هندسة عمارة الرمل ومكتشفات “وليام بارلو”
2013 الرمل والسيليكون
دنيس ماكوان
مؤسسة الكويت للتقدم العلمي
تبعث العمارات ومباني النصب العظيمة في العالم على الرهبة – الأهرامات، الكاتدرائيات الكبرى، المتاحف الحديثة وناطحات السحاب.
ونتعجب في إبداعية المعماريين والمهندسين الذين صمموها وبنوها من الحجارة والخرسانة والفولاذ. وعلى مقاس مختلف، تسحرنا الطبيعة في هندسة عمارة الحجارة الكريمة والفلزات.
كما نُقدِّر بريق الضوء وعمق اللون والأشكال المتعددة المتواجدة في حجارة الكوارتز والفلزات التي تصنعها الطبيعة من الرمل. لقد تفهم العلماء على المستوى الذري الهندسة المعمارية لكل شيء من الجواهر والفلزات وحتى البروتينات.
وفي القرن العشرين، تعلم العلميون كيفية التحكم بالهندسة المعمارية للعالم الذري من أجل تركيب مواد جديدة تلبي الحاجات المتطورة للتكنولوجيا.
فمهندسو العمارة يبنون عالم القياس الذري بنى ذات درجات متغيرة من الفضاء المفتوح وخفة البنية. ودون اختلاف مع معماريي أبنية وجسور اليوم الراهن، يختبر مهندسو عمارة عالم القياس الذري متانة واستقرار البنى الجديدة التي ركبوها في المختبر.
يكشف هذا الفصل كيف يأخذ مهندسو عمارة عالم القياس الذري الرمل ويصنعون منه تنوعاً واسعاً من المواد الجديدة التي أصبحت منتجات يومية في حياتنا.
وقبل النظر إلى هذه المواد الجديدة، لنبدأ بالسؤال كيف يُحدد العلميون هندسة عمارة الرمل؟ وكما نوقش في الفصل الأول، تم صياغة مفاهيم التناظر في القرن التاسع عشر، كما تم تطوير الإطار الرياضي للربط بين مواقع الذرات في البلورات بواسطة عمليات التناظر في مجموعة الفضاء المناسبة.
وعلى الرغم من ذلك، لم يكن هناك طريقة لتحديد أين تقع الذرات في وحدة الخلية أو إلى أي مجموعة فضاء تنتمي بلورة معينة؟ إضافة إلى ذلك، لم يكن هناك طريقة مباشرة لتحديد المسافة بين الذرات في بلورة وأبعاد وحدة الخلية. ومع ذلك، بدأ العلميون مع نهاية القرن التاسع عشر يخمِّنون كيف يمكن أن تكون هندسة عمارة العالم الذري.
ومن بين هؤلاء، كان وليام بارلو الذي كان جيولوجياً هاوياً. ورث ثروة معتبرة وكان قادراً على تكريس وقته لدراسة تناظر وبنية البلورات. كتب و. ج. بوب (W. J. Pope) في نعي بارلو:
"وجد بارلو نفسه في بداية ثلاثينياته استقلالية وعبقرية لتناول مسائل هندسية من نوع خاص، وكانت لديه متعة وافرة لتكريسها لدراسة بنية البلورة التي أصبحت موضوع اختياره، لكنه، مع ذلك، لم يتلق تدريباً تخصصياً صارماً يكتسب من خلاله معظم طلاب الفيزياء والكيمياء حساً واسعاً للمعرفة المعاصرة للعالم الفيزيائي.
وقد شكل ذلك وفق بعض الاعتبارات عائقاً، لكنه كان ميزة وفق اعتبارات أخرى، ووفر له فكراً جباراً لا تعيقه سلطة وعقلاً منطقياً لمتابعة أبحاثه في مسارات صعبة ومظلمة يمكن أن تخيف الأكثر تدريباً تقليدياً" (http://pubs.rsc.org/en/content/pdf/article/1935/jr/jr935000132).
كانت إحدى مساهماته الكبرى اشتقاق الـ 230 مجموعة فضائية بالاعتماد على براهين هندسية جديدة.
وبعد ذلك، اقترح البنى البلورية لعدد من المواد. وفي عام 1883، بيّن بارلو أن هناك طريقتان للتنضيد الكثيف للكرات من أجل ملء الفضاء بفعالية، والحقيقة أن عدداً من المعادن يمتلك واحدة من طريقتي التنضيد.
وفي عام 1898، اقترح البنية البلورية لأملاح بسيطة مثل NaCl و CsCl. وقد اعتمدت هذه البنى على التنضيد الكثيف لذرات كروية مختلفة الأبعاد (Barlow 1898). وفي ذلك الوقت، قوبلت أفكاره بالتشكيك، لكنها كما سنرى كانت صحيحة.
[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]