مقابلة مع البروفيسور إيلي بركاي بمناسبة فوزه بجائزة برونو
منذ حوالي خمس سنوات، بدأ البروفيسور إيلي باركاي، عالم الفيزياء من جامعة بار إيلان، بدراسة الانبعاث الضوئي لبلورات النانو (بلورة بحجم نموذجي يبلغ جزء من المليار من المتر وتتصرف مثل الجزيء). إن فهم طبيعة انبعاثات الضوء من مثل هذا المصدر الصغير لا ينبع من الفضول العلمي فحسب، بل من التطبيقات الممكنة أيضًا في مجال تكنولوجيا النانو.
يجمع مجال تكنولوجيا النانو لأول مرة بين دراسات متعددة التخصصات بين موضوعات كانت منفصلة تمامًا في السابق - الفيزياء والكيمياء وعلم الأحياء. تم التخطيط لتطبيقات لا حصر لها لتكنولوجيا النانو في مجالات مختلفة ومتنوعة، بدءًا من أسلحة التدابير المضادة، مرورًا بالطائرات الخفيفة، وحتى الطب. في مجال الطب، الفكرة الأساسية هي بناء آلات بحجم جزء من المليار من المتر، والتي ستقوم بما تقوم به الآلات على نطاق مرئي، على سبيل المثال للتشخيص، وبالتالي ستكون قادرة على أداء واجباتها في الأماكن والتي لا يمكن الوصول إليها بأي طريقة أخرى، علاوة على ذلك، سيكونون قادرين على الإبحار مثل الغواصة داخل جسم الإنسان لمهاجمة الخلايا السرطانية التي بدأت للتو في التطور، أو تحطيم العدوى.
ولا تزال هناك صعوبات كثيرة في الطريق إلى بناء غواصات نانوية يمكنها التجول في جسم الإنسان. أحدها هو أن مصممي هذه الأنظمة يحتاجون إلى نوع من المصابيح الكاشفة النانومترية التي تضيء لهم الطريق داخل المنطقة المستهدفة لمنتجهم، لا سيما عندما يتعلق الأمر بالجسم البيولوجي، ناهيك عن جسم الإنسان. . على سبيل المثال، يرغب البعض في ربط علامات باعثة للضوء بنظام بيولوجي، مثل جزيء الحمض النووي الريبي المرسال. لمعرفة أين يتجه الجزيء أو "الغواصة"، يجب أن تكون مجهزة بمصابيح أمامية تعادل النانومتر.
ولكن لكي يتمكن علماء تكنولوجيا النانو من تطوير منتجاتهم، يجب أن تكون لديهم خلفية نظرية، وهذا ما يوفره باركاي، من بين آخرين. يمكن للخلفية النظرية أن تحدد اتجاهات جديدة، أو تغلق الباب أمام اتجاهات البحث حيث لا تستطيع التكنولوجيا التغلب على قانون الطبيعة الأساسي. الظاهرة التي يبحث عنها البروفيسور باركاي هي ظاهرة وميض بلورات النانومتر، والتي هي في الواقع المصابيح الكهربائية.
"على مستوى الجزيء الواحد (البلورة النانوية المفردة) تم اكتشاف ظواهر فيزيائية وإحصائية جديدة. في الماضي، كان من المفترض أن كل جزيء يتصرف كمتوسط لسلوك العديد من الجزيئات من نوعه، وهي حقيقة لا تتطابق مع التجربة الحديثة في القرن الحادي والعشرين.
إحدى الظواهر المكتشفة في البلورات النانوية هي ظاهرة الوميض. عندما ننظر إلى مدينة ما من الفضاء، لا نلاحظ أن الأضواء تومض لأن متوسط الضوء الصادر من المصادر العديدة في المدينة لا يتغير بدرجة كبيرة. من ناحية أخرى، عندما ننظر إلى مصباح يدوي واحد، قد يومض، لكننا ما زلنا نرى الضوء في معظم الأوقات. ومع ذلك، في الأبعاد الصغيرة، هذه أنظمة غير مستقرة. من غير المعقول أنه في إحدى الليالي أثناء القيادة لمدة ساعة واحدة، سيتم تشغيل وإطفاء أضواء السيارة بالتناوب حتى تتمكن من رؤية الطريق بطريقة أو بأخرى، بينما في اليوم التالي لن يتم تشغيل الأضواء طوال الرحلة. يحدث هذا كثيرًا في البلورات النانوية. يمكن أن تنطفئ "الأضواء" لمدة ميلي ثانية واحدة، ثم تضاء مرة أخرى وتختفي فجأة لمدة ثوانٍ أو دقائق أو حتى ساعات.
طور البروفيسور باركاي وزملاؤه نظريات تشرح سلوك أنظمة البلورات النانوية، بما في ذلك سبب الوميض، والخصائص الإحصائية للوميض والفرق بين تنبؤات ميكانيكا الكم وهذه الإحصائيات والوضع الفعلي. لقد اتضح أن الافتراض الأساسي المعروف باسم "افتراض إرجوديك" - والذي بموجبه يكون متوسط انبعاث الإشارة من نظام واحد (على سبيل المثال مصباح كهربائي متوهج) هو نفسه عبر العديد من الأنظمة المتماثلة (مصابيح من نفس النوع) ) - لا يحمل.
ومن النتائج السخيفة أنه عندما يتم إرسال طالب لقياس الانبعاثات من تلك البلورات النانوية، لا تختلف الإشارة العشوائية التي يتم الحصول عليها من تجربة إلى أخرى فحسب، بل يختلف متوسط النتائج أيضًا من سلسلة تجارب إلى أخرى، وهذا لا علاقة لها بموهبة ذلك الطالب، بل بغياب المنطق في النظام النانومتري. إن النظرية التي طورها باركاي وزملاؤه، والتي اختبرها أيضًا زملاء من مجال الفيزياء التجريبية في بار إيلان، تجعل من الممكن التنبؤ بتوزيع متوسطات العينة وتوفر الصيغة لذلك.
وسواء كانت هذه عقبة يمكن التغلب عليها، أو ما إذا كانت ظاهرة طبيعية لا يمكن تجاوزها، فهي التي ستبعد إلى الأبد استخدام البلورات النانوية عن مطوري الأنظمة النانومترية، والوقت وحده هو الذي سيحدد ذلك. ويرى البروفيسور باركاي أن الأدلة تتراكم في هذا الاتجاه، لكن ظاهرة الوميض يجب الاستمرار في دراستها لفهمها بشكل كامل لمعرفة ذلك.
أين ترى نفسك بعد خمس سنوات؟
"آمل حقًا أن أتعلم مواضيع جديدة وبسرعة. ستسمح لي الجائزة بالتعاون مع كبار الباحثين في الخارج الذين سيعرّفونني على مجالات بحثية جديدة. آمل أنه حتى خلال خمس سنوات سأواصل العمل مع الطلاب واقتحام اتجاهات جديدة، على سبيل المثال، لاكتشاف سلوك الجزيئات الفردية داخل الخلية."
كