ประเภทที่สองของความเป็นไปไม่ได้:
การแสวงหาที่ไม่ธรรมดาสำหรับรูปแบบใหม่ของเรื่อง Paul J. Steinhardt Simon & Schuster (2018)
นึกภาพตามนี้ ทางตะวันออกไกลของรัสเซีย กลุ่มผู้สมรู้ร่วมคิดต่างแข่งกับเวลาเพื่อไขปริศนาที่ซ่อนอยู่เป็นเวลาหลายพันล้านปี ความลึกลับนี้สามารถเชื่อมโยงจุดหินที่พบในห้องใต้ดินที่เต็มไปด้วยฝุ่นของพิพิธภัณฑ์อิตาลีกับวิวัฒนาการของระบบสุริยะ เพื่อแก้ปัญหานี้ นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่เก่งกาจต้องเอาชนะอุปสรรคที่เป็นไปไม่ได้ เจ้าหน้าที่เครมลิน พัสดุที่หายสาบสูญ สมุดบันทึกลับ และการเดินป่าข้ามคาบสมุทรภูเขาไฟ
นี่ไม่ใช่ภาพยนตร์ฮอลลีวูดเรื่องดัง แต่เป็นผลงานทางวิทยาศาสตร์ในโลกแห่งความเป็นจริง ในเรื่อง The Second Kind of Impossible นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Paul Steinhardt กล่าวถึงการพยายามหาผลึกควอซิกคริสตัลตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นรูปแบบของสสารที่มีการจัดเรียงอะตอมอย่างผิดปกติซึ่งคิดว่าเป็นไปไม่ได้สำหรับคริสตัล ผลลัพธ์ที่ได้คือการผสมผสานระหว่างไดอารี่ทางวิทยาศาสตร์ที่เงียบขรึม แน่นขนัด และการผจญภัยบนรถไฟเหาะ เต็มไปด้วยการค้นพบ ความผิดหวัง ความเบิกบานใจ และความพากเพียร
ในคริสตัล อะตอมจะถูกจัดเรียงในรูปแบบที่ซ้ำกัน ในคริสตัลควอซิกคริสตัล พวกเขายังคงได้รับคำสั่งแต่รูปแบบไม่เป็นระยะ: จะไม่เกิดซ้ำ ความแปลกประหลาดนี้ส่งผลให้เกิดสมมาตรการหมุนที่ไม่คาดคิด (แตกต่างจากโครงตาข่ายสี่เหลี่ยมซึ่งทำซ้ำตัวเองสี่ครั้งในการหมุนเต็ม) Quasicrystal ถูกค้นพบครั้งแรกในทศวรรษ 1980 แต่การตีความที่เสนอให้ไม่ได้รับการยอมรับจากหลาย ๆ คนในชุมชนวิทยาศาสตร์ นักฟิสิกส์บาร์ เป็นระยะเวลาหนึ่ง ท้ายที่สุด พวกเขาทำให้ความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโครงสร้างของสสารแย่ลงไปอีกเกือบสองศตวรรษ นักบวชชาวฝรั่งเศสชื่อRené-Just Haüy’s 1801 Treatise of Mineralogy ได้กำหนดว่าของแข็งประกอบด้วยหน่วยการสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์ และองค์ประกอบและของผสมทั้งหมด อย่างน้อยในหลักการสามารถพบได้ในรูปแบบคริสตัล ตั้งแต่ซูโครสไปจนถึงแซฟไฟร์ แม้จะมีการจัดเรียงอะตอมที่เป็นไปได้หลายพันครั้ง แต่กฎในการอธิบายคริสตัลก็เรียบง่าย: วัสดุสามารถมีความสมมาตรได้เพียงสอง สาม สี่ หรือหกเท่า จนกระทั่งการค้นพบควาซิคริสตัลรบกวนพวกเขา
เรื่องราวของ Steinhardt เริ่มต้นขึ้นในเมืองพาซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย ในปี 1985 จากนั้นที่คณะที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียในฟิลาเดลเฟีย สไตน์ฮาร์ดได้บรรยายที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียที่โรงเรียนเก่าของเขา ซึ่งเขาได้อธิบายให้นักฟิสิกส์ ริชาร์ด ไฟน์แมน ซึ่งเป็นอดีตของเขาฟัง ศาสตราจารย์ ทฤษฎีที่เขาคิดขึ้นโดย โดฟ เลวีน นักศึกษาปริญญาเอก สิ่งนี้ทำนายความเป็นไปได้ของผลึกควอซิก โดยมีความสมมาตรในทางเทคนิค แต่ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง นั่นคือ “ประเภทที่สองที่เป็นไปไม่ได้”
