يكشف سلوك حيود الليزر الجديد عن تطور مختلف في مشكلة أينشتاين
اكتشف العلماء في معهد العلوم الصناعية (IIS) في جامعة طوكيو في اليابان تطورًا جديدًا في اللغز الرياضي المستمر منذ عقود، وهو مشكلة أينشتاين، بعد أن أظهر هيكل بصري يعتمد على “قبعة سميث” سلوكيات حيود مختلفة عن تلك التي لوحظت سابقًا في أشباه البلورات التقليدية. يرتبط اسم أينشتاين بالكثير من المصطلحات الشائعة في العلوم. النظرية النسبية، النسبية الخاصة، نظرية الكم، الثقوب السوداء، موجات الجاذبية وأكثر من ذلك بكثير. لذلك، لن يكون مفاجئًا إذا قدم الفيزيائي العظيم أيضًا مساهمات في الرياضيات، والتي تم الاعتراف بها من خلال تسمية مشكلة باسمه. ومع ذلك، هذا لا يمكن أن يكون أبعد عن الحقيقة. وفي الواقع فإن ما يسمى بمشكلة أينشتاين هي في الواقع مشكلة عين شتاين (حجر واحد) ولا علاقة لها بالفيزيائي الشهير على الإطلاق. لقد كانت هذه المشكلة تقلق علماء الرياضيات لعقود من الزمن، وتم حلها بالفعل على يد أحد هواة الأشكال في عام 2023. وعندما كان العلماء يبحثون عن معلومات عن خصائص أخرى مرتبطة بهذا الحل، وجدوا تطورًا جديدًا. ما هي مشكلة عين شتاين؟ نحن ندرك جيدًا عمليات التبليط الدورية مثل أنماط قرص العسل أو رقعة الشطرنج التي يمكن استخدامها لتغطية السطح. ومع ذلك، فإن مسألة أينشتاين تتساءل عما إذا كان شكل بلاطة واحد يمكنه تغطية سطح ما بنمط غير متكرر. لعقود من الزمن، كان علماء الرياضيات على يقين من أن مثل هذه البلاطة الواحدة غير المتكررة مستحيلة. ومع ذلك، في عام 2023، اكتشف ديفيد سميث، أحد هواة الأشكال، أن بلاط “القبعة”، وهو تصميم مضلع ذو 13 ضلعًا، يمكن أن يبلط المستوى بطريقة غير دورية. أصبح هذا فيما بعد معروفًا باسم قبعة سميث، والتي استكشفها المجتمع العلمي باهتمام كبير. يقول يوتو موريتاكي، الأستاذ المشارك في معهد الدراسات الإسماعيلية: “الأمر المذهل بشكل خاص في بلاط القبعة هو أنه على الرغم من أن النمط الناتج يبدو غير منتظم للوهلة الأولى، إلا أنه في الواقع مصنوع من شبكة قرص العسل”. “أردنا أن نرى ما إذا كان هذا الشكل الفريد يمكن أن ينتج أيضًا أي ظواهر فيزيائية غير متوقعة.” تطور جديد في مشكلة إين ستاين لمزيد من التحقيق في بلاطة قبعة سميث، استخدم موريتاكي وفريقه الطباعة الحجرية ذات الشعاع الإلكتروني لصنع أنماط نانوية على أفلام نيتريد السيليكون. عندما وجهوا الليزر نحو هذه الهياكل، لاحظ الباحثون أنماطًا مميزة تشبه دولاب الهواء، مما يكشف عن الطبيعة اللولبية للهيكل. Chirality هي خاصية كائن أو هيكل غير مطابق لصورته المرآة. إن البنية غير الدورية مثل بلاطة سميث هات تكون حلزونية بسبب بنيتها. لذا، فإن الأنماط التي تظهر في حيود ضوء الليزر لا ينبغي أن تكون مفاجئة. ومع ذلك، فقد كانت كذلك لأن مثل هذا السلوك كان غائبًا في المواد شبه البلورية التقليدية. وفي تجاربهم، وجد موريتاكي وفريقه أن أنماط الحيود تتغير اعتمادًا على استقطاب الضوء الوارد واتجاهه. تُظهر الهياكل التي تنعكس في الفضاء الحقيقي انعكاسات مقابلة في السلوك البصري، مما يعرض شكلاً جديدًا من الاستجابة البصرية التي يتم التحكم فيها بالتناظر. وأضاف موريتاكي في بيان صحفي: “تفتح هذه النتائج اتجاهًا جديدًا للبحث حول اندماج النظام شبه الدوري واللامركزية”. “توفر الأنماط الأحادية منصة لاستكشاف الظواهر البصرية التي تنشأ من التفاعل بين التناظر، واللامركزية، واللادورية.” ويأمل الباحثون أن يفتح عملهم الباب أمام تقنيات جديدة لمعالجة الضوء والتحكم في الاستقطاب وأنواع جديدة من الأجهزة البصرية. ونشرت نتائج البحث في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز.
تم النشر: 2026-07-29 11:45:00
