شركة إلون ماسك “تيسلا” تكشف عن الشاحنة الكهربائية الجديدة
شركة إلون ماسك “تيسلا” تكشف عن الشاحنة الكهربائية الجديدة وسط انتقادات ومنافسة من طرف شركات رائدة في صناعة السيارات.
عرضت شركة إيلون ماسك للسيارات تيسلا-Tesla شاحنتها التي طال انتظارها لكن الأمور لم تسر كما كان مخططاً لها.
أزاح إيلون ماسك الستار عن “الشاحنة الكهربائية” يوم الخميس، وهي شاحنة نقل كهربائية ينتظر منها أن تنافس عربة فورد إف -150 الأكثر مبيعاً.
تشبه العربة قليلا شاحنات التقليدية لكنها مزوَّدة بمظهر فولاذي لا يصدأ وسقف مثلث. لكن تقديمه في حدث في لوس انجلس لم يتم كما كان مخططا له فخلال عرض لصلابة الشاحنة، رمى مصممها كرة معدنية على احدى نوافذها فكسَّرها على نحو غير متوقع. ثم حاول على نافذة أخرى فتشققت هي الأخرى.
وقال ماسك، الرئيس التنفيذي لتيسلا: “ربما كانت الضربة قاسية بعض الشيء”. فقدم بقية العرض والنوافذ المكسورة خلفه.
وهنا بعض الأسئلة الرئيسية حول الموضوع.
هل هناك شركات أخرى تقوم بإنتاج عربات كهربائية؟
أجل، فقد صرحت “فورد” بمخططها لإطلاق مجموعة “إف -150” الكهربائية العام القادم.
أفادت شركة فورد في بيان يوم الجمعة: ” كنا نركز دوماً على خدمة زبائننا بغض النظر عما يقوله أو يفعله الآخرون، لكون شاحناتنا الأكثر مبيعاً في أميركا طيلة 42 عاماً”.
هذا وأعلنت ماري بارا، الرئيسة التنفيذية لشركة جنرال موتورز General Motors، في مؤتمر للمستثمرين يوم الخميس أن أول عربة كهربائية ستباع في خريف عام 2021.
وقال جيم كين المتحدث باسم جنرال موتورز يوم الجمعة: “إن كهربة العالم هي المستقبل، وسنلتزم بذلك. كما نعتزم أن نساعد في قيادة كهربة العالم”.
“نحن نستثمر أكثر من 3 مليار دولار في مصنع في ديترويت لبناء شاحنة كهربائية صغيرة”، مضيفاً أن الشركة تخطط لاستثمار كبير في مصنع خلايا البطاريات في “أوهايو”.
كما قدمت شركة ريفيان Rivian هذا العام شاحنة نقل كهربائية. من المحتمل أن تكون ريفيان منافساً لتيسلا، فقد حصلت على 500 مليون دولار من فورد، فضلاً عن الدعم من أمازون. ومن المفترض أن تدخل شاحنة ريفيانوسيارة كهربائية رياضية إلى مرحلة الإنتاج في العام القادم.
ما تفاصيل نموذج (تسلا)؟
كشفت الشركة عن ثلاثة نماذج:
شاحنة بمحرك واحد مقابل 39900 دولار.
شاحنة بمحرك مزدوج مقابل 49900 دولار.
شاحنة بمحرك ثلاثي مقابل 69900 دولار.
أفادت تسلا أن أغلى الشاحنات هي التي تسحب 14 ألف رطل ويمكن أن تصل إلى 500 ميل بشحنة واحدة. كما أضاف الرئيس التنفيذي للشركة أن الشاحنة تتمتع بتسارع سيارة (بورش).
وأضاف لقوله: “إن الشاحنات متشابهة منذ مئات السنين، نريد أن نجرب شيئاً مختلفاً”
وكانت الطلبات متاحة على الفور على الموقع الإلكتروني لتيسلا. هذا وستبدأ الشركة الإنتاج أواخر عام 2021.
وكان الغرض من التجارب التي أدت إلى تشقق النوافذ إثبات أن الشاحنات كانت “قاسية وليست مزيفة” وفقا لما صرح به ماسك.
ضرب رئيس مصممي تسلا, فرانز فون هولزهاوسن Franz von Holzhausen الباب بمطرقة ثقيلة، ولم يخلف أي آثار أو أضرار. أفاد إلون ماسك أن الأبواب يمكنها تحمل رصاصة عيار 9 ملليمتر من مسدس يدوي. لكن عندما قام فون هولزهاوسن برمي كرة معدنية على نافذة السائق تفاجئ الجميع بتشققها، فحاول مرة أخرى على نافذة المقعد الخلفي التي تشققت هي الأخرى.
اعترف ماسك في المقابلات التي أجريت قبل الكشف أن مظهر الشاحنة لم يكن تقليدياً أو مألوفاً. وفي بث “Ride the Lightning” هذا الشهر، قال إن الشاحنة تبدو “كخيال علمي”. حيث قال بشجاعة: “لن تكون الشاحنة للجميع”.
“عندما نكشف النقاب عن هذا المنتج، سيقول البعض: ‘أوه، إنها لا تبدو لي كشاحنة، ولن أشتريها’. فالأمر شبيه باختراع السيارات، كان الناس يقولون: ‘أنا أحب الحصان والعربة’. بالتأكيد، حسناً يمكنك التمسك بحصانك وعربتك لكنك ستحصل على سيارة لاحقا، أنت فقط لاتعرف”.
هل هناك من سيشتري شاحنة تسلا؟
صرح إلون ماسك بأن المركبات التقليدية ستستبدل في نهاية المطاف بالمركبات الكهربائية، والأمريكيون يحبون الشاحنات الصغيرة. بينما يشك بعض المحللين أن مشتري الشاحنات التقليديين سيستثمرون في نماذج كهربائية مبكرة.
تنبأ كارل براور، الناشر التنفيذي في شركة السيارات Kelly Blue Book، بأن شاحنة تيسلا سوف تروق لمحبي التكنولوجيا أكثر من المهتمين بالشاحنات التقليدية.
ماهي النماذج الأخرى التي تعمل عليها شركة تيسلا؟
أصبحت تيسلا واحدةً من أكبر منتجي السيارات الفاخرة في الولايات المتحدة، منافسة أكبر العلامات التجارية مثل BMW و Mercedes-Benz. وهي أيضاً من بين الشركات الرائدة في تطوير السيارات الذاتية القيادة، والتي واجهت تساؤلات صارمة بشأن السلامة. يذكر أن هذه الشركة التي تأسست سنة 2003 لم تحقق قط ربحاً سنوياً.
لماذا يتواجد إيلون ماسك في الأخبار كثيراً؟
إن البيليونير ماسك يتصدر العناوين بين الفينة والآخرى نتيجة تعاليقه أو شركاته. ففي هذا الأسبوع على سبيل المثال، رفض أحد القضاة محاولة ماسك للتخلص من دعوى تشهير ضده من مستكشف الكهوف البريطاني الذي كان ماسك قد اتهمه “برجل البيدو” (شخص يستغل الأطفال جنسيا).
كما أن ماسك هو الرئيس التنفيذي لشركة SpaceX التي تطلق الصواريخ والمركبات الفضائية وقد استؤجر لنقل رواد الفضاء إلى محطة الفضاء الدولية. أجرت ناسا مراجعة أمان سبيس إكس العام الماضي بعد أن دخن إلون ماسك الحشيش على البرنامج الصوتي “تجربة جو روغان“.
وكانت تسلا وماسك قد مرّا بفترة من الاضطراب بدأت في أغسطس 2018، بعد أن أعلن ماسك فجأة على تويتر أنه يأمل تحويل الشركة إلى ملكية خاصة. وأثارت الأحداث ضجة في الأسواق وأشعلت فتيل تحقيق فيدرالي. وقام منظمو الأوراق المالية بتغريمه بمبلغ 20 مليون دولار ووافق على التخلي عن رئاسة تيسلا لمدة ثلاث سنوات.
وعندما سأله أحد أتباعه على تويتر عن تكلفة تغريدته، أجاب ماسك أن الأمر يستحق العناء. وأعلن بعد ذلك أنه سيستريح لبضعة أيام من تويتر، لكنه عاد في نهاية المطاف إلى التطبيق.
كيف ستطور تكنولوجيا نمذجة معلومات البناء (BIM) من تصميم وإنشاء المباني؟
نمذجة معلومات البناء أو (BIM) هي اختصار شائع بين المعماريين والمهندسين اليوم. حيث بدأت معظم المكاتب بالتحويل الى ذلك النظام بالفعل أو تخطط للتحويل إليه، والذي يمثل محاكاة رقمية للخصائص المادية والوظيفية للمبنى، ودمج المعلومات المختلفة حول جميع المكونات والعناصر الموجودة في المشروع. وذلك من خلال برنامج يعمل بنظام (BIM) كبرنامج (Autodesk Revit)، حيث يمكن إنشاء نموذج أو أكثر من النماذج الافتراضية للمبنى، مما يوفر تحكمًا أكبر في التكلفة والكفاءة في الإنشاء. كما يمكن أيضًا محاكاة المبنى وفهم سلوكه قبل بدء البناء ودعم المشروع خلال مراحله، بما في ذلك صيانة ما بعد البناء أو التفكيك والهدم.
الفرق بين نظام (CAD) ونظام (BIM)
بينما كانت تقوم برامج التصميم بالكمبيوتر (CAD) سابقًا بإنشاء رسومات ثنائية (2-D) أو ثلاثية الأبعاد (3-D) مجردة لا تميز بين عناصرها، فإن في تقنية (BIM) لكل عنصر خصائصه الخاصة، فمثلا الباب له عرض وارتفاع ومادة مصنوع منها كل قطعة وخصائص أخري، كما تتضمن البعد الرابع (4-D) وهو الوقت حيث يمكنك عمل جدول زمني للمشروع والبعد الخامس (5-D) وهي التكلفة حيث يمكن عمل حصر ووضع تكلفة كل عنصر في المشروع، والبعد السادس (6-D) وهو الإستدامة والبعد السابع (7-D) وهو إدارة ما بعد الإشغال والصيانة. يتيح ذلك للمكاتب إدارة المعلومات بذكاء طوال دورة حياة المشروع، وأتمتة العمليات مثل البرمجة والتصميم الإبتدائي والتصميم التفصيلي والتحليل والمحاكاة والتوثيق في اللوحات والتصنيع والخدمات اللوجستية للبناء والتشغيل والصيانة والتجديد أو الهدم.
“في أي مشروع تصميم وبناء هناك عدد غير محدود من المشاركين، بالإضافة إلى تفاعلات غير محدودة بين الأطراف. المشاريع الإنشائية هي مشاريع متعددة التخصصات وتشمل معلومات ليست ضرورية لجميع المعنيين. فمن المسؤول عن ماذا في كل مشروع؟ إلى أي مدى تذهب مسؤوليتي وأين تبدأ مسؤوليتك؟ تساعد تقنية (BIM) على ترتيب هذه العملية المعقدة.”
من المهم توضيح الفرق بين نظام (BIM) والبرامج التى تسمح بتطبيق ذلك النظام مثل: Revit – ArchiCAD – AllPlan وغيرها، يعتبر (BIM) هو نظام في العمل يسمح بالأطراف المختلفة المشتركة في المشروع بالتكامل في تصميم مشروع بكامل معلوماته، في حين أن تلك البرامج هي برامج تتوافق معها نظام (BIM). حيث يُكمل الاثنان بعضهما البعض ويسمحان بتنفيذ أعمال المهندسين بكفاءة.
دور موردين المواد في تقنية (BIM)
“يلعب الموردون دورًا أساسيًا في المشروع نظرًا لأنهم هم المفتاح للمواد المتوفرة للمشروع. لذلك يمكن فهم (BIM)،كنوع من كتالوج المواد المُصممة، مما يحسن الطريقة التي يتم بها نقل المواصفات الفنية للمشروع إلى المسؤولين عن بنائه في الواقع.”
هناك مواقع كثيرة تحتوي على مكتبات ضخمة من المنتجات مثل (BimObject)، مما يسمح لك بتنزيل نماذج محددة لإدراجها على الفور في مشروعك المعماري، وبالتالي توفير الوقت الذي تستغرقه كتابة المواصفات. ومع تحميل كل هذه المعلومات للنماذج، فإن النظام لا يحسن من جودة العمل فحسب، بل يقلل أيضًا من مشاكل عملية صناعة القرار والتغييرات في اللحظة الأخيرة أثناء عملية البناء، ويعالج المشاكل المفاجئة بشكل عملي ويخفض التكاليف الإجمالية للمشروع.
بالإضافة إلى ذلك، لكل عنصر سماته الخاصة، ويرتبط بشكل معين مع العناصر الأخرى المرتبطة به في المشروع. حيث إذا تم تعديل أحد هذه العناصر فإن العناصر التي تعتمد عليه ستتغير أيضًا تلقائيًا. فمثلا يرتبط عنصر الشباك مع عنصر الحائط، فإذا تم تعديل سمك الحائط يتم تعديل سمك الشباك ليتماشى معه. وبهذه الطريقة، تسمح (BIM) بالعمل المشترك للمهندسين المعماريين والعملاء والمقاولين والمهندسين وغيرهم من الجهات ذات الصلة بالمشروع الإنشائي بالإشتراك في عملية واحدة ذكية ومتكاملة.
هل توصل العلماء إلى الأخطار الصحية للرحلات الفضائية البشرية؟
هل توصل العلماء إلى الأخطار الصحية للرحلات الفضائية البشرية؟ نحن لا نزال نتعلم عن التأثيرات المحتملة على الأجسام البشرية بسبب الفترات الطويلة الأمد في الفضاء. لكنه بالفعل تم تحديد خطر صحي جديد يمكن أن يعرض الأرواح البشرية للخطر أثناء الرحلات الطويلة في الكون.
وتكمن المشكلة في الوريد الوداجي الباطن (وعاء دموي رئيسي ينزل من العنق إلى الدماغ). فقد توصلت دراسة شملت 11 شخصا ممن قضوا فترة من الوقت في محطة الفضاء الدولية (International Space Station (ISS، إلى أن ستة منهم طوروا متلازمة ركود الدم أو تدفق الدم عكس المجرى الطبيعي وهذا في نفس الوريد السابق ذكره، وذلك خلال فترة لا تتعدى 50 يوما.
وتبين أن أحد أفراد الطاقم أصيب بتخثر أو انسداد في الوريد الوداجي الباطني، وهي المرة الأولى التي تسجل فيها هذه الحالة بعد التحليق الفضاء.
ووفقاً لفريق هذه الإكتشافات الجديدة، فيجب أن تخضع هذه القضية للتحقيق قبل أن نبدأ في إرسال رواد الفضاء في رحلات طويلة إلى المريخ. وليس من الواضح حتى الآن ما هي العواقب المترتبة عن هذا النوع من تخثر الدم، ولكنها قد تكون قاسية وربما قاتلة.
كتب الباحثون في بحثهم المنشور: « ينتج عن التعرض لبيئة عديمة الوزن خلال الرحلات الفضائية انتقال مزمن لسوائل الدم والأنسجة لاتجاه الرأس بالمقارنة مع الوضع المستقيم على الأرض، بالإضافة لعواقب غير معروفة للتدفق الوريدي الدماغي».
تقوم الجاذبية على سطح الأرض بسحب الدم من الرأس إلى بقية الجسم، لذلك تشعر بالغرابة إذا وقفت على يديك لفترة طويلة من الزمن.
يختلف السيناريو في بيئة الجاذبية الصغرى لمحطة الفضاء الدولية، حيث مشاكل تدفق الدم ليست هي المخاطر الصحية الوحيدة التي يجب أن نقلق بشأنها.
وأضاف الباحثون:
« إن تحوُّل السوائل نحو الرأس خلال فترات انعدام الوزن الطويلة يؤدي الى انتفاخ الوجه، تناقص حجم الساقين، زيادة حجم الضربات وانخفاض حجم البلازما».
واستخدم الخبراء الطبيون الأوراق والصور التي حصلوا عليها من محطة الفضاء الدولية لتحديد المشكلة المحتملة فيما يتعلق بالوريد الوداجي الباطن، بينما عولج رائد الفضاء الذي أُصيب بجلطة بمضادات التخثر طوال الفترة المتبقية من البعثة (لم يتم الإشارة لهوية رواد الفضاء لأسباب تتعلق بالخصوصية).
يستوجب الأمر الاستثمار في مزيد من البحوث لمعرفة مدى جدية هذه المشكلة وكيف يمكن التخفيف منها في الرحلات الفضائية المقبلة. لكن العدد الكبير من رواد الفضاء الذين واجهوا مشكلة في تدفق الدم أمر يستدعي القلق.
من المعلوم أن قضاء الوقت في الفضاء قادر على تقليص كثافة العظام، تغيير تركيب البكتيريا في الأمعاء والضغط على الدماغ. ونعمل الآن لاكتشاف هذه التأثيرات قبل أن نحاول الوصول لأبعد من القمر وذلك لتطوير حلول ممكنة للوقاية من هذه التأثيرات.
ويختتم الباحثون ورقتهم بقولهم: « إن هذه الاكتشافات الجديدة قد تكون لها تأثيرات مهمة على صحة الإنسان في الرحلات الفضائية المدنية وفي البعثات الاستكشافية المستقبلية، مثل البعثات إلى المريخ ».
نُشر البحث في شبكة جاما المفتوحة JAMA Network Open.
بعد فوز الصين على أمريكا في سباق شبكات الجيل الخامس 5G تبدأ الصين أبحاث شبكات الجيل السادس 6G من اليوم وهو الخبر الذي قد يثير عجب الكثير من المتابعين للصراع الطويل بين الدولتين. ولكن دعونا من الصراع السياسي والاقتصادي للهيمنة، لنعرف في هذا المقال المزيد عن التقنيات الستة وأهم الفوارق بينهم.
خلال العقود الأخيرة تطورت تقنيات شبكات الاتصالات والانترنت بشكل متسارع وذلك لتلبية الطلب العالي للبيانات من قبل المستخدمين. وفي كل فترة تظهر تقنية جديدة تحدد طريقة عمل شبكات الاتصالات ابتداًء بتقنيات الجيل الأول 1G ومرورًا بالجيل الثاني G2 والثالث G3 والرابع G4 والخامس G5. مؤخرًا أعلنت الصين رسميًا بدء تطوير تقنية الجيل السادس 6G.
نظرة تاريخية:
قبل بدء الحديث عن تقنية الجيل السادس، من الضروري التطرق بالحديث عن الأجيال السابقة وذلك لمعرفة الفرق بين هذه الأجيال، وفهم مدى التطور الذي حدث مع مرور السنين.
الجيل الأول 1G :
ظهر الجيل الأول للاتصالات في بداية الثمانينات من القرن الماضي، وهذا الجيل يعتمد على تقنية «Frequency Division Multiplexing-التقسيم الترددي المتعدد» وتعرف اختصارًا بـ «FDM» وتتعامل مع الإشارات التماثلية «Analog Signals» فقط لذا كانت تُستعمل فقط لنقل المكالمات الصوتية، ولا يمكن استعمالها لإرسال الرسائل، أو حتى استعمالها في شبكات الانترنت.
الجيل الثاني 2G :
ظهر الجيل الثاني في بداية التسعينات، واعتمد هذا الجيل على تقنيات تتعامل مع الإشارات الرقمية مثل تقنية التقسيم الزمني متعدد الوصول والتي تعرف اختصارًا ب «TDMA» . وتعمل هذه التقنية بتقسيم التردد اللاسلكي إلى أجزاء زمنية، ثم تخصيص تلك الأجزاء لعدة مستخدمين. بهذه الطريقة؛ يمكن للتردد الواحد أن يدعم العديد من قنوات البيانات المتزامنة. فأتاحت هذه التقنية للمستخدم خدمة الرسائل النصية القصيرة «SMS» والبريد الإلكتروني. ثم ظهرت تقنية «EDGE» التي تسمح بزيادة سعة البيانات أثناء الاتصال ووصلت السرعة فيها إلى 473Kbit/second وبالتالي أتاحت خدمات جديدة مثل رسائل الوسائط المتعددة «MMS» والانترنت اللاسلكي.
من خلال تقنية TDMA، بإمكان عدد من الأشخاص استخدام نفس التردد ولكن بفترات زمنية مختلفة.
الجيل الثالث 3G :
يعتبر هذا الجيل ثورة في مجال الاتصالات نظرًا للسرعة العالية التي يقدمها مقارنة مع الأجيال السابقة، ويعتمد هذا الجيل على ما يسمى بتقنية النظام العالمي للاتصالات اللاسلكية، وتعرف اختصارًا ب «UMTS» والتي توفر خدمة الوصول إلى الانترنت عبر الموبايل أو الابتوب حتى أثناء التجوال والسفر، وتصل سرعة نقل البيانات في هذا الجيل إلى ما يقارب 7.2Mbps .
الجيل الرابع 4G :
يعتمد الجيل الرابع على معيار «التطور طويل الأمد-Long Term Evolution» ويعرف اختصارًا ب «LTE»هو معيار من معايير الاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض التي تعتمد على بروتوكول الإنترنت «IP»، وهي مصممة لتدعم وبشكل فعال الاتصال المبني على حزم البيانات، بحيث يسمح بنقل كمية أكبر من البيانات على شكل حزم، وهذا بدوره أدى الى مضاعفة سرعة الاتصالات والانترنت الى سرعات فائقة تصل إلى عشرين ضعف سرعة الجيل الثالث؛ إذ يمكنك تحميل فيلم حجمه 1 جيجا في أقل من نصف دقيقة.
الجيل الخامس 5G :
يعد الجيل الخامس آخر ما توصل إليه العلماء في مجال الشبكات الخلوية وتم تطبيقه مؤخرًا في عدد من الدول، لذا سنطرق بالحديث أكثر عن هذا الجيل.
ما هي تقنية الجيل الخامس 5G ؟
تقنية الجيل الخامس هي مجموعة القواعد التقنية الحديثة التي تحدد طريقة عمل الشبكة اللاسلكية، بما في ذلك الترددات المستخدمة، وكيفية التعامل مع المكونات المختلفة للشبكة -مثل معالجات الكمبيوتر والهوائيات- مع الإشارات الراديوية وتبادل البيانات معها.
أين توجد تقنية الجيل الخامس حاليا؟
تقنيات الجيل الخامس مستخدمة في كوريا الجنوبية والمملكة المتحدة وألمانيا والولايات المتحدة وفي الأيام الماضية أعلنت ثلاث شركات كبرى في الصين تبنيها لتقنيات الجيل الخامس وهي «China Mobile و China Unicom و China Telecom». الجدير بالذكر أن الصين الآن في طريقها لاستكمال محطة قطار شنغهاي المزودة بتقنية الجيل الخامس، وذلك بالتعاون مع شركة هواوي الصينية للتكنولوجيا «Huawei».
حوالي 60 مليون مسافر يستخدمون محطة شانغهاي هونغتشياو للسكك الحديدية سنويًا (حقوق الصورة لشبكة بلومبرج عبر Getty Images)
سرعة تحميل فائقة:
من المتوقع أن تصل سرعات التحميل في شبكات الجيل الخامس إلى 1000 ضعف سرعة التحميل في شبكات الجيل الرابع. وفقًا لشركة هواوي سيتمكن زوار محطة شنغهاي من تنزيل فيلم عالي الدقة بسعة 2 جيجابايت في أقل من 20 ثانية، بالمقارنة، سوف يستغرق تنزيل الفيلم نفسه على شبكة 4G ثلاث دقائق و20 ثانية.
استخدامات ممكنة لشبكات الجيل الخامس:
توفير ترجمة فورية لعدة لغات في المؤتمرات عبر الهواتف الخلوية.
يمكن للسيارات ذاتية القيادة تشغيل الأفلام والموسيقى وقراءة خرائط الطرق مباشرة عبر خدمة الحوسبة السحابية «Cloud Computing» دون الحاجة لتنزيل تلك الأفلام وغيرها نظرًا لسرعة الاتصال الهائلة.
يمكن تنزيل فيلم حجمه 8 جيجا بايت في غضون ست ثوان فقط.
من المتوقع أيضا أن تكون شبكة 5G سريعة وفعالة ومن الممكن أن تُعلن نهاية الاتصالات السلكية.
والآن، ماذا عن الجيل السادس 6G ؟
شبكات الجيل السادس لازالت قيد البحث والدراسة، حيث قامت الصين بتشكيل فريق مكون من 37 عضو من خبراء الاتصالات من المعاهد والجامعات المختلفة، من أجل تطوير هذا النوع المستقبلي من الشبكات، ودراسة الجدوى لهذا المشروع.
هرم خوفو أقدم نصب تذكاري في قائمة عجائب الدنيا السبع في العالم القديم.
إنه أعجوبة الهندسة البشرية والبناء، وحجمه ومقاسه ينافسان أي هيكل تم بناؤه خلال مئات السنين الماضية.
