بالعربي

بقلم د. رفيق عدو


مواضيع علمية مختلفة



شوارب قصديرية ميكرومترية تكلف خسائر بملايين الدولارات


لوحظت ظاهرة تَكوُّن الشوارب المعدنية في مركبات الأجهزة و الدوائر الإلكترونية التي تستعمل أغطية معدنية رقيقة للطلاء و التغليف. حيث تظهر شعيرات رقيقة على شكل شوارب في الرقائق القصديرية (Sn)الدقيقة. لكن لم يتم الكشف عن هذه الشوارب حتى بداية القرن العشرين داخل أنابيب الفراغ. بعد ذلك تم الكشف على أنواع أخرى من الشوارب و خاصة المكونة من الكادميوم (Cd) و الزنك (Zn) . تتكون الشوارب المعدنية من خلال تنقل ذرات المعدن من داخل الرقيقة المعدنية عبر الشوائب المتواجدة فيها إلى أن تصل إلى السطح لتتكون نواة الشارب الذي ينمو عبر ذلك خارج الرقيقة. يتراوح قطر الشارب ما بين 1 إلى 5 ميكرومتر (أصغر 10-100 مرة من قطر شعرة الإنسان).و يتراوح معدل طول الشارب الواحد بين 1 و 500 ميكرومتر بسرعة نمو تقارب 250 ميكرومتر في السنة. أما الرقم القياسي لأطول شارب فقد وصل الى 25 ميليمتر. تظهر هذه الشوارب بعد فترة حضانة تتراوح بين بضع دقائق إلى بضع سنوات.




عندما تظهر هذه الشوارب فإنها تشكِّل خطراً على الدوائر الإلكترونية، الشوارب الطويلة قد تلمس و تحتك بالمركبات الموصلة المجاورة لتحدث جسر موصل الذي يؤدي إلى خطر التماس الكهربائي (قصر الدارة الكهربائية). هذه الظاهرة ليست بالجديدة، فأثناء الحرب العالمية الثانية تم اكتشاف شوارب الكادميوم في مكثفات راديو الإتصالات في إحدى الطائرات الحربية الأمريكية، وتم الكشف لاحقاً أن الشوارب المعدنية كانت سبباً في العطل الناتج عن قصر الدار الكهربائية. بعد نهاية الحرب العالمية الثانية تم استبدال مادة الكادميوم بالقصدير و الزنك، و لكن دون جدوى، فالشوارب تتشكّل أيضاً في هذه المعادن.




مجموعة من الأسئلة حول ھذه الظاھرة تحتاج إلى إجابات و أبحاث عمیقة و خاصة حول تحدید فترة الحضانة و عن سرعة النمو بالإضافة عن كیف یمكن الحد من نمو الشوارب؟



تسببت هاته الشعيرات الميكرومترية في خسائر بمئات ملايين الدولارات و قد تسبب في خسائر بملايير الدولارات إذا لم يتوصل الباحثون إلى حل فعال لهذه المشكلة. ظهور الشوارب المعدنية في الأجهزة الإلكترونية كان سبباً في إغلاق المفاعل النووي بكونتكت الأمريكية سنة 2005، و فقدان التحكم في القمر الإصطناعي غالاكسي 4 سنة 1998. كما أن أبحاث وكالة الناسا (NASA) أثبتت أن الشوارب القصديرية كانت سبباً في عطل أجهزة الإستشعار بالمسرعات في محركات تويوتا كامري بين 2005 و2010.






بيّنت أبحاث وكالة ناسا و مختبرات بيل (Bell Labs) أن إضافة فقط 1٪؜ من الرصاص إلى القصدير قد يضعف من نمو الشوارب و لكن لا يكبحها نهائياً. مع بداية القرن الواحد و العشرين و مع تفعيل قوانين دولية، خاصة في أوربا، لمنع استعمال الرصاص في الأجهزة الإلكترونية لخطورتها على صحة الإنسان، عادت مجددا الى الواجهة ظاهرة الشوارب المعدنية. و مع ذلك يفرض الجيش الأمريكي استعمال الرصاص مع الرقائق المعدنية للحد من نموها و خاصة في مجال الفضاء و الطيران.

