لفهم أسرار المعادن الفضائية، بل لصناعة مواد مستقبلية بشروط انتقال حراري مصمّمة حسب الطلب.

وهذا يثبت أن حدود معرفتنا حول قوانين الطبيعة ما زالت قابلة للاتساع مع كل اكتشاف غير متوقع—فمن يعلم ما تخفيه النجوم عن المواد والعناصر التي قد توظفها البشرية غداً؟

في النهاية، تقدم قصة معدن تريديميت نموذجاً مشوّقاً لكيف يمكن للعلماء إعادة كتابة قواعد الفيزياء بفضل اكتشافات قادمة من أعماق الفضاء. ليس المهم فقط ما نعرفه عن انتقال الحرارة أو تركيب المادة، بل كيف يمكن لإبداع الإنسان والتكنولوجيا الحديثة أن يكشفا عن إمكانيات غير محدودة في المواد الذكية والصناعة الخضراء والطاقة المتجددة. وبين الرمال الفضائية والمختبرات، تظل أسرار الكون مفتوحة لمن يجرؤ على السؤال والتجربة.