منذ بضع سنوات، كنت في زيارة لباريس
وبينما أتنزه على ضفاف نهر السين ظهيرة يوم صيفي جميل،
فإذ بي أرى فقاقيع ضخمة تطفو على ضفة النهر،
كهذه.
وفي خلال لحظة كانت قد تفرقعت واختفت.
كان يصنعها مؤديان بالشارع يحيط بهما جمهور.
ومن الواضح أنهما يتكسّبان من طلب التبرعات
وبيع أزواج من العصي مربوطة بحبلين.
وبينما أنا واقفة هناك، اشترى رجل ما زوجًا من العصي بـ10 يورو،
مما أدهشني.
فأنا عالمة مولعة بالفقاقيع.
لذا أعرف أن الخدعة الصحيحة لصنع فقاقيع ضخمة
هي خليط الماء والصابون نفسه،
وليست العصي،
صحيح أنه قد نحتاجها،
لكن يسهل عليك صنعها في البيت.
التركيز على العصي يمنعنا من إدراك أن الأداة الحقيقية هي الفقاعة نفسها.
قد تبدو الفقاقيع مجرد شيء يصنعه الأطفال وهم يلعبون،
لكنها قد تكون مذهلة حقًا أحيانًا.
علاوة على أن هناك الكثير من العلم المدهش عن الفقاقيع،
مثل استخدامها كأدوات حل للمشاكل.
لذا أود مشاركتكم
بعض القصص حول علم صنع الفقاقيع
وعلم إزالة الفقاقيع المجهرية.
بما أنها معروضة على الشاشة، دعونا نبدأ بفقاعة الصابون.
تُصنَع من مواد شائعة جدًا:
هواء وماء وصابون ممزوجة بنسب صحيحة.
يمكنك رؤية فقاقيع الصابون تغير لونها باستمرار.
وهذا وفقًا لتفاعلها مع الضوء في الاتجاهات المختلفة،
وكذلك حسب التغيرات في سُمكها.
أحد المواد الشائعة هي جزيئات الماء.
يتكون الجزيء الواحد من ذرتي هيدروچين وذرة أوكسچين، (H2O).
على أغلب الأسطح، تميل قطرات الماء للتكور ناحية الداخل،
مكوّنة شكلاً أقرب لنصف كرة.
وذلك لأن سطح قطرة الماء أشبه بغطاء مرن.
لذا فإن جُزيء الماء على السطح يُسحَب للداخل باستمرار
من قِبل الجُزيء الذي في المركز.
وخاصية المرونة هذه هي ما نسمّيه التوتر السطحي.
الآن مع إضافة الصابون،
ما يحدث هو أن جُزيء الصابون يخفف التوتر السطحي للماء،
فيجعله أكثر مرونة وأكثر قابلية لتكوين الفقاقيع.
يمكنك أن تفكر في الفقاقيع كَحلّ للمشكلات الرياضية.
ترى أنها تحاول بلا كلل الوصول للمثالية الهندسية.
فمثلاً، الكرة هي الشكل الهندسي الذي يحقق أقل مساحة سطح
لأي حجم مفترض.
لذلك الفقاعة دائمًا على شكل كرة.
دعوني أريكم. انظروا إلى هذا.
هذه فقاعة واحدة.
عندما تتلامس فقاعتان مع بعض،
يمكنهما توفير المواد من خلال تشكيل جدار مشترك.
عندما تضيف المزيد والمزيد من الفقاقيع إلى بعضها البعض،
يتغير شكلهم الهندسي.
هذه الفقاقيع الأربعة أضيفت بعضها إلى بعض.
وتلتقي عند نقطة واحدة في المركز.
عندما تضاف ست فقاقيع إلى بعضها،
يظهر مكعب سحري في الوسط.
(تصفيق)
هذا هو دور التوتر السطحي:
يحاول إيجاد أكثر التنظيمات الهندسية فعالية.
الآن، دعوني أعطيكم مثالاً آخر.