كان البناء رغم ذلك دائمًا موضع الكثير من النقاش بين العلماء، نظرًا لحجمه الهائل ونسبه المثالية.
تم بناء هرم الجيزة الأكبر للسلالة الرابعة الفرعون خوفو، وتم الانتهاء منه حوالي 2560 قبل الميلاد. إنه جزء من مجمع من 3 أهرامات كبيرة في جبانة الجيزة الواقعة في القاهرة الحديثة. هرم خوفو هو أكبر الأهرامات الثلاثة، وهو جزء من مجمعه الأصغر الذي يحتوي أيضًا على 3 أهرامات صغيرة تم بناؤها لزوجات خوفو.
استغرق الأمر حوالي 20 عامًا لإكماله، وناقش العلماء العديد من النظريات حول كيفية بنائه ومن قام به. تشير بعض النظريات إلى العمل العبودي، لكن يبدو من المعقول أن يكون المصريون أنفسهم قد بذلوا جهودهم، حيث كانوا يعملون خلال أوقات السنة التي غمر فيها نهر النيل ولم تكن أعمالهم الزراعية ممكنة. كان يمكن أن يكون نوعا من الخدمة المدنية.
كيفية بناء الهرم كانت دائما موضوع نقاش عاطفي للغاية من قبل العلماء. تشير بعض الأدلة والنظريات إلى أن 20 ألف عامل على مدار 20 عامًا قاموا ببنائه، وقد دفعوا مقابل ذلك. وهذا يتطلب قدرا كبيرا من التنظيم والقوى العاملة في طريق المحاسبة وحفظ السجلات حيث عرف المصريون بتوثيقهم الممتاز.
بني الهرم من كتل حجرية، تزن كل منها 2 طن على الأقل.
هناك نظريات تشير إلى أن العديد من الرجال قاموا معاً بمناورة كل كتلة فوق منحدر أحاط بالهيكل أثناء صعوده، أو أنهم نقلوا كل حجر إلى أعلى منحدرات طويلة ارتفعت مع ارتفاع الهرم، او استخدموا السقالات.
يتجنب الكثير من هذه النظريات لأسباب مختلفة، بما في ذلك فكرة أن الخشب الذي كان يمكن استخدامه للسقالات كان من شأنه أن يكون أعلى من ذلك، وإن الطوب المستخدم لهذه الأغراض لن يصمد تحت الثقل الهائل لكل كتلة ضخمة.
وتشير التقديرات إلى أنه استخدم 2.3 مليون قطعة حجرية، يتراوح وزنها بين 2 و15 طن لكل منها. يمتلئ الهرم نفسه بالممرات الداخلية والغرف التي كانت ستضم تابوت الجرانيت للفرعون وجميع السلع اللازمة لرحلة مثمرة إلى الحياة الآخرة. وقد تضمن ذلك قدرا كبيرا من المعادن الثمينة والأحجار والمنتجات الغذائية والمفروشات المنحوتة باليد.
كان ارتفاعه 481 قدما فقد منذ ذلك الحين قمته حيث أصبح طوله 455 قدما، ويغطي 13.1 فدان.لا عجب أن يكون هرم الجيزة الأكبر مدرجًا في قائمة عجائب الدنيا السبع القديمة. إنه شهادة على البراعة والقوة البشرية، وحجمه ونسبه شبه المثالية المدهشة تدل على أنه عمل رائع، ويجب أن يشعر بالرهبة والاحترام، خاصة لأنه يقف اليوم بأضرار طفيفة نسبيًا.
مركبة فوياجر 2 الفضائية ترسل لنا أول رسائلها من الفضاء النجمي
على بعد 18 بليون كيلومتر من الأرض يوجد الحد الذي يفصل بين الغلاف الشمسيheliosphere والفضاء النجمي Interstellar Space (ويُقصد به المنطقة بين النجوم التي لا تخضع لتأثير الرياح الشمسية والمجال المغناطيسي لشمسنا). عندما عبرت مركبة فوياجر 2 الفضائية هذا الحد، في يوم 5 نوفمبر 2018 بعد أكثر من 40 عامًا على إطلاقها، أرسلت لنا إشارة خافتة، والتي تمكن العلماء الآن من فكها.
تعد مركبة فوياجر 2 ثاني مركبة فضائية تتخطى الغلاف الشمسي إلى الفضاء النجمي، بعد مركبة فوياجر 1 التي وصلت إلى الفضاء النجمي في عام 2012. على الرغم من إطلاق فوياجر 2 قبل فوياجر 1 بستة عشر يومًا، إلا أنها احتاجت إلى 6 سنوات لتلحق بها وتصل إلى الفضاء النجمي، بعد ما سافرت بجوار الكواكب العملاقة بنظامنا الشمسي، ووفرت لنا الصور القريبة الوحيدة المتاحة لنا لكوكبي أورانوس ونبتون.
والآن أرسلت لنا فوياجر 2 النظرة الأكثر تفصيلاً حتى الآن للفضاء النجمي -على الرغم من أن علماء ناسا لم يكن لديهم أدنى فكرة في البداية من أن المركبة ستتمكن من الاستمرار في العمل لهذه الفترة الطويلة.
يقول البروفيسور إد ستون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، الذي كان يعمل على المهمة قبل إطلاقها في 1977: “لم نكن نعرف حجم الغلاف الشمسي، وبالتأكيد لم نكن نعرف أن المركبة الفضائية يمكن أن تعيش لفترة كافية للوصول إلى حافته والدخول إلى الفضاء بين النجوم”.
يمكن اعتبار الغلاف الشمسي كواجهة مناخية كونية، حيث له حدود مميزة حيث تلتقي الجسيمات المشحونة التي تتدفق من الشمس بسرعة تفوق سرعة الصوت مع رياح نجمية تهب من المستعراتالعظمى التي انفجرت قبل ملايين السنين. كان يعتقد ذات يوم أن الرياح الشمسية تلاشت تدريجياً مع المسافة، لكن فوياجر 1 أكدت أن هناك حدودًا، يحددها انخفاض مفاجئ في درجة الحرارة وزيادة في كثافة الجسيمات المشحونة، المعروفة باسم البلازما.
تقدم المجموعة الثانية من القياسات، القادمة من فوياجر 2، رؤى جديدة حول طبيعة حدود الغلاف الشمسي، حيث أن الأداة الخاصة بقياس خصائص البلازما الموجودة في فوياجر 1 قد تحطمت في عام 1980.
تكشف المجموعة الثانية من القياسات المنشورة في خمس ورقات منفصلة في مجلة Nature Astronomy، أن فوياجر 2 واجه حدودًا أكثر حدة وأرفع من الغلاف الشمسي مقارنةً بفوياجر 1. قد يرجع ذلك إلى عبور فوياجر 1 خلال النشاط الأقصى للطاقة الشمسية (النشاط منخفض حاليًا)، أو لأن المسبار اتخذ مسارًا أقل عمودية، مما يعني أن المسبار احتاج لوقت أطول لاختراق الحافة.
تعطي مجموعة البيانات الثانية أيضًا نظرة على شكل الغلاف الشمسي، متتبعةً شكل الغلاف الشمسي إلى حافة بارزة تشبه رصاصة حادة.
صورة توضح الشكل المفترض للغلاف الشمسي. حقوق الصورة:NASA/JPL-Caltech
وقال بيل كورث، عالم الأبحاث بجامعة أيوا ومؤلف مشارك في إحدى الدراسات: “هذا يعني أن الغلاف الشمسي متماثل، على الأقل في النقطتين اللتين عبرت منهما المركبتان فوياجر”.
تقدم فوياجر 2 أيضًا أدلة إضافية على سمك الغشاء الشمسي heliosheath، وهو المنطقة الخارجية للغلاف الشمسي heliosphere، والنقطة التي تتراكم فيها الرياح الشمسية ضد الرياح القادمة من الفضاء النجمي، مثل موجة القوس المرسلة أمام سفينة في المحيط.
تقودنا البيانات إلى نقاش حول الشكل العام للغلاف الشمسي، والذي تتنبأ بعض النماذج بأنه يجب أن يكون كرويًا، بينما تشبهه نماذج أخرى بكُم الريح، مع ذيل طويل يتدفق خلفه بينما يتحرك النظام الشمسي عبر المجرة بسرعة عالية.
يعتمد الشكل، بطريقة معقدة، على القوة النسبية للحقول المغناطيسية داخل وخارج الغلاف الشمسي، وتشير أحدث القياسات إلى شكل أكثر كروية.
مع الأسف، هناك حدود لكمية المعلومات التي يمكننا الحصول عليها من مجموعتي قياسات فقط.
لا تزال مركبة فوياجر 2 ترسل لنا إشارات من خارج الغلاف الشمسي. تستغرق الإشارة أكثر من 16 ساعة للوصول إلى الأرض، ويتم إلتقاط الإشارة بواسطة أكبر هوائي بوكالة ناسا، وهو طبق يبلغ قطره 70 مترًا.
من المتوقع أن تنخفض طاقة المسبارين فوياجر المدعومين بالبلوتونيوم المتحلل بشكل ثابت إلى ما دون مستويات الطاقة الحرجة في عام 2025. لكنهما سوف يستمران في مسارهما لفترة طويلة بعد أن تنفذ منهما الطاقة. يقول كورث: “سوف يصمد المسباران لفترة أطول من الأرض. سوف يدوران في مداريهما الخاص حول المجرة لمدة 5 مليارات سنة أو أكثر. واحتمال اصطدامها بأي شئ يقرب من الصفر”.
إعلان الفائزات بجائزة (التميُّز) في العمارة والبناء
أعلنت جائزة التميز عن الفائزات بجائزة المرأة في العمارة والبناء لعام 2019، وهي جائزة تُكرّم المعماريات في الشرق الأدنى وشمال إفريقيا، تحت فئتين: (النجمة الصاعدة – Rising Star) و (المرأة ذات الانجازات المتميزة – Woman of Outstanding Achievement). وسيتم تكريم الفائزين والمرشحين النهائيين للجائزة خلال حفل التميز السنوي الذي سيقام في الأردن في ديسمبر القادم.
الفائزة بجائزة التميز في فئة النجمة الصاعدة: دانة العمري من السعودية
دانة العمري مهندسة معمارية ومؤسس شريك في (ستوديو وَتَد) في جدة، والذي يبحث في التصميمات المناسبة للسياق والحلول المعمارية التي تلبي الاحتياجات المحلية. وتمثل العمري جيلًا ناشئًا من المعماريات من المملكة العربية السعودية الطامحات في دعم احتياجات المجتمعات المحلية والنسيج الحضري المتطور لمدينتهم وبلدهم. وقد صممت دانة عددًا من المشاريع التي تغطي القطاعات السكنية والتجارية وأماكن الضيافة.
عملت العمري أيضًا في مشاريع ذات مسئولية مجتمعية، مثل مشروع أفران الطاقة الشمسية الذي يهدف إلى تثقيف أولئك الذين دمرتهم فيضانات جدة حول استخدام الطاقة الشمسية. بالإضافة الى عمل بحث حول تجديد أحياء جدة الفقيرة والأحياء التاريخية المهملة؛ و(اعادة تطوير طريق مالك – Malik Road Redevelopment) الذي يسعى إلى حلول بديلة لتخطيط شوارع المنطقة، على أمل الحد من حوادث المرور والسيارات. شاركت العمري أيضًا في مؤتمرات ومعارض، مثل قمرة، ناقشت خلالها أهمية الهندسة المعمارية وطرق البناء المستدامة.
الفائزة بجائزة التميز في فئة المرأة ذات الانجازات المتميزة: زينب جيليك من تركيا
الدكتورة زينب جيليك أستاذ في العمارة والتاريخ بمعهد نيوجيرزي للتكنولوجيا بجامعة روتجرز وأستاذ في التاريخ بجامعة كولومبيا. قامت أيضًا بكتابة وتحرير وإنتاج العديد من المنشورات التي تستكشف الهندسة المعمارية ومدن الإمبراطورية العثمانية المتأخرة والاستعمار الفرنسي. في الماضي، درَّسَت في جامعات مختلفة بما في ذلك جامعة كاليفورنيا، بيركلي، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، هارفارد، مدرسة الدراسات العليا للعلوم الاجتماعية في باريس، والمدرسة الوطنية للعمارة والهندسة في تونس، وكلية بارنارد وجامعة البوسفور في اسطنبول.