لأنه لا أحد يعرف كيف تنمو هذه الشعيرات المعدنية، أصبح من الصعب التنبؤ بظهورها أو سرعة نموها. لا يوجد حل نهائي لتفادي نمو الشوارب، ولكن هناك بعض الحلول الجزئية للحد من "خطورتها" كإستعمال أشابات معدنية بدل معدن واحد أو اضافة طلاء من معادن أخرى كالذهب أو النيكل (Ni) أو من مواد أخرى كالسيليكون (Si) ، السيراميك، أو البوليمرات (Polymers).

المراجع

• https://nepp.nasa.gov/WHISKER
• Spontaneous Growth of Metal Whiskers on Surfaces of Solids: A Review, P. Zhang, Y. Zhang, Z. Sun, Journal of Materials Science & Technology 31 (7) 675-698 (2015)
• J. R. Barnes, http://www.dbicorporation.com/whiskbib.htm Bibliography for Tin Whiskers, Zinc Whiskers, Cadmium Whiskers, Indium Whiskers, and Other Conductive Metal and Semiconductor Whiskers.
• Bruce Felps. ‘'Whiskers' Caused Satellite Failure: Galaxy IV Outage Blamed On Interstellar Phenomenon". Archived from the original on March 3, 2009. Retrieved 25 October 2013.
 الرابط على موقع علوم العرب >>> 
----------------------------------------------------------------------------------------------------

الحوسبة الكمية : الثورة التقنية القادمة

الحاسوب الكمي (quantum computer) هو الحاسوب الذي يستخدم الحالات الكمية للجسيمات الذرية كالفوتونات و الإلكترونات و النقط الكمية لتخزين و تنفيذ العمليات. الحواسيب الكمية مختلفة عن الحواسيب الالكترونية الرقمية الثنائية المستعملة حالياً، حيث تكون كمية البيانات مقاسة بال ‘بت’ (bit) واحد 1 أو صفر 0 المعتمدة على الترانزستور (أو صناعة السيليكون). الجهاز الذي تستعمل في هذه الأثناء لقراءة هذا المقال يستخدم ملايين الترنزستورات و هذا يعتبر حاسوب تقليدي (كلاسيكي) بالمقارنة مع ثورة الحاسوب الكمي.

الحاسوب الكمي يستعمل ‘كيوبيت’ (qubit اختصاراً ل quantum bit)، فبالإضافة الى استعمال الرموز الرقمية الثنائية (إما الرقم صفر أو واحد) يستعمل حالة التراكب الكمي المكونة من جميع الحالات، وبالتالي فان زوجاً من البت الكمية يستطيع أن يمثل أي تراكب كمي من الحالات الأربعة (2أس2) : <|0,0>, |0,1>, |1,0 أو <|1,1، مما يسمح بتنفيذ عمليات حسابية معقدة و متعددة في وقتٍ واحد. الحاسوب الكمي يعتمد على جميع الحالات الكمية الممكنة و هذا ما يعطي قوة حساب هائلة، فبإستعمال N كيوبيت يمكن ترميز Nأس2 حالة (مقارنةً بN حالة باستعمال الحاسوب الرقمي و لا وجود لحالات متزامنة) و هذا ما يُمكّن الحاسوب من تطبيق الخوارزمية (Algorithm) ل Nأس2 حالة و في نفس الوقت.

يرتبط الحاسوب الكمي بالتكنولوجيا النانومترية و التي تستعمل أنظمة و مكونات نانومترية (1 نانومتر = 1متر/1.000.000.000). و يعتبر مجهر المسح النفقي (Scanning Tunneling Microscope) الجهاز الأكثر إستعمالاً لدراسة الحوسبة الكمية من خلال دراسة مثلاً سطح مادة السيليكون (Si) و معالجته بذرة الفوسفور (P) لصناعة الكيوبيت في درجة حرارة تقارب 273- درجة مئوية باستعمال سائل الهيليوم. و تعتبر شركة IBM وD-wave systems (شركة كندية تتعاون مع Google, CIA, NASA, Volkswagen) الرائدتين في هذا المجال حالياً.

سوف يسمح الحاسوب الكمي بتسهيل مجموعة من الحسابات المعقدة أو المستحيلة و في زمن قياسي بالمقارنة مع الحسابات الرقمية المعمول بها حالياً كمحاكاة الظواهر الطبيعة و فك رموزها، فهم التفاعلات الكيميائية و الجزيئيّة، القيادة الذاتية، توقع الطقس و الإظطرابات الجوية، توقع تقلبات البورصة، الكشف المبكر عن السرطان، هندسة أدوية جديدة و فعّالة، تحليل الحمض النووي، حماية الأنظمة و الأجهزة الإلكترونية من هجوم القراصنة، و تطوير الروبوتيك…

و في الأخير وزارة الدفاع الأمريكية (DoD) و المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) تخصص ملايين الدولارات من أجل تطوير هذا المجال ولتكون السباقة في تسويقه. و قد موَّلت مؤخرا مشروع ب 12 مليون دولار لإستعمال الحوسبة الكمية في حماية و تأمين قطاع الإتصالات.


 الرابط على موقع
 علوم العرب >>> 
----------------------------------------------------------------------------------------------------

أكسيد الجرافين يزيل النويدات المشعة من الماء


تمكّن باحثون في جامعة رايس و جامعة لومونوسوف موسكو من إثبات أن أكسيد الجرافين مادة فعالة لإزالة المواد المشعة من المياه الملوثة.

أثبتت أبحاث المختبرين أن رقائق مجهرية لأكسيد الجرافين التي هي بسمك الذرة تمتص بسرعة عالية النويدات المشعة الطبيعية و الإصطناعية و تتكاثف لتصبح مواد صلبة، سهلة للتعامل و التخلص منها و هي لا تزال مشعة. هذه النتائج لم تكن مفاجئة من مادة رائعة كالغرافين و لكن المذهل هو الحركية السريعة في الإمتصاص. هذا الإكتشاف سيمكن مثلاً من تنظيف المواقع النووية المتضررة من زلزال فوكوشيما و تسونامي باليابان. ويمكن استخدام أكسيد الجرافين لتصفية الملوثَات المشعة الطبيعية المتواجدة في المياه الجوفية و الناتجة أثناء التكسير الهيدروليكي.
المرجع:
Graphene Oxide for Effective Radionuclide Removal. Anna Yu. Romanchuk , Alexander S. Slesarev , Stepan N. Kalmykov , Dmitry V. Kosynkin and James M. Tour. Phys. Chem. Chem. Phys., 2013,15, 2321-2327

خليك مشغول خليك فرحان


وفقا لأبحاث أقيمت بجامعة شيكاغو و جامعة شانغاي جياتنج فإِنّ الأشخاص المشغولون دائِما و المحافظون على القيام بأنشطة حتّى غير المفيدة منها هم أكثر سعادة من غيرهم .
من الأسباب الظاهرية التي تدفعنا إلى الانشغال هي تحصيل المال للعيش، الدراسة، مساعدة الآخرين. يقول كريستف هسي من جامعة شيكاغو "أظن أن هناك سبباً أعمق : لدينا طاقة مفرطة و نريد تفادي الكسل".
إستندت الأبحاث على عينة من المتطوعين قاموا بإجراء إستطلاع رأي، بعد ذلك كان عليهم انتظار خمسة عشر دقيقة لإجراء الإستطلاع التالي. يمكنهم تقديم الإستطلاع الأول في مقر قريب ثم الإنتظار أو تقديم الإستطلاع في مكان أبعد و هذا ما سيمكنهم من المشي و بالتالي الانشغال و عدم انتظار الربع ساعة. كانت النتيجة أن المشاركين النشيطين الذين اختاروا المشي هم أكثر إحساسا بالسعادة من غيرهم الذين اختاروا الجلوس للإنتظار.


لماذا كون الإنسان مشغولاً يعطيه إحساساً بالسعادة؟ 
١- الإنجاز الذاتي : إنشغال الإنسان باستمرار يعطيه نوعا من الإحساسا باللذة بعد اتمام الإنجازات و الاجتهادات الذاتية، فيستيقظ فكر الإنسان و يقوم بمجهودات أكبر. 
٢- التعلم و تطوير المعارف : خلال القيام بأعمال متعددة يبدأ العقل الباطني بالاشتغال لتقديم أفضل النتائج ، فتعلّم مهارات جديدة كاللغة أو الحاسوب مثلا، التعبّد، مساعدة الناس، القيام برياضات مختلفة أو حتى العلاقات الاجتماعية تمكًن الإنسان من التعرّف أكثر على قدراته، فيكتشف مواهب جديدة و يوسع من إمكانياته. حتّى إعادة نفس العمل دائما لها ثمار تكمن في تمكين العقل في التفكير في طرق أسرع، بفعاليّة أكبر أو حتّى بطرق مختلفة.
٣- الثقة بالنفس : تطوير الذات، إكتساب مهارات جديدة و تحقيق إنجازات متنوعة في حياة أيّ واحد منّا يعطي الإحساس بالثقة بمستويات أكبر . 
٤- لا مجال للإحساس السلبي: بكل بساطة الإنشغال المستّمر لا يترك مجالا للتفكير سلبيا، إختيارالقيام بنشاطات متعدّدة يجعل صاحبها مستمتع طول الوقت خلالها. و أضاف كريستوف هسي: " لو إستطعنا أن نبتكر آلية للعاطلين و الكسلاء للإنخراط في الأنشطة فهذا على الأقل ليس بضار، كهدم الإنشغالات".

(المرجع)
Hsee C.K., Yang A.X. and Wang L (2010). Idleness aversion and the need for justifiable busyness. Psychological science: a journal of the American Psychological Society / APS, 21, 7, 926-30

<<< الرابط على موقع علوم العرب 
----------------------------------------------------------------------------------------------------
شبكة العنكبوت و قدرتها الخارقة
كان من بين مشاهد الفيلم السينمائي “الرجل العنكبوت 2” الصادر عام 2004 أن أطلق البطل فروعاً متعددة من نسيج العنكبوت على المباني المحيطة لسكة الحديد لإنشاء شبكة لإيقاف قطارٍ منطلقٍ بسرعة خاطفة، و تبقى هذه الحادثة من وحي الخيال الهوليودي. و لكن طبقاً لحسابات نظرية لثلاثة طلّاب من شعبة الفيزياء بجامعة “لسيستر” (1) الإنجليزية أن بيت العنكبوت الواحد قادر على إيقاف أربع قطارات مترو أنفاق مدينة نيويورك تتحرّك بأقصى سرعاتها إذا ما نسج البيت بشكلٍ صحيح.



شبكة العنكبوت و قدرتها الخارقة


تمكن ثلاثة طلاب مستوى ماجستير من حساب مقدار القوة الذي تحتاجه الشبكة العنكبوتية لإيقاف قطار واحد و المقدّرة ب 300000 نيوتن. هذا ما يعني أن شبكة العنكبوت عليها أن تمتصّ طاقة هائلة تعادل 500 مليون جول حتى تظل محافظة على أنسجتها من التصدع الوارد جراء الإصطدام مع القطار. هذا و قد أثبتوا أن شبكة واحدة فقط يمكنها القيام بهذه المهمة إذا ماكانت منسوجة من طرف عنكبوت مدغشقر “لحاء داروين” (2). تم إكتشاف أن نسيج هذا العنكبوت أكثر صلابة من أي مادة أخرى وأقوى 10 مرات من ألياف الكيفلر(3).
_______________
(1) University of Leicester
(2) Darwin’s bark spider
(3) Kevlar : هي علامة تجارية لألياف اصطناعية، قوية وخفيفة. يوجد عدة تطبيقات لألياف كيفلر من دواليب الدراجات الهوائية، وزوارق السباق الشراعية، وتقوية هياكل الأجسام، وذلك لخصائصه المميزة مقارنة بوزنه، حيث يعتبر أقوى بخمسة أضعاف من الفولاذ بنفس الوزن.