هذه دعامة بسيطة جدًا،
مصنوعة من طبقتين من البلاستيك
مع أربعة دبابيس متصلة مع بعضها البعض.
تخيل أن هذه الدبابيس الأربعة تمثل أربع مدن تفصلها مسافات متساوية،
ونريد إنشاء طرق تربط بينها.
سؤالي هو: ما هي أقصر مسافة يتطلبها الربط بين هذه المدن الأربعة؟
هيا بنا نكتشف الإجابة من خلال غمسها في ماء صابوني.
تذكروا، فقاقيع الصابون ستحاول دائمًا تقليص
مساحة سطحها
بتكوين تنظيمات هندسية مثالية.
لذلك فالحل ربما يكون مفاجئًا.
المسافة الأقصر لربط الأربع مدن مع بعضها
تعادل 2.73 مرة المسافة بين هاتين المدينتين.
(تصفيق)
لقد فهمتم الفكرة الآن.
أشكال فقاقيع الصابون ستحاول دائماً تقليص مساحة سطحها
بتكوين تنظيمات هندسية مثالية.
الآن، دعونا ننظر إلى الفقاقيع من منظور آخر.
ابنتي زوي تحب زيارة حدائق الحيوان.
ومكانها المفضل هو (خليج البطريق) في حديقة حيوانات (مارويل) في جنوب إنجلترا،
حيث يمكنها أن ترى البطاريق تسبح بسرعة تحت الماء.
في أحد الأيام، لاحظت أن أجسام البطاريق
تترك خلفها ذيلاً من الفقاقيع عندما تسبح،
وسألَت عن السبب.
إن الحيوانات والطيور على شاكلة البطاريق
-والتي تقضي الكثير من وقتها تحت الماء-
قد طوّرت طريقة بارعة لاستغلال قدرة الفقاقيع
على تقليل كثافة الماء.
فالبطاريق الإمبراطورية يُعتقد أنها قادرة على الغوص بضع مئات الأمتار
تحت سطح البحر.
ويُعتقد أنها تخزّن الهواء تحت ريشها
قبل الغوص،
ومن ثم تطلقه تدريجيًا كسحابة من الفقاقيع.
هذا يقلّل كثافة الماء المحيط بها،
ويسهّل عليها السباحة،
ويزيد من سرعة السباحة بمقدار 40% على الأقل.
هذه الخاصية لاحظها صانعو السفن.
أتحدث هنا عن السفن الكبيرة،
والتي تُستخدم في نقل آلاف الحاويات عبر المحيط.
مؤخرًا، طوروا نظامًا يُسمَّى (نظام التشحيم بالهواء)،
والذي استلهموه من البطاريق.
في هذا النظام، ينتجون الكثير من فقاقيع الهواء
ويعيدون توزيعها على كامل السفينة،
على شكل بساط هوائي، مما يقلل من مقاومة الماء
أثناء حركة السفينة.
هذه الميزة تقلّل استهلاك السفينة من الطاقة
بنسبة تصل إلى 15%.
يمكن استخدام الفقاقيع أيضًا في الأدوية.
يمكن أن تلعب أيضًا دورًا في الأدوية،
مثلاً، كوسيلة إيصال غير جراحية للأدوية والچينات
لأجزاء محددة من الجسم.
تخيل فقاعة ميكروسكوبية
معبأة بمزيج من الدواء وجسيمات مغناطيسية
وحُقِنت في مجرى الدم.
ستتحرك الفقاقيع نحو المناطق المستهدفة.
لكن كيف تعرف الفقاقيع اتجاهها؟
لأننا وضعنا مغناطيسًا في المنطقة المستهدفة.
وليكن مثلاً هذا الجزء من يدي.
عندما تتحرك الفقاقيع الميكروسكوبية إلى هذا الجزء من يدي،
يمكننا فرقعتها من خلال الموجات فوق الصوتية
وإيصال الدواء إلى الموضع المَراد بالضبط.