تشمل بعض كتب الدكتور جيليك: “The Remaking of Istanbul – إعادة صناعة اسطنبول” (1986)، “Displaying the Orient: Architecture of Islam at Nineteenth-Century World’s Fairs – عرض الشرق: هندسة الإسلام في معارض القرن التاسع عشر العالمية” (1997)؛ و”About Antiquities: Politics of Archaeology in the Ottoman Empire – حول الآثار: سياسة الآثار في الإمبراطورية العثمانية” (2016). كما تستكمل حاليًا كتابًا جديدًا بعنوان “مدن الشرق الأوسط” بين الإمبراطورية العثمانية المتأخرة وبين الانتداب البريطاني والفرنسي.
بالإضافة إلى منشوراتها، قامت بتصميم وتنسيق العديد من المعارض في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك “جدران الجزائر” في معهد (جيتي – Getty) للأبحاث في لوس أنجلوس و “التدافع من أجل الماضي: قصة في علم الآثار في الإمبراطورية العثمانية” في سالت، إسطنبول. كما تتعاون حاليًا مع فريق دولي في معرض ومؤتمر بعنوان “فلسطين من السماء”، سيفتتح في رام الله عام 2020.
وأخيرًا الفائزة بجائزة التميز كمعمارية جديرة بالإشادة في فئة المرأة ذات الانجازات المتميزة: شهيرة فهمي من مصر
شهيرة فهمي هي مهندسة معمارية وباحثة. ومؤسس ومدير مكتب (شهيرة فهمي للعمارة) الذي تم تأسيسه في القاهرة عام 2005. قامت شهيرة فهمي بتصميم وبناء مشاريع في الشرق الأوسط وأوروبا، وقد أشادت بها دار (فايدون – Phaidon) للنشر باعتبارها “أحد المعماريين الذين يبنون المستقبل العربي”. تشمل مشاريعها المخطط الرئيسي لمنتجع (Andermatt Swiss Alps’ Ski Resort)، المرحلة الثانية والثالثة. والتصميم المعماري لمنتجع أليجريا (Allegria Resort) وهو مشروع سكني في القاهرة؛ وترميم قاعة الفنون التجريبية في نيويورك.
إلى جانب أعمالها المعمارية، فقد أجرت بحوث في ظاهرة التمدن السريع، وهي حاصلة لمرتين على برنامج الزمالة لمرحلة ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، من خلال عملها الرائد في دراسة العلاقة ما بين مفهوم التحضر والإدارة والفضاء الإلكتروني. كما دَرَّسَت في جامعة كولومبيا: كلية العمارة والتخطيط والحفاظ، والجامعة الأمريكية في القاهرة، وجامعة القاهرة. وتعمل حاليًا في مشروع الإسكان الميسور التكلفة في المملكة المتحدة.
التفوق الكمي نقطة فاصلة في تاريخ التكنولوجيا، جوجل تعلن تحقيقها التفوق الكمي ، فمرحبًا بك في عالم الكم
صرحت شركة Google أن فريق من علمائها بقيادة «جون مارتينيز-John Martinis» عالم الفيزياء التجريبية في جامعة كاليفورنيا بسانتا باربرا وجوجل في ماونتن فيو قاموا ببناء جهاز كمبيوتر وصل إلى «التفوق الكمومي-quantum supremacy» وأجرى عملية حسابية قد تستغرق أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم 10000 عام في 200 ثانية فقط!
ناسا وتسرب الخبر
تم نشر نتائج اختبارات Google التي أجريت باستخدام شريحة كمومية تم تطويرها داخل الشركة، يوم الأربعاء 23 أكتوبر في مجلة «Nature» العلمية.
جاء ذلك بعد تسرب مبكر من الورقة البحثية قبل خمسة أسابيع في سبتمبر من قبل الفاينانشيال تايمز ومصادر أخرى أخذته من موقع ناسا الذي يتعاون مع جوجل في مجال الحوسبة الكمومية، لكن تم مسح الورقة المنشورة سريعًآ في ذلك الوقت ولم تؤكد الشركة أنها كتبت الورقة ولم تعلق على القصة وقتها.
التصريح الرسمي
قال «هارتموت نيفين-Hartmut Neven» المدير الهندسي في جوجل عبر مدونته الرسمية:
هذا الإنجاز هو نتيجة سنوات من البحث والتفاني من العديدين، إنها أيضًا بداية رحلة جديدة لمعرفة كيفية تطبيق هذه التكنولوجيا ونحن نعمل مع مجتمع البحث ونترك أدواتنا مفتوحة المصادر لتمكين الآخرين من العمل إلى جانبنا لتحديد التطبيقات الجديدة لتلك التقنية.
الفكرة الرئيسية للحوسبة الكمومية
تتمثل الفكرة وراء الحوسبة الكمومية في تحسين سرعة المعالجة وقوة أجهزة الكمبيوتر لتكون قادرة على محاكاة النظم البيولوجية الكبرى ودفع التقدم في الفيزياء والكيمياء وغيرها من المجالات.
عن طريق محاكاة التفاعلات والحسابات اللازمة للحصول على النتائج في الأبحاث العلمية وتسريعها درجات غير مسبوقة للحصول على نتائج قد تستغرق أعوام في أيام قليلة.
فبدلاً من تخزين وترميز المعلومات بشفرة «ثنائية-binary» مكونة من 0 أو 1 مثل أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، تعتمد أجهزة الكمبيوتر الكمومية على «مكدسات- qubits» والتي يمكن أن تكون 0 و 1 في وقت واحد؛ مما يزيد بشكل كبير من كمية المعلومات التي يمكن ترميزها.
شك في النتائج المعلنة
لكن مثل الكثير من التطورات في الذكاء الاصطناعي هناك الكثير من النقاش حول ما يشكل طفرة حقيقية، فيقول الباحثون في «International Business Machines Corp-IBM» -وهي المنافس التقليدي لجوجل في هذا المجال- في مدونة هذا الأسبوع إن محاكاة نفس المهمة التي استخدمتها Google يمكن إجراؤها في غضون يومين ونصف فقط على جهاز كمبيوتر كلاسيكي مزود بسعة تخزين كافية على القرص الصلب وليس 10 آلاف عام!.
فإذا كان التفوق الكمومي يعني القيام بشيء لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية القيام به فهذا ليس الأنجاز الذي تدعيه جوجل.
إنجازات سابقة على جوجل
في الوقت الذي تتسابق فيه أكبر شركات التكنولوجيا في العالم على تطوير جهاز كمبيوتر كمّي يتفوق على الأكاديميين، إلا أن بعض المنتجات متاحة تجاريًا بالفعل.
عام 2011 أصبحت شركة «D-Wave Systems Inc» في كندا أول شركة تبيع مثل هذا المنتج للشركات والمختبرات الحكومية على الرغم من أن تلك الآلات محدودة ولا يمكنها حل أي مسائل رياضية.
كما أن هناك عدد من الشركات الأخرى بما في ذلك IBM و Microsoft Corp و Rigetti Computing التي تتخذ من كاليفورنيا مقراً لها – تسعى لصنع أجهزة أكثر قوة يمكن للشركات استخدامها، وأتاح بعضهم أيضًا تقنياتهم بشكل مفتوح للباحثين للتجربة عبر الإنترنت.
آراء العلماء
يقول مارتينيز إن:
التفوق الكمي يُعتبر علامة فارقة لأنه يثبت أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تتفوق على أجهزة الكمبيوتر التقليدية على الرغم من أن ذلك لم يتم إثباته إلى الآن إلا في حالات محدودة للغاية، إلا أن تلك الحالات تثبت لعلماء الفيزياء أن ميكانيكا الكم تعمل كما هو متوقع عند تسخيرها في مشكلة معقدة.
وتقول «ميشيل سيمونز- Michelle Simmons» عالمة فيزياء الكم في جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني بأستراليا:
يبدو أن جوجل قد أعطتنا أول دليل تجريبي أن التسارع الكمي يمكن تحقيقه في الواقع.
تطبيقات محدودة للتفوق الكمي
يقول «كريستوفر مونرو- Christopher Monroe» الفيزيائي بجامعة ماريلاند في كوليج بارك
إن إنجاز جوجل قد يفيد الحوسبة الكمومية من خلال جذب المزيد من علماء الكمبيوتر والمهندسين إلى هذا المجال، لكنه يحذر أيضًا من أن الأخبار قد تخلق انطباعًا بأن أجهزة الكمبيوتر الكمومية أقرب إلى التطبيقات العملية السائدة مما هي عليه بالفعل.
في الواقع يضيف مونرو أن العلماء لم يثبتوا بعد أن الكمبيوتر الكمومي القابل للبرمجة يمكنه حل مهام مفيدة لا يمكن القيام بها بأي طريقة أخرى، مثل حساب الهيكل الإلكتروني لجزيء معين وهي مشكلة صعبة تتطلب خلق نماذج للتفاعلات الكمية.
ويقول «سكوت آرونسون-Scott Aaronson» عالم الحوسبة النظرية في جامعة تكساس
إن هناك خطوة مهمة أخرى تتمثل في إظهار التفوق الكمي في خوارزمية تستخدم عملية تعرف باسم تصحيح الأخطاء، طريقة لتصحيح الأخطاء الناتجة عن الضوضاء والتي من شأنها أن تدمر أي عملية حسابية، يعتقد الفيزيائيون أن هذا سيكون ضروريًا لتشغيل أجهزة الكمبيوتر الكمومية على نطاق واسع.
وإن التجربة التي ابتكرتها Google لإظهار التفوق الكمومي قد يكون لها تطبيقات عملية: مثل أنشأ بروتوكولًا لاستخدام الحسابات الناتجة عن مولد الأرقام العشوائية الكمومية، فقد قد يكون ذلك مفيدًا في التشفير وخلق العملات المشفرة التي يعتمد أمانها على مفاتيح عشوائية على سبيل المثال.
يعمل مارتينيز على تحقيق هذين الهدفين ويقول أنه سوف يكشف عن نتائج تجاربه في الأشهر المقبلة ويضيف أن هذه التجربة تشبه برنامج اختباري ليس مفيدًا بحد ذاته لكنه يخبر Google أن الأجهزة والبرامج الكمية تعمل بشكل صحيح.
تعد ميكانيكا الكم واحدة من أنجح نظريات العلوم الطبيعية، فعلى الرغم من أن تنبؤاتها غالبًا ما تكون غير بديهية، إلا أنه لم يتم إجراء تجربة واحدة حتى الآن لم تتمكن النظرية من تقديم وصف مناسب لها.
إلى جانب الزملاء في bigQ (المركز القومي للأبحاث الوطنية الدنماركية)، يعمل قائد المركز البروفيسور أولريك لوند أندرسن على فهم واستخدام الآثار الكمومية العيانية.
يقول أولريك: “إن الرأي السائد بين الباحثين هو أن ميكانيكا الكم هي نظرية صالحة عالميا، وبالتالي تنطبق أيضا على العالم اليومي المرئي الذي نعيش فيه عادة. وهذا يعني أيضًا أنه من الممكن مراقبة الظواهر الكمومية على نطاق واسع، وهذا هو بالضبط ما نسعى جاهدين للقيام به في bigQ”.
في مقال جديد في دورية Science، يصف الباحثون كيف نجحوا في خلق ضوء متشابك ومضغوط في درجة حرارة الغرفة. هذا الاكتشاف يمكن أن يمهد الطريق لحواسيب كمومية أقل تكلفة وأكثر قوة.
يهتم عملهم بأحد أكثر الظواهر الكمومية صعوبةً في فهمها: التشابك entanglement. هذه الظاهرة تصف كيف يمكن جلب الأشياء المادية إلى حالة تكون مرتبطة فيها بشكل معقد بحيث لا يمكن وصفها بشكل فردي.
إذا كان هناك تشابك بين جسمين، فيجب اعتبارهما كيان واحد بغض النظر عن مدى بعدهما عن بعض، سيظلان يتصرفان كوحدة واحدة. وإذا تم قياس الأجسام بشكل فردي، فستكون النتائج مرتبطة بدرجة لا يمكن وصفها استنادًا إلى قوانين الطبيعة الكلاسيكية. هذا ممكن فقط باستخدام ميكانيكا الكم.
التشابك لا يقتصر على الأجسام المادية فقط. في جهودهم لرصد الظواهر الكمومية على نطاق ماكروسكوبي، تمكن الباحثون في bigQ من إنشاء شبكة من 30000 نبضة متشابكة من الضوء مرتبة في شبكة ثنائية الأبعاد موزعة في المكان والزمان. هذا تقريبا يحدث عن حياكة عدد لا يحصى من الخيوط الملونة معًا في بطانية منقوشة.