<<< الرابط على موقع
 علوم العرب 

----------------------------------------------------------------------------------------------------

مقال – العلم وراء لمسة الأم

قام مجموعة من علماء الأعصاب في اليابان بدراسة الإستجابات الإنفعالية لرّضع عندما تقوم الأم بحملهم و الطبطبة عليهم، حيث درسوا معدل ضربات القلب لدى الفئران و الأطفال دون الستة أشهر. فوجدوا أن معدل ضربات القلب تتباطأ عندما يحمل الرضيع من طرف أمّه (سواء عند الإنسان أو الفئران)، و أثبتوا أن هذه الإستجابة عبارة عن رد فعل جسدي أخد 
عند الرضع ثلاث ثوان حتى توقفوا في نهاية المطاف عن المقاومة و البكاء.


مقال – العلم وراء لمسة الأم

بصيغة أخرى ذراع الأم (الفم عند الفئران) هو المكان الأنسب للإسترخاء و تهدئة الرضيع و المكان الطبيعي حتى يكفّ عن
 الصراخ. و هذا ما يفسر سبب بكاء الرضيع مباشرة بعد وضعه على السرير. أما في عالم الحيوانات، فاسترخاء صغار الحيوانات يساعد الأم على الحمل، التنقل، و الهروب عند الخطر.

نشرت هذه الدراسة تحت عنوان “ردود تهدئة الرضع أثناء حملهم من طرف الأم عند البشر و الفئران” في مجلة “علم الأحياء الحالي – Current Biology” بتاريخ أبريل 2013.

المصدر


Current Biology. Volume 23, Issue 9, 6 May 2013, Pages 739–745, “Infant Calming Responses during Maternal Carrying in Humans and Mice” Esposito et al.


<<< الرابط على موقع علوم العرب 
----------------------------------------------------------------------------------------------------
واحد مليار أورو من أجل الغرافين
قدّم الإتحاد الأوروبي لِشركة الهواتف” نوكيا” منحة ضخمة قدرها 1 مليار أورو لمدة عشر سنوات من أجل تطوير الجرافين، هذه المادّة التي توصف “بالمادة الخارقة” و التي هي بسمك ذرة، أقوى 300 مرة من الفولاذ و أكثر موصلية للكهرباء من النحاس.
كون هذه المادة مرنة و شفافة جعلها مرشحة لخلافة السيليكون في صناعة الإلكترونيات (شاهد الفيديو أسفله)، كما تتّسع مجالات تطبيق الجرافين من مجال الطب إلى الطاقة الشمسية و تحلية ماء البحر.
يهدف الإتحاد الأوربي من خلال هذا الدعم الى تطوير الغرافين و إخراجه من أبحاث المختبرات إلى التصنيع، و ستقود هذه الأبحاث جامعة “تشالمرز للتكنولوجيا” بالسويد بتنسيق مع 126 أكاديمية و مراكز بحوث صناعية ب 17 دولة أوربية. ليست هذه المبادرة الوحيدة من نوعها، فقد ساهمت حكومة بريطانيا ب 34 مليون دولار لفتح مركز الغرافين بجامعة “كامبردج”، و في سنة 2015 سوف يتم افتتاح المعهد الوطني للغرافين بجامعة “مانشستر” و هي الجامعة نفسها التي تم فيها عزل الغرافين من الغرافيت سنة 2004 من طرف العالمان الروسيان “جيم” و “نوفوسلوف” و نالا على هذا الإكتشاف جائزة نوبل للفيزياء سنة 2010.

قال الله مرغباً في العلم وحاثاً على طلبه {يرْفعِ اللهُ الذينَ آمَنُوا مِنكمْ والذينَ أوتوا العلْمَ دَرجات} [المجادلة الآية: 11].