اكتشف الباحثون “سائلًا يستعيد شكله” يبدو أنه يتحدى قوانين الكون الديناميكا الحرارية. السائل، الذي يتكون من الزيت والماء والجزيئات الممغنطة، ينفصل باستمرار إلى شكل يشبه الجرة الإغريقية.

بدأ هذا الاكتشاف عندما أنتوني رايخ، وهو طالب دراسات عليا في علوم وهندسة البوليمرات في جامعة ماساتشوستس أمهرست، كان يدرس خليطًا من جزيئات الزيت والماء والنيكل في قارورة. قام بهز القارورة لتكوين مستحلب – أو مزيج من السوائل التي لا تمتزج. ولكن بدلاً من أن ينفصل إلى أعلى وأسفل واضحين، شكل الخليط شكل الجرة الإغريقية. حتى بعد رج القارورة مرارًا وتكرارًا، ظلت تعود إلى هذا الشكل.

“هذا غريب حقا،” مؤلف مشارك في الدراسة توماس راسلوقال أستاذ علوم وهندسة البوليمرات في جامعة ماساتشوستس أمهيرست لـ Live Science. وأوضح أنه أمر غريب، لأنه عادة عندما يعود خليط من السوائل التي لا تمتزج إلى التوازن قبل المستحلب، فإنهم يريدون تقليل المنطقة البينية، أو الحدود بين السائلين. هذا الميل لتقليل المساحة البينية محكوم بقوانين الديناميكا الحرارية، التي تصف كيفية ارتباط درجة الحرارة والحرارة والشغل والطاقة في الأنظمة الفيزيائية.

في المستحلبات النموذجية المكونة من الزيت والماء، تشكل السوائل قطرات كروية ذات مساحة سطحية ضئيلة. وبالمقارنة، فإن شكل الجرة الإغريقية له مساحة سطح أكبر. هذه المساحة السطحية المرتفعة، والتي يبدو أنها تتعارض مع قوانين الطبيعة، حيرت الباحثين.

وقال راسل إنه بعد التحقيق في هذا السلوك الغريب، وجدوا أن التفاعلات بين جزيئات النيكل “نوعًا ما سيطرت” لتخلق ما يبدو أنه انتهاك لقوانين الديناميكا الحرارية. خلقت الجسيمات ثنائيات أقطاب مغناطيسية، وهي ظاهرة تجتذب أقطابها المغناطيسية بعضها البعض، مما يخلق مجالًا من “السلاسل” على سطح السائل. يتداخل هذا التفاعل مع كيفية انفصال المستحلب.

في حين قال راسل إن الباحثين قاموا سابقًا بفحص فصل الجزيئات في مخاليط الزيت والماء – كما كان يفعل رايخ – لم يقم أي شخص آخر بإجراء نفس التجربة. لذلك، لم يقم أي باحث آخر بملاحظة أو الإبلاغ عن الطاقة البينية الأعلى التي شوهدت في شكل الجرة الإغريقية.

وبينما يبدو للوهلة الأولى أن هذا الخليط يتحدى قوانين الديناميكا الحرارية، أوضح راسل أنها مجرد حالة غريبة منها. وأدرك العلماء أن التداخل المغناطيسي للجسيمات لعب دورًا، حيث أدى تأثيره إلى خلق طاقة بينية أعلى، مما أدى إلى ارتفاع شكل مساحة السطح. وبشكل عام، تنطبق قوانين الديناميكا الحرارية على الأنظمة بشكل عام، وليس على التفاعلات بين الجسيمات الفردية، كما يقول راسل.

نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في 4 أبريل في المجلة فيزياء الطبيعة.