الآن، ذكرت في حديثي علم إنشاء الفقاقيع.
لكننا أيضًا نرغب في إزالتها أحيانًا.
هذا في الواقع جزء من وظيفتي.
اسم وظيفتي بالضبط هو (عالمة تركيب الحبر).
لكنني لا أعمل على الحبر الذي تستخدمونه في أقلام الكتابة خاصتكم.
ولكن أعمل على بعض التطبيقات الرائعة
مثل: الطاقة الفولطاضوئية العضوية (OPVs)،
والصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء (OLEDs).
جزء من وظيفتي هو معرفة كيف ولماذا نريد إزالة الفقاقيع
من الحبر الذي تنتجه شركتي.
أثناء عملية التركيب والمزج،
أو عملية الإعداد،
نخلط المكونات النشطة والمذيبات والمُضافات
للوصول إلى التركيبات ذات الخصائص التي نريدها في الحبر عند استخدامه.
لكن كما هو الأمر عندما تصنع شرابًا
أو تخبز كعكة،
لا مفر أن بعض فقاقيع الهواء ستعلق داخل ذلك الحبر.
نحن هنا نتحدث عن شيء مختلف
عن تلك الفقاقيع التي رأيتها في باريس.
الفقاقيع العالقة داخل هذه الأحبار
تتفاوت ما بين ملليمترات قليلة،
أو ميكرومترات قليلة،
أو حتى نانومترات قليلة من حيث الحجم.
وما نهتم به
هو الأكسچين والرطوبة العالقين في الداخل.
وبالنظر إلى هذه الأحجام الضئيلة، فإن إزالتها ليست بالأمر السهل.
لكنه أمر مهم،
كما مع أحبار الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء
التي يمكن أن نستخدمها في شاشات عرض الهواتف الذكية، على سبيل المثال.
من المفترض أن تعمل لسنين عديدة،
لكن إذا كان الحبر مُشبعًا بالأكسچين والرطوبة
ولم يتم إزالتهما،
فسرعان ما ستظهر بقع سوداء على الشاشة.
إحدى الصعوبات التي نواجهها حاليًا في التخلص من الفقاقيع الميكروسكوبية
هو أنها غير متعاونة.
يروق لها البقاء هناك،
والطفو داخل الحبر بلا كثير حركة.
لكن كيف نتخلص منها؟
إحدى التقنيات التي نستخدمها
هي دفع الحبر ليعبر خلال أنبوب رفيع وطويل وضئيل
مع جدار مسامية،
ثم نضع الأنابيب داخل غرفة مفرغة من الهواء،
وبالتالي يمكن إخراج الفقاقيع من الحبر
ومن ثم إزالتها.
حالما نتمكن من إزالة الفقاقيع من الحبر الذي ننتجه،
يحين وقت الاحتفال.
لنفتح زجاجة شمبانيا مليئة بالفقاقيع!
أوه، سيكون هذا ممتعًا!
(ضحك)
ووووو!
(تصفيق)
يمكنكم رؤية العديد من الفقاقيع تندفع خارج قارورة الشمبانيا
هذه الفقاقيع مليئة بثاني أكسيد الكربون،
وهو الغاز الذي ينتج أثناء عملية تخمير النبيذ.
دعوني أصبّ كأسًا.
لا يمكنني إضاعة الفرصة.
أعتقد أن هذا كافٍ.
(ضحك)
يمكنني رؤية الكثير من الفقاقيع الميكروسكوبية هنا
تتحرك من قاع الكوب إلى قمة الشمبانيا.
قبل أن تتفرقع،
ستسبب تدفق قطرات ضئيلة من جُزيئات النكهة
مما يساعد على تكثيف نكهة الشمبانيا،
ويزيد من استمتاعنا بنكهتها.
كعالمة مولعة بالفقاقيع،
أحب مشاهدتها،
أحب اللعب بها،
وأحب دراستها،
وأيضًا أحب شربها.
شكرًا.
(تصفيق)