أنتج الباحثون أشعة ضوئية ذات خواص ميكانيكية خاصة، ونسجوها معًا باستخدام مكونات الألياف الضوئية لتشكيل حالة كم متشابكة للغاية مع بنية شبكية ثنائية الأبعاد، تسمى أيضًا حالة الكتلة.
يقول ميكيل فيلسبل لارسن، المؤلف الرئيسي للبحث: “على عكس حالات الكتلة التقليدية، فإننا نستفيد من درجة الحرية المؤقتة للحصول على شبكة ثنائية الأبعاد مكونة من 30000 نبضة ضوئية. الإعداد التجريبي بسيط للغاية بشكل مدهش. معظم الجهد المبذول كان في تطوير فكرة إنتاج حالة الكتلة cluster state”.
إنشاء مثل هذه الدرجة الواسعة من التشابك الفيزيائي الكمومي -في حد ذاته- هو بحث أساسي مثير للاهتمام. حالة الكتلة هي أيضًا مورد محتمل لإنشاء جهاز كمبيوتر كمي بصري. يعد هذا النهج بديلاً مثيراً للاهتمام للتقنيات فائقة التوصيل الأكثر انتشارًا، حيث يحدث كل شيء في درجة حرارة الغرفة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام وقت التماسك الطويل لضوء الليزر، مما يعني أنه يمكن الحفاظ عليه كموجة ضوئية محددة بدقة لمسافات طويلة جدًا.
وبالتالي لن يحتاج كمبيوتر الكم البصري إلى تقنية تبريد مكلفة ومتقدمة. في الوقت نفسه، ستكون وحدات الكيوبت الموجودة في ضوء الليزر أكثر تحملًا من أقاربه الإلكترونية شديدة البرودة المستخدمة في الموصلات الفائقة.
يضيف أولريك: “من خلال توزيع حالة الكتلة التي تم إنشاؤها في المكان والزمان، يمكن أيضًا بسهولة توسيع نطاق جهاز كمبيوتر الكم البصري بحيث يحتوي على مئات من وحدات الكيوبت. وهذا يجعله مرشحًا محتملاً للجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر الكمومية الأكبر والأكثر قوة”.
الوقود الأحفوري: هو وقود يتم استعماله لإنتاج الطاقة الأحفورية، يستخرج من الفحم الحجري، والفحم النفطي الأسود، والغاز الطبيعي، ومن النفط، كما تستخرج أيضًا هذه المواد بدورها من باطن الأرض وتحترق في الهواء مع الأكسجين لإنتاج حرارة تستخدم في كافة الميادين.
أدى الاستهلاك البشري للوقود الأحفوري إلى زيادة انبعاثات ثنائي أكسيد الكربون على مستوى العالم، مما أدى إلى مشاكل خطيرة مرتبطة بارتفاع درجة حرارة الأرض وتغير المناخ والاحتباس الحراري.
على الرغم من أن الانبعاثات بدت وكأنها تتلاشى منذ عدة سنوات إلا أنها على ارتفاع مرة أخرى، فهناك الكثير من الطرق المتبعة حاليًا للتخفيف من هذه الانبعاثات ولكن تكمن العقبة في أن هذه الطرق تعتمد على الطاقة بدرجة كبيرة، انخفاض قدرة ثنائي أكسيد الكربون يزيد أيضًا من صعوبة التقاطه وتحويله بكفاءة عالية إلى مواد مفيدة، الأمر الذي دفع العلماء لبذل المزيد من الجهد والوقت لحل هذه المشكلة، بفضل العمل المستمر تكللت المساعي بالنجاح وتوصلوا إلى طريقة مبتكرة لمواجهة انبعاثات ثنائي أكسيد الكربون.
الطريقة المبتكرة حديثًا:
توصل العلماء بجامعة كيوتو إلى طريقة مبتكرة في محاولة لمواجهة الكميات الهائلة من ثنائي أكسيد الكربون الموجود في الهواء؛ من خلال تحويله إلى مادة مفيدة.
الجدير بالذكر أن هذه العملية تتم دون أن تستهلك الكثير من الطاقة، والأكثر من ذلك أن المواد الناتجة تكون قابلة لإعادة الاستخدام.
يقول سوسومو كيتاجاوا، كيميائي في جامعة كيوتو: “أحد أكثر الطرق إفادة لاحتجاز الكربون هو إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون إلى مواد كيميائية عالية القيمة، مثل الكربونات الدورية بحيث نستطيع استخدامها في الأدوية”.
PCP: وهو عبارة عن بوليمر تنسيق يسهل اختراقه«porous coordination polymer»، معروف أيضًا باسم MOF«إطار معدني عضوي-Metal-organi framework»، يتكون هذا البوليمر من أيونات الزنك المعدنية، أحد أهم ميزاته حسب ما وجد العلماء عن طريق استخدام التحليل الهيكلي للأشعة السينية أنه قادر على التقاط جزيئات ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي وبكفاءة أعلى بمقدار 10 أضعاف من مركبات PCP الأخرى.
يقول كين إيتشي أوتاكي، الكيميائي بجامعة كيوتو من معهد علوم المواد الخلوية المتكامل (iCeMS): “لقد نجحنا في تصميم مادة مسامية لها تقارب كبير مع جزيئات ثنائي أكسيد الكربون ويمكنها تحويلها بسرعة وفعالية إلى مواد عضوية مفيدة”.
يحتوي البوليمر على مكون عضوي له بنية جزيئية تشبه المروحة، مع اقتراب جزيئات ثنائي أكسيد الكربون من الهيكل، وجد الباحثون أن الجزيء يدور ويعاد ترتيبه، لاحتجاز جزيئات الغاز.
مكون عضوي بهيكل يشبه المروحة.
ميزات PCP:
عندما تعيد الجزيئات ترتيب نفسها تحدث تغييرات طفيفة في القنوات الجزيئية داخل البوليمر، ونتيجةً لذلك يعمل البوليمر كمنخل يمكنه التعرف على الجزيئات حسب الحجم والشكل.
قابل لإعادة الاستخدام حتى مع عدم كفاية عملية التقاط الجزيئات ولو بعد 10 دورات.
يمكن للبوليمر تحويل جزيئات ثنائي أكسيد الكربون الملتقطة لصنع مادة «البولي يوريثين-polyurethane» وهي مادة لها مجموعة واسعة من التطبيقات، على سبيل المثال تستخدم في الملابس، والتعبئة، والأجهزة المنزلية وغيرها الكثير في مجالات متنوعة.
طرق أخرى تم تطويرها في وقت سابق:
قدمَ علماء من جامعة RMIT في أستراليا طريقة لتحويل ثنائي أكسيد الكربون إلى فحم، باستخدام تفاعل كيميائي يشمل السيريوم المعدني.
أيضًا تمكن فريق آخر من الباحثين، من جامعة رايس في الولايات المتحدة، من تطوير جهاز لتحويل ثنائي أكسيد الكربون إلى وقود سائل: في هذه العملية يكون البزموت المعدني هو المكون الرئيسي، وحامض الفورميك هو النتيجة النهائية، كل هذه الأفكار تحتاج إلى مزيد من البحث وتحتاج إلى العمل على نطاقات أكبر.
قد تصبح طريقة تحويل ثنائي أكسيد الكربون الجديدة مهمة جدًا بالنسبة لنا في المستقبل، لأسباب أقلها تحويل شيئًا ضار نوعًا ما لا نريده إلى شيء يفيدنا في مجالات متنوعة.
«معهد ماساتشوستس للتقنية- Massachusetts Institute of Technology» -يُعرف اختصارًا بـ MIT- قام بتطوير تقنية لاكتشاف سرطان الثدي حتى قبل 5 سنوات من حدوثه.
«سرطان الثدي-Breast cancer»
هو نوع من أنواع السرطان يظهر في أنسجة الثدي، من علاماته تغير في شكل الثدي، وظهور كتلة، تقشير الجلد، سائل قادم من الحلمة، حلمة مقلوبة حديثًا، بقع حمراء قد تكون متقشرة.
التشخيص والمعالجة:
هناك طريقتين للفحص يعدان الأكثر استخداماً، الأولى الفحص البدني للثدي من قبل مقدم الرعاية الصحية والثانية عن طريق جهاز الماموغرام (التصوير الشعاعي للثدي)، يمكن لهاتين الطريقتين أن تقدمان احتمال تقريبي ما إذا كانت الكتلة سرطانية أم لا؟
عادة ما يتم العلاج عن طريق الجراحة، والتي يمكن أن يتبعها العلاج الكيميائي أو العلاج الإشعاعي أو كليهما.
التقنية الحديثة والتي قد تُحدث ثورة في الكشف المبكر عن سرطان الثدي:
في مختبر علوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قام الباحثون الأمريكيون بابتكار جهاز تم تدريبه لاكتشاف سرطان الثدي قبل حدوثه ب 5 سنوات وذلك من خلال تصوير الثدي بالأشعة السينية، وإدخال بيانات ومعلومات عن المريض.
يقوم الجهاز باستخدام التعلم العميق إتخاذ القرار وتحديد النتيجة، حتى الآن أظهرت النتائج دقة عالية.
لا يعتمد الجهاز في تشخيص السرطان على وضع الفرضيات ودراسة عوامل الخطر، كما أن الكشف الدوري للثدي يكون كل 3 أو 4 سنوات.
الفريق البحثي قام بتجربة الجهاز بإدخال أكثر من 90 ألف صورة تصوير ثدي بنتائجها -حصلوا عليها من حوالي 60 ألف مريضة بسرطان الثدي- تمكن الجهاز من اكتشاف أنماط خفية في أنسجة الثدي حيث تعتبر مقدمة للأورام الخبيثة، وكان من المستحيل ملاحظتها من قبل الأطباء البشريين.
نموذج يوضح القدرة على إكتشاف البؤرة التي ستتحول لسرطان، حوالي 4 سنوات قبل حدوثه ثم صورة بعد حدوثه.
بشكل عام، يهدف المشروع إلى مساعدة أخصائيي الرعاية الصحية على وضع برنامج الفحص الصحيح للأفراد والقضاء على النتائج المفاجئة للتشخيص المتأخر.
يأمل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن يتم استخدام هذه التقنية أيضًا لتحسين الكشف عن الأمراض الأخرى التي تعاني من مشكلات مماثلة مع نماذج المخاطر الحالية ذات الثغرات الكثيرة ودرجات الدقة المنخفضة.
كان هناك هدف سامٍ وراء ابتكار التقنية الحديثة، تُرى ما هو؟
مسألة التحيز الحسابي تمثل محور الكثير من الأبحاث الصناعية وحتى المنتجات الأحدث التي ستصدرها شركات التكنولوجيا التي تعمل على نشر الذكاء الاصطناعي في هذا المجال.
يلاحظ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن النساء السود أكثر عرضة بنسبة 42 في المائة من النساء البيض للوفاة من سرطان الثدي، ويمكن أن يكون أحد العوامل المساهمة في ذلك هو عدم خدمتهن بتقنيات الكشف المبكر الحالية.
لذلك صمم الباحثون نموذجهم الخاص بحيث يكون الجهاز قادرًا على قراءة البيانات وإعطاء نتائج تضمن الدقة للنساء البيض والسود.
كان الهدف جعل تقييم المخاطر الصحية من هذه الطبيعة أكثر دقة للأقليات، الذين لا يتم تمثيلهم جيدًا في تطوير نماذج التعلم العميق.
بطاريات الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019 ، كيف تعمل؟ وما أهميتها في حياتنا؟
بطاريات الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019 حولك في كل مكان، في هاتفك النقّال وفي سيارتك وفي حاسوبك المحمول وغيرها من الأجهزة التي لا تُلزمك الإلتصاق بجانب قابس الكهرباء كي تبقى حية، في هذا المقال سنأخذكم معنا في جولة إلى عالم البطاريات وتطورها لتعرف كيف تعمل؟ وما أهميتها في حياتنا؟ وصولا إلى بطاريات الليثيوم التي كانت سببا لنيل جائزة نوبل في الكيمياء عام 2019.