โครงสร้างต้องห้าม
นับตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1970 Steinhardt ได้จินตนาการว่าผลึกที่ ‘ต้องห้าม’ ที่มีความสมมาตรห้าเท่าอาจเป็นไปได้ ถ้าในการระบายความร้อน อะตอมถูกจัดเรียงเป็นเครือข่ายของ icosahedra ซึ่งทอดข้ามอวกาศ เขาและเลวีนทำการทดลองครั้งแรกกับลูกโฟมและน้ำยาทำความสะอาดท่อ และต่อมาด้วยแบบจำลองกระดาษ พวกเขามองไปที่การปูกระเบื้องเพนโรส ซึ่งทั้งสองรูปร่างรวมกันเพื่อสร้างลวดลายที่ไม่ซ้ำ ไม่เหมือนที่เห็นในการปูกระเบื้องแบบอิสลามคลาสสิก พวกเขาตระหนักว่าการวาดเส้นคู่ขนานบนกระเบื้องเพนโรส พวกเขาสามารถพิสูจน์ได้ว่ากระเบื้องถูกจัดเรียงเป็นช่วงๆ ทำให้เกิดความสมมาตรห้าเท่า นี่คือความก้าวหน้าที่พวกเขาต้องการ การก้าวกระโดดไปสู่สามมิติทำให้เกิดผลึกควอซิกคริสตัลที่มีจินตนาการมายาวนานของ Steinhardt
Paul J. Steinhardt ถือโมเดล quasicrystal หน้ากระดานดำ
Paul Steinhardt กับโมเดล quasicrystal เครดิต: ผู้ดูแลผลประโยชน์ของ Princeton Univ
นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุซึ่งอยู่ห่างออกไปสองสามร้อยกิโลเมตรโดยที่พวกเขาไม่รู้จักได้รับรูปแบบการเลี้ยวเบนอย่างที่ไม่เคยเห็นมาก่อน สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมและแมงกานีสที่เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว นักวิจัยคือ Dan Shechtman และเขาทำงานอยู่ที่ National Bureau of Standards (ปัจจุบันคือ National Institute of Standards and Technology) ในเมือง Gaithersburg รัฐแมริแลนด์ รูปแบบการเลี้ยวเบนมีความสมมาตรในการหมุนสิบเท่า ด้วยความประหลาดใจ Shechtman วาดวงแหวนที่มีจุดศูนย์กลางสิบจุดในสมุดแล็บของเขา โดยเขียนว่า “10 เท่า???” ถัดจากมัน. เขายังไม่รู้ แต่เขาเพิ่งค้นพบผลึกควอซิกแรก ในปี 2011 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีจากเรื่องนี้
Steinhardt และ Levine ตระหนักถึงความหมายโดยรวม ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับทฤษฎีของพวกเขาใน Physical Review Letters ซึ่งเป็นรากฐานของการวิจัยผลึกควอซิกคริสตัล (D. Levine และ P. J. Steinhardt Phys. Rev. Lett. 53, 2477; 1984)
ควอซิคริสตัลหลายร้อยชิ้นที่มีความสมมาตรต่างกันได้ถูกสร้างขึ้นในห้องทดลองแล้ว กระทะเคลือบสารกันติดเป็นหนึ่งในการใช้งานครั้งแรกของผลึกควอซิก เนื่องจากการเสียดสีต่ำของโลหะผสม ความแข็งสูง และปฏิกิริยาที่พื้นผิวต่ำ เหล็กชุบแข็งด้วยอนุภาคควอซิคริสตัลขนาดเล็กใช้ในเข็มสำหรับการฝังเข็มและการผ่าตัด เครื่องมือทันตกรรม และใบมีดโกน ควาซิคริสตัลถูกค้นพบในวัสดุอื่นๆ ที่ไม่ใช่โลหะ รวมทั้งพอลิเมอร์และส่วนผสมของอนุภาคนาโน การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แนะนำว่า quasicrystal ควรแพร่หลายมากขึ้น
Credit : doodeenarak.com outletonlinelouisvuitton.com omiya-love.com trtwitter.com WorldsLargestLivingLogo.com