بطارية الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019 المستخدمة في حياتنا يوميًا
مبدأ عمل البطارية بوجه عام
تحتوي البطارية على عدد من الخلايا والتي تتكون من قطبان موصولان بدارة كهربائية ويفصل بين القطبين محلول أيوني يحوي أيونات موجبة وسالبة، كما يفصل بين القطبان حاجز يمنع تكون دارة كهربائية قصيرة. تبدأ عملية الشحن بأكسدة القطب السالب والذي يعرف بـ«الأنود»، مما يؤدي إلى حركة الألكترون خلال الدارة بإتجاه القطب الموجب المسمى «كاثودا» فيختزل الإلكترون القادم من الدارة، وتعتمد فولتية البطارية على مقدار فرق الجهد بين القطبين وتتم كامل العملية بصورة لحظية أما عملية إعادة الشحن فتتم بصورة عكسية غير لحظية وتحتاج إلى مصدر كهربائي خارجي.
بدايات بطاريات الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019
أولى البطاريات ظهوراً هي البطارية الفولتية والتي يمثل فيها عنصر «الزنك» الأنود الذي ينتج الإلكترون للدارة، على الجهة المقابلة يقف كاثود النحاس معتمدا على الظروف المحيطة، ففي جوٍ مليء بالأكسجين يتأكسد النحاس جزئيًا إلى CuO ومن ثم يختزل إلى «النحاس» الحُر مجددًا. أما في غياب الأكسجين يُختزل البروتون الموجود في المحلول الأيوني إلى الهيدروجين على سطح النحاس وتصل فولتية البطارية ما بين 0,8 – 1,1 إعتمادًا على المحيط، كما أن هذه البطارية غير قابلة لإعادة الشحن.
بطاريات (الرصاص-الحمض) المستخدمة كبطارية ابتدائية للسيارات تتشابه إلى حدٍ كبير مع البطارية الفولتية، لكنها تختلف عنها في خاصية إعادة الشحن، نذكر أيضا بطارية «النيكل- الحديد» وبطارية «النيكل-الكادميوم» والتي تعتبر أسلافًا لبطارية «النيكل-الهيدرايد الفلزي».
الليثيوم
تم اكتشاف عنصر الليثيوم عام 1817، بعدده الذري 3، وبكثافته التي لا تتجاوز 0,53 جم/مل ويعد أخف عنصر فلزي كما أنه يمتلك جهد اختزال معياري منخفض، مما يجعله مرشحًا قويًا مناسبًا لخلايا البطاريات عالية الفولتية ومرتفعة الكثافة، وبما أنه عنصر نشط سريع التفاعل، فهو ما يستوجب حمايته وعدم تعريضه للهواء.
عنصر الليثيوم وأيونه الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019
تخلل الكاثود
نظرا لأن مرشحنا وعنصرنا النشط قد استحوذ على إعجاب العلماء حيث نصبوه أنودًا، اتجهت الأنظار وقتها لإيجاد كاثود مناسب يحقق جهد فولتي عالي، وقد وقع الإختيار على «TiS2» حيث أثبت هذا المركب قدرته على إحتواء الكترون الليثيوم. فالترتيب الصفائحي لمركب TiS2 وبينها أيونات الليثيوم، سمح لها بالتخلل، كما قدم العالم «والتر رودف-Walter Rudoff» التخلل الكيميائي في الأمونيا السائلة منتجًا «Li(0.6)/TiS2»، لكن الثورة الحقيقية كانت عندما استطاع «إم ستانلي وايتيجتون-M.Stanely Whittington» و «فريد جامبل-Fred Gamble» إيضاح أن عملية التخلل تتم ضمن الصيغة «Li(x)TiS2» حيث x أكبر من صفر وأقل أو تساوي واحد. هذه المادة كانت نظير «CdI(2)-NiAs» وأيونات الليثيوم وهذا بدوره حفز وايتنجون لإكتشاف التخلل الكهروكيميائي في هذه المواد، ومع بداية 1973 قدّم هذه المواد كأقطاب في البطاريات.
خلية بطاريات الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019
خلية البطارية مكونة من عنصر الليثيوم كـ أنود و«TiS2» كـ كاثود و«LiPF6» كمحلول أيوني مُذاب في «كربونات البروبيلين-Propylene carbonate» القوة المُحركة الكهربائية للخلية تقترب من 2.5 فولت وتظهر كثافة التيار الأساسي قريبة من ١٠ مترأمبير لكل سم مربع وهذا يعطينا: «(XLi + TiS(4) – → Li(x)TiS(2» ويستمر التفاعل بتخلل أيونات الليثيوم في شبكة «TiS2».
عملياً:
يتم خلط بودرة TiS2 مع «التفلون-Teflon» وترتبط مع داعم معدني مُحاط بفلز بولي بروبالين ومعدن الليثيوم. ولزيادة مرونة الدارة وحركتها بنسبة ١١٠٠ مرة أكبر، يتم غمس خليط من «تيتراهيدروفيوران-Tetrahydrofuran» و «Dimethoxyethane» يحوي على «LiClO 4».
المشكلة التي نسعى لحلها الآن هي حماية الليثيوم وتقليل تفاعله مع الجو، حيث أنه تم العثور على زوائد شجرية تكونت على سطح الخلية لها القدرة على اختراق الطبقة العازلة والوصول إلى القطب الآخر وبالتالي تكون دارة قصيرة أدت إلى انفجارات.
تكوين زوائد وشجيرات الليثيوم التي تتسبب في الدارة القصيرة
الحل أتى في نهاية عام 1979:
على يد «جون جودنوف-John B.Goodenough» وزملائه في جامعة أكسفورد الفائزون بنوبل الكيمياء 2019 وفقًا لبيان اللجنة العلمية لنوبل ، حيث وجد أن «Li(x)CoO» وهو مركب نظير «Li(x)TiS 2» من الممكن أن يعمل كـ «كاثود» لكن بدون توسع الشبكة حيث أن عنصر صغير سالب الشحنة كالأكسجين الذي سيأخذ الأيون الموجب بعملية مصحوبة بتغير أكبر في الطاقة الحرة السالبة وبفولتية أعلى كما أنه سيُتاح لأيونات الليثيوم حركة كافية في شبكات الأكسجين المغلفة المُغلقة، وقد تحقق ذلك مع فرق جهد وصل 5,4 فولت.
بطاريات الليثيوم المعتمدة على الـ LixCoO2
الثورة الثالثة في عالم البطاريات:
تمت في عام 1985 على يد مجموعة بقيادة «اكيرا يوشين- Akira Yoshin» حيث لجأ إلى مركبات الفحم البترولية المستقرة، تتكون هذه المادة من خليط كريستالي وغير كريستالي، وبإستخدام درجة كريستالية محددة ومستقرة بحيث تشكل المنطقة المحيطة حماية للجزء الكريستالي، فاستطاعت أيونات الليثيوم وبشكل متكرر التخلل في هذه المواد. طوّر يوشين بطارية الليثيوم إعتمادًا على ترتيب إنتقال الأيون في الخلية، واستخدم الكربون كـ «أنود» و«Li(x)CoO 2» ك «كاثود»، وتتألف الطبقة العازلة من البولي ايثلين أو بولي بروبولين، والمحلول الأيوني عبارة عن «LiClO 4» المُذاب في كربونات البروبولين. هذه التطورات أدت إلى إنتاج بطاريات الليثيوم تجاريا عام 1991 بفولتية تصل إلى 4.1 و بكثافة طاقة أقتربت من 200 وات لكل لتر، واتضح أن أدخال الجرافيت مع المكونات الأيونية المناسبة بدوره قد يوصل الفولتية إلى 4.2 وبطاقة تقترب من 400 وات لكل لتر.
انتقال أيون الليثيوم داخل بطاريات الليثيوم وتعديلاتها
(1) Volta, A. On the Electricity Excited by the Mere Contact of Conducting Substances of Different
Kinds. Philos. Trans. Royal Soc. 1800, 90, 403–431.
(2) Planté, G. Nouvelle Pile Secondaire d’une Grande Puissance. Comptes Rendus Acad. Sci.
1860.
(3) Planté, G. The Storage of Electrical Energy: And Researches in the Effects Created by
Currents Combining Quantity with High Tension; London: Whittaker, 1887.
(4) Placke, T.; Kloepsch, R.; Dühnen, S.; Winter, M. Lithium Ion, Lithium Metal, and Alternative
Rechargeable Battery Technologies: The Odyssey for High Energy Density. J. Solid State
Electrochem. 2017, 21 (7), 1939–1964.
(5) Munro, J. Pioneers of Electricity; or, Short Lives of the Great Electricians; London: The
Religious Tract Society, 1890.
(6) Sinsteden, W. J. Versuche über den Grad der Continuität und die Stärke des Stroms eines
grössern magneto-elektrischen Rotations. Ann. Phys. Chem. 1854, 92, 1–21.
(7) Gautherot, N. Sur le galvanisme. Ann. Chim. 1801, 39, 203–210.
(8) Jungner, E. W. Sätt att på elektrolytisk väg förstora ytan af sådana metaller, hvilkas
syreföreningar äro kemiskt olösliga i alkaliska lösningar. Swedish patent no. 15567, 1901.
(9) Jungner, E. W. Primärt eller sekundärt elektriskt element. Swedish patent no. 10177, 1899.
(10) Edison, T. A. Reversible Galvanic Battery. US patent no. 692,507, 1902.
(11) Arfwedson, J. A. Untersuchung einiger bei der Eisen-Grube von Utö vorkommenden Fossilien
und von einem darin gefundenen neuen feuerfesten Alkali. J. Chem. Phys. 1818, 22, 93–117.
(12) Berzelius, J. J. Ein neues mineralisches Alkali und ein neues Metall. J. Chem. Phys. 1817, 21,
44–48.
(13) Glaize, C.; Genié, S. Lithium Batteries and Other Electrochemical Storage Systems; ISTE
Ltd., 2013.
(14) Lewis, G. N.; Keyes, F. G. The Potential of the Lithium Electrode. J. Am. Chem. Soc. 1913,
35, 340–344.
(15) Harris, W. S. Electrochemical Studies in Cyclic Esters; PhD thesis, University of California,
Berkeley, 1958.
(16) Yao, Y.-F. Y.; Kummer, J. T. Ion Exchange Properties of and Rates of Ionic Diffusion in BetaAlumina. J. Inorg. Nucl. Chem. 1967, 29 (9), 2453–2475.
(17) Kummer, J. T.; Neill, W. Thermo-Electric Generator. US patent No. 3,458,356, 1969.
(18) Newman, J. Transport in Electrolytic Solutions. Adv. Electrochem. Electrochem. Eng. 1967,
5, 87–135.
(19) Whittingham, M. S. Chemistry of Intercalation Compounds: Metal Guests in Chalcogenide
Hosts. Prog. Solid State Chem. 1978, 12 (1), 41–99.
(20) Rüdorff, W. Chimia 1965, 19, 489.
(21) Bichon, J.; Danot, M.; Rouxel, J. Systematique Structurale Pour Les Series d’intercalaires
Mxtis2 (M= Li, Na, K, Rb, Cs). Comptes Rendus Acad. Sci., Ser. C, Sci. Chim. 1973, 276, 1283–
1286.
(22) Whittingham, M. S.; Gamble, F. R. The Lithium Intercalates of the Transition Metal
Dichalcogenides. Mater. Res. Bull. 1975, 10 (5), 363–371.
(23) Whittingham, M. S. Electrointercalation in Transition-Metal Disulphides. J. Chem. Soc.,
Chem. Commun. 1974, 328–329.
(24) Whittingham, M. S. Batterie à Base de Chalcogénures. Belgian patent no. 819672, 1975.
(25) Whittingham, M. S. Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry. Science 1976,
192 (4244), 1126–1127.
(26) Whittingham, M. S. History, Evolution, and Future Status of Energy Storage. Proc. IEEE
2012, 100, 1518–1534.
(27) Armand, M. B. Intercalation Electrodes. In Materials for Advanced Batteries. NATO Conf.
Ser. (VI Mater. Sci.); Murphy, D. W., Broadhead, J., Steele, B. C. H., Eds.; Springer, Boston, MA,
1980, 2, 145–161.
(28) Armand, M.; Touzain, P. Graphite Intercalation Compounds as Cathode Materials. Mater.
Sci. Eng. 1977, 31, 319–329.
(29) Rüdorff, W.; Hofmann, U. Über Graphitsalze. Z. Anorg. Allg. Chem. 1938, 238, 1–50.
(30) Schafhaeutl, C. Über die Verbindungen des Kohlenstoffes mit Silicium, Eisen und anderen
Metallen, welche die verschiedenen Gallungen von Roheisen, Stahl und Schmiedeeisen bilden. J.
Prakt. Chem. 1840, 3, 129.
(31) Fredenhagen, K.; Cadenbach, G. Die Bindung von Kalium durch Kohlenstoff. Z. Anorg. Allg.
Chem. 1926, 158, 249.
(32) Goodenough, J. B.; Mizushima, K. Fast Ion Conductors. US patent no. 4,357,215, 1982.
(33) Mizushima, K.; Jones, P. C.; Wiseman, P. J.; Goodenough, J. B. LixCoO2 (0<x<-1): A New
Cathode Material for Batteries of High Energy Density. Mater. Res. Bull. 1980, 15 (6), 783–789.
(34) Yoshino, A.; Sanechika, K.; Nakajima, T. Secondary Battery. US patent no. 4,668,595, May
26, 1987.
(35) Yoshino, A.; Sanechika, K.; Nakajima, T. Japanese patent no. 1989293, 1985.
(36) Yoshino, A. The Birth of the Lithium-Ion Battery. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 5798–
5800.
(37) Nishi, Y. The Development of Lithium Ion Secondary Batteries. Chem. Rec. 2001, 1, 406–
413.
(38) Fong, R.; Sacken, U. von; Dahn, J. R. Studies of Lithium Intercalation into Carbons Using
Nonaqueous Electrochemical Cells. J. Electrochem. Soc. 1990, 137 (7), 2009–2013.
(39) Peled, E. The Electrochemical Behavior of Alkali and Alkaline Earth Metals in Nonaqueous
Battery SystemsThe Solid Electrolyte Interphase Model. J. Electrochem. Soc. 1979, 126 (12),
2047–2051.
(40) Padhi, A. K.; Nanjundaswami, K. S.; Goodenough, J. B. Phospho-Olivines as PositiveElectrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries. J. Electrochem. Soc. 1997, 144, 1188–
1194.
(41) Thackeray, M. M.; David, W. I. F.; Bruce, P. G.; Goodenough, J. B. Lithium Insertion into
Manganese Spinels. Mater. Res. Bull. 1983, 18, 461–472.
بطارية الليثيوم الفائزة بجائزة نوبل الكيمياء 2019 المستخدمة في حياتنا يوميًا
كيف غير جايمس بيبلز الفائز بجائزة نوبل في الفيزياء رؤيتنا للكون ؟
تكافئ جائزة نوبل في الفيزياء لسنة 2019 المفاهيم الجديدة لبنية الكون وتاريخه. إذ ساهم الفائزون هذا العام في الإجابة على أسئلة جوهرية حول وجودنا. تعالوا معنا في هذا المقال لنعرف كيف غير جايمس بيبلز الفائز بجائزة نوبل في الفيزياء رؤيتنا للكون ؟ وماذا حدث في مرحلة طفولة الكون المبكرة؟
فوز العالم جيمس بيبلز بجائزة نوبل في الفيزياء 2019
جايمس بيبلز
تحدى جايمس بيبلز-James Peebles الكون ببلايين مجراته و عناقيده. حيث طور إطار نظري منذ منتصف الستينات ليصبح حجر الأساس لأفكارنا المعاصرة حول تاريخ الكون، أي منذ الإنفجار العظيم حتى يومنا هذا. وقد أدت اكتشافات بيبلز إلى تغيير رؤيتنا لمحيطنا الكوني والذي تُمثل فيه المادة المعروفة خمسة في المائة فقط من كل المادة والطاقة الموجودة في الكون! أما الـ95 في المائة المتبقية فهي مخفية عنا. وتعتبر لغزا وتحديا حقيقيا للفيزياء الحديثة!
الانفجار الكبير وبداية الكون
كانت العقود الخمسة الماضية عصراً ذهبياً لعلم الكونيات ودراسة أصل الكون وتطوره. في ستينيات القرن العشرين، أقر تحويل علم الكونيات من مجرد تخمينات إلى العلم. وكان الشخص الرئيسي في هذا التحول هو جيمس بيبلز الذي ساعدت اكتشافاته الحاسمة في وضع علم الكونيات على الخريطة العلمية بشكل ثابت، وهو الأمر الذي أدى إلى إثراء ميدان البحوث العلمية في هذا المجال. لقد ألهم كتابه الأول، علم الكونيات الفيزيائي (1971)، جيلًا جديدًا من علماء الفيزياء للمساهمة في تطور الموضوع، ليس فقط من خلال الاعتبارات النظرية بل أيضا من خلال الملاحظات والقياسات.
إنه العلم وحده القادر على الإجابة عن الأسئلة الأبدية حول المكان الذي أتينا منه و إلى أين نحن ذاهبون. وبهذا تحرر علم الكونيات من مفاهيم بشرية مثل الإيمان والمعنى. وقد نتذكر في هذا السياق كلمات ألبرت أينشتاين التي تقول أن سر العالم هو إمكانية فهمه. إن قصة الكون، أي الرواية العلمية لتطور الكون، لم تكن معروفة إلا في المائة عام الماضية فقط. قبل ذلك، اعتُبر الكون ثابتاً وأبدياً، ولكن في عشرينات القرن الماضي اكتشف علماء الفلك أن كل المجرات تبتعد عن بعضها البعض وتبتعد عنا أيضا. فالكون ينمو، ونعلم الآن أن كون اليوم يختلف عن كون الأمس وكون الغد سيكون مختلفا بدوره.
الثابت الكوني بين جيمس بيبلز وأينشتاين!
إن ما رصده الفلكيون في السماوات سبق أن تنبأت به نظرية النسبية العامة لألبرت آينشتاين منذ سنة 1916، النظرية التي تعتبر اليوم أساس كل الحسابات للكون. وعندما اكتشف آينشتاين أن النظرية تؤدي الى إستنتاج مفاده أن الكون يتمدد، أضاف ثابتة إلى معادلاته (الثابتة الكونية) ليوازن تأثيرات الجاذبية ويجعل الكون ثابتا بالرغم من ذلك. وبعد أكثر من عقد، أصبحت الثابتة غير ضرورية بعد ملاحظة تمدد الكون. اعتبر أينشتاين هذا أكبر خطأ في حياته ولم يكن يعلم أن الثابتة الكونية ستشكل عودة رائعة إلى علم الكونيات في الثمانينات، على الأقل من خلال مساهمات جيمس بيبلز.
الإنفجار الكبير وتمدد الكون اللانهائي
الأشعة الأولية للكون تكشف عن كل شيء
إن توسع الكون يعني أنه كان يوماً ما أكثر كثافة و سخونة. في أواسط القرن العشرين، سُميت ولادة الكون بالإنفجار العظيم. لا أحد يعرف حقيقة ما حدث في البداية، لكن الكون الباكر كان مليئاً بحساء من جسيمات مضغوطة وحارة ومبهمة. ارتدت في ذلك الحساء الجزيئات الضوئية والفتونات.
استغرق التمدد ما يقارب 400 ألف سنة لتبريد هذا الحساء البدائي ببضعة آلاف من درجات الحرارة. وكانت الجسيمات الأصلية قادرة على الاندماج، مكونة غازاً شفافاً يتألف في الأساس من ذرات الهيدروجين والهليوم. وبدأت الفوتونات تتحرك بحرية وأصبح الضوء قادرا على الإنتقال عبر الفضاء. وهذه الأشعة الأولية ما زالت تملأ الكون. أما تمدّد الكون، فقد أدى إلى إمتداد الموجات الضوئيّة المرئيّة. لذا انتهى بها المطاف في نطاق الموجات الصغيرة غير المرئيّة بطول موجيّ يبلغ بضعة مليمترات.
توهج ميلاد الكون
في عام 1964، التقط اثنان من علماء الفلك الراديوي الفائزين بجائزة نوبل في عام 1978-أرنو بنزياس وروبرت ويلسون- التوهج الناجم عن ميلاد الكون. لم يتمكنا من التخلص من الضجيج المستمر الذي يلتقطه جهاز الاستشعار من كل مكان في الفضاء. لذا بحثا عن تفسير في عمل باحثين آخرين بما في ذلك جيمس بيبلز، الذي أجرى حسابات نظرية لهذا الإشعاع الأساسي السائد في كل مكان. وبعد ما يقرب من 14 مليار عام، انخفضت درجة حرارته إلى ما يقارب الصفر المطلق (273- درجة مئوية). وحدث تقدم مفاجئ كبير عندما أدرك بيبلز أنه بإمكان درجة حرارة الإشعاع توفير معلومات عن كمية المادة التي تكونت في الإنفجار العظيم. وأدرك بيبلز أن إطلاق هذا الضوء قد لعب دورًا حاسمًا في كيفية تكتل المادة لاحقًا لتشكل المجرات والعناقيد مجرية التي نراها الآن في الفضاء.
عصر جديد من الفيزياء الكونية
كان اكتشاف إشعاعات الموجات الدقيقة بشرى لقدوم عصر جديد من علم الكونيات الحديث. فالإشعاع القديم من المرحلة المبكرة للكون أصبح منجم ذهب لعلماء الكون، حيث يحتوي على إجابات لكل شيء يرغبون بمعرفته. إذ أمكنهم طرح أسئلة ما كان لهم القدرة على طرحها مسبقًا مثل: كم عمر الكون؟ ما هو مصيره؟ كم من المادة و الطاقة موجودة؟
أصبح بإمكان العلماء العثور على آثار اللحظات الأولى للكون في هذا التوهج حيث تنتشر أشكال صغيرة مثل الموجات الصوتية من خلال هذا الحساء البدائي المبكر Early Primordial Soup. بدون هذه الاختلافات الصغيرة لكان الكون قد برد من كرة نار ساخنة إلى فراغ بارد وموحد. نحن نعرف أن هذا لم يحدث، لأن الفضاء مليئ بالمجرات التي تتجمع غالبا وتشكل عناقيد مجرية. أما الإشعاع الخلفي فهو سلس كسطح المحيط الناعم والأمواج مرئية عن قرب، كما أن التموجات تكشف الاختلافات في الكون المبكر.
قيادة جيمس بيبلز للعصر الجديد
قاد جيمس بيبلز تفسير هذه الآثار الأحفورية من عصور الكون المبكرة. فاستطاع علماء الكونيات أن يتنبأوا بالاختلافات في الإشعاعات الخلفية بدقة مذهلة. كما عرفوا كيفية تأثيرها في المادة والطاقة في الكون.
حدث أول تقدم رئيسي في مجال الرصد في أبريل من سنة 1992، عندما عرض المحققون الرئيسيون في مشروع الأقمار الصناعية الأمريكي COBE صورة لأول أشعة ضوئية في الكون. حازت أعمالهم على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2006 لجون ماثر وجورج سموت.
المادة المظلمة والطاقة المظلمة: أعظم أسرار علم الكونيات
منذ ثلاثينيات القرن العشرين، كنا ندرك أن كل ما نستطيع أن نراه ليس هو ذاته كل شيء في الكون. تشير قياسات سرعة دوران المجرات إلى أنها يجب أن تبقى متماسكة بواسطة الجاذبية من المادة الخفية، وإلا ستتمزق. كما أعتُقد أيضا أن هذه المادة المظلمة قد لعبت دورًا مهما في أصل المجرات قبل أن يخفف الحساء البدائي-Primordial Soup قبضته على الفوتونات بزمن طويل.
يبقى تركيب المادة المظلمة هو أحد أعظم الألغاز في علم الكونيات، ولطالما اعتقد العلماء أن النيوترينات المعروفة مسبقًا يمكن أن تُشكل هذه المادة المظلمة، ولكن العدد الهائل من النيوترينات ذات الكتل المنخفضة التي تمر عبر الفضاء بسرعة الضوء تقريبا هي سريعة جدًا لتساعد على مسك المادة معا. وبدلاً من ذلك، في عام 1982، اقترح بيبلز أن الجزيئات الثقيلة والبطيئة من المادة المظلمة الباردة قادرة على القيام بهذه المهمة. وما زلنا نبحث عن هذه الجسيمات المجهولة من المادة المظلمة الباردة، التي تتجنب التفاعل مع مادة معروفة بالفعل وتشكل 26 في المائة من الكون.
الطاقة المظلمة بين جيمس بيبلز وأينشتاين في جائزة نوبل 2019
وفقًا لأينشتاين
وفقاً لنظرية النسبية العامة لآينشتاين، فهندسة الفضاء ترتبط بالجاذبية. فكلما زادت الكتلة والطاقة التي يحتوي عليها الكون، كلما أصبح الفضاء أكثر انحناءً. عند القيمة الحاسمة للكتلة والطاقة فالكون لا ينحني. وهذا النوع الذي لا يمكن أبدا لخطين متوازيين أن يتقاطعا فيه ويدعى عادة مسطحًا. وهناك خياران آخران يتمثلان في كون ذي مادة ضئيلة للغاية. وهو ما يؤدي إلى كون مفتوح تتباعد فيه الخطوط المتوازية في نهاية المطاف. أو كون مغلق بمادة أكثر مما ينبغي أن تتقاطع فيه الخطوط المتوازية في نهاية المطاف.
إن المادة المظلمة والطاقة المظلمة هما الآن من أعظم الألغاز في علم الكونيات، فهي لا تكشف عن نفسها إلا من خلال التأثير الذي تحدثه على محيطها. تسحب إحداهما وتدفع الأخرى. وإلا فلا يُعرف عنهما الكثير. ما هي الأسرار المخفية في هذا الجانب المظلم من الكون؟ ما هي الفيزياء الجديدة المخفية خلف المجهول؟ ماذا سنكتشف أيضاً في محاولاتنا لحل ألغاز الفضاء؟ دعونا لا نستبق الأحداث، فالباحثون أمثال بيبلز وأينشتاين قد يغيروا من مفاهيمنا، بشرط أن نبقى على استعداد دائمًا لقلب تلك المفاهيم رأسًا على عقب. كل ما ننتظره هو الأدلة والتفسيرات المدعومة علميًا. أليس كذلك؟
شاهد أيضًا، كيف تم كشف فراغ ضخم داخل الهرم الأكبر باستخدام الآشعة الكونية!
جائزة نوبل الفيزياء 2019 تُمنح للاكتشافات الحديثة في علم الفلك!
قررت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم أن تُمنح جائزة نوبل للفيزياء 2019 للاكتشافات العلمية الحديثة في علم الفلك ، حيث ذهبت نصف الجائزة إلى العالم جيمس بيبلز؛ لاكتشافاته النظرية في علم فيزياء الكونيات، بينما ذهب نصف الجائزة الآخر للعالمان ميشيل مايور وديدييه كيلوز؛ لاكتشافهم أول كوكب خارج المجموعة الشمسية يدور حول نجم شمسي.
جائزة نوبل الفيزياء 2019 تُمنح للاكتشافات الحديثة في علم الفلك
جائزة نوبل الفيزياء 2019 ودور العالم جيمس بيبلز فيها:
ولد العالم جيمس بيبلز في عام 1935 في مدينة وينيبيغ بكندا. وحصل على شهادة الدكتوراة عام 1962 من جامعة برينستون بالولايات المتحدة الأمريكية، وعمل بعد ذلك بالجامعة كأستاذ للعلوم. وها هو اليوم يفوز بنصف جائزة نوبل عن أعماله في فيزياء الكونيات.
لاكتشافات العالم جيمس بيبلز أثر كبير في علم فيزياء الكونيات حتى أنها أثرت في مجال البحث بأكمله، ووضعت الأساس لهذا العلم على مدار الخمسين عامًا الماضية. إن إطار عمله النظري والذي يتطور منذ منتصف ستينات القرن الماضي هو أساس أفكارنا المعاصرة حول الكون.
يصف نموذج الانفجار العظيم Big Bang الكون منذ لحظاته الأولى، منذ ما يقرب من 14 مليار عام، عندما كان الكون حارًا للغاية وكثيفًا. منذ ذلك الحين، والكون يتوسع، حتى أصبح أكبر وأكثر برودة. وبعد حوالي 400000 عام من الانفجار العظيم، أصبح الكون شفافًا وكانت الأشعة الضوئية قادرة على السفر عبر الفضاء. وحتى هذا اليوم، فإن هذا الإشعاع القديم لا يزال يدور حولنا، وبه يختبئ الكثير من أسرار كوننا. باستخدام أدواته وحساباته النظرية، تمكن جيمس بيبلز من تفسير هذه الآثار واكتشاف عمليات فيزيائية جديدة.
أظهرت النتائج لنا كونًا نعرف فيه خمسة في المائة فقط من محتواه، وهو المادة التي تكون النجوم والكواكب والأشجار وتكوننا كذلك. أما نسبة 95% الباقية، فهي مادة وطاقة مظلمة غير معروفين. وهذا هو اللغز والتحدي اللذان يواجهان الفيزياء الحديثة.
فوز جيمس بيبلز، ميشيل مايور، ديدييه كيلوز بجازة نوبل فيزياء 2019
العالمان ميشيل مايور و ديدييه كيلوز
في أكتوبر 1995، أعلن العالمان ميشيل مايور وديدييه كيلوز عن أول اكتشاف لكوكب خارج نظامنا الشمسي يدور حول نجم شمسي في مجرتنا درب التبانة. في مرصد هوت بروفنس في جنوب فرنسا، وباستخدام الأدوات المتخصصة، تمكن العالمان من رؤية الكوكب 51 بيغاسي ب، وهو كوكب غازي مماثل لأكبر عملاق غازي في مجموعتنا الشمسية، كوكب المشتري.
بدأ هذا الاكتشاف ثورة في علم الفلك، ومنذ ذلك الحين تم العثور على أكثر من 4000 كوكب خارج المجموعة الشمسية في مجرة درب التبانة. وحتى الآن لا نزال نكتشف عوالم جديدة وغريبة لها أحجام وأشكال ومدارات مختلفة لا تصدق. إنهم يتحدون أفكارنا المسبقة حول أنظمة الكواكب، ويجبرون العلماء على مراجعة نظرياتهم حول العمليات الفيزيائية الكامنة وراء أصول الكواكب. ومع وجود العديد من المشاريع المخطط لها للبدء في البحث عن الكواكب الخارجية Exoplanets، قد نجد في النهاية إجابة على السؤال الأبدي حول ما إذا كانت هناك حياة أخرى موجودة في كوننا.
لقد غير الفائزون هذا العام أفكارنا حول الكون. فقد ساهمت الاكتشافات النظرية لجيمس بيبلز في فهمنا لكيفية تطور الكون بعد الانفجار الكبير، كما استكشف ميشيل مايور وديدييه كيلوز أحياءنا الكونية بحثًا عن كواكب مجهولة. لقد غيرت اكتشافاتهم إلى الأبد مفهومنا عن العالم.
الواجهات الذكية: كيف تتكيف المباني مع المناخ المحيط؟
الواجهات هي الحائل بين داخل وخارج المبنى. إنها الأجزاء الأكثر وضوحًا في المبنى، كما تحميه من العوامل الخارجية، وهي واحدة من المساهمين الرئيسيين في خلق بيئات داخلية مريحة حيث أنها مسئولة بشكل رئيسي عن الإكتساب والفقد الحراري تمامًا مثل بشرتنا، ذلك العضو الشديد التنوع في جسمنا. لذا من الطبيعي أن تكون الواجهات هي الجزء الذي يحمل تكنولوجيا قادرة على أن تجعل المبنى قابل للتكيف مع الظروف البيئية للمكان الذي يوجد فيه.
انتشر مصطلح الواجهات الذكية بشكل متزايد مؤخرًا. يمكن اعتبار الواجهة ذكية عندما تتكيف مع الظروف البيئية وتغير من نفسها وفقًا لذلك. ويحدث هذا من خلال مكوناتها -السلبية أو النشطة- والتي تتكيف مع الظروف المختلفة، وتستجيب للتغيرات التي تحدث في خارج وداخل المبنى.عندما يتعلق الأمر بالواجهات، ينصب التركيز الأساسي على معادلة تعظيم ضوء الشمس الطبيعي، والحماية من الإشعاع الشمسي، مع التحكم في التهوية وأكتساب/فقد الحرارة. ويمكن أن تحدث هذه التغيرات مثلا من خلال الزجاج والذي يمكن اعتباره ذكيًا عندما يتم تغيير خصائص مثل نفاذية الضوء للزجاج بسبب الجهد الكهربائي أو الضوء أو الحرارة، مما يتسبب في تغيير مظهره وبالتالي تغيير الشدة وكذلك بعض أطوال موجات الضوء الساقط عليه.
على الرغم أن العديد من الحلول المقدمة في موضوع الواجهات الذكية قد تبدو وكأنها خيال علمي، إلا أن هناك بالفعل خيارات متعددة متاحة في السوق للواجهات الذكية، مع وجود الزجاج الحديث الذي يتحكم في نفاذية الضوء، والشفافية، وظاهرة ذوبان الثلوج، لجعل المباني أكثر ذكاءً وتوافقًا مع البيئة. لقد اخترنا بعض حلول السوق الموجودة أدناه:
الزجاج الذي يغير مظهره عند وجود محفز
زجاج (SageGlass) وهو زجاج كهربي ذكي (Electrochromic) من شركة (Saint Gobain). فمن خلال تغير الإجهاد الموجود على اللوح الزجاجي فإنه من الممكن التحكم في لونه وبالتالي تغيير شدة الضوء والإشعاع فوق البنفسجي والأشعة تحت الحمراء التي تنتقل عبر هذه الألواح. أي أن هذا الزجاج الديناميكي يسمح لمستخدمي المبنى بالتحكم الفعال في الضوء الطبيعي واكتساب الحرارة الشمسية، مما يحسن الراحة ويقلل استهلاك الطاقة بشكل كبير. يتم تشغيل الزجاج الديناميكي بواسطة نظام تحكم ذكي يستخدم أجهزة استشعار لتلوين الزجاج تلقائيًا استجابة لظروف الإضاءة. ولكن يمكنك أيضًا التحكم في المظهر من هاتف محمول. من المهم أن نذكر أن الفائدة الرئيسية لذلك هي القدرة على الحفاظ على الاتصال البصري مع المنظر الخارجي من خلال الزجاج.
مع ذلك، يوجد حل آخر من سان جوبان ايضًا وهو (PRIVA-LITE)، وهو حل فريد في إدارة الفراغات من خلال التحكم الفوري في خصائص الزجاج (الشفافية والنفاذية الضوئية). إنه زجاج نشط يتحول باستخدام الكهرباء من زجاج معتم منفذ للضوء الى زجاج شفاف بدون تغيير نفاذية الضوء. وتتمثل فائدته الرئيسية بالتحديد في الحصول على الخصوصية مع الحفاظ على إمكانية دخول الضوء الطبيعي. كما يوفر الزجاج إمكانية إسقاط لمقاطع الفيديو والصور عليه، مما يحول الواجهة إلى شاشة عرض كبيرة.
الزجاج الذي يوفر الحرارة للفراغات الداخلية
زجاج (EGLAS) هو حل متكامل للتدفئة غير المرئية، والذي يسمح بمزيد من الراحة الداخلية، المرئية والحرارية. تم تطويره في عام 1986 في فنلندا، وبالطبع، مخصص للبلدان الأكثر برودة. إنه مصمم لتوفير الحرارة من الزجاج ويستند إلى عاملين: التيار الكهربائي وطبقة من أكاسيد المعادن. يتم تطبيقها على سطح واحد من الزجاج. اعتمادًا على نوع التطبيق والهيكل الزجاجي. وبالإضافة إلى المساعدة في تسخين الغرفة، فإنه يمكن أن يؤدي أيضًا وظائف مثل منع التكثيف أو حتى ذوبان الجليد.
الزجاج الذي ينظف نفسه
زجاج التنظيف الذاتي هو حقيقي وموجود بالفعل كذلك. حيث يتم تطبيق طبقة شفافة من المعادن المحبة للماء (hydrophilic) والحيوية ضوئيًا (photocatalytic) أثناء عملية التصنيع، مما يتيح للزجاج استخدام قوة الأشعة فوق البنفسجية الموجودة في ضوء الشمس، ومياه الأمطار للتحكم الفعال في الأوساخ التي تتراكم على السطح الخارجي للنوافذ. التعرض للأشعة فوق البنفسجية يؤدي إلى تحلل الأوساخ العضوية ويجعل سطح الزجاج محب للماء (hydrophilic). كما يشكل المطر أو الماء طبقة على الزجاج تعمل على غسله من الأوساخ العضوية والمعدنية. بالنسبة للواجهة، تتمثل الفائدة الرئيسية في الصيانة، حيث تتمثل الفكرة في خفض الحاجة إلى التنظيف إلى النصف، وتقليل تكلفة السقالات، والرافعات، أو جميع العمليات الخطيرة التي تتعلق بتنظيف واجهات المباني الشاهقة.
في النهاية، من المهم أن نلاحظ أنه على الرغم من التقدم التكنولوجي فيما يتعلق بالواجهات، فإنه يمكن تحقيق الكثير من المكاسب من حيث الاستدامة من خلال التصميم الواعي واختيار المواد التي تناسب المناخ والبيئة. لذلك فاستخدام مزيج من الأنظمة والمواد التقليدية والذكية يمكن أن يعزز راحة المستخدمين وكفاءة المبنى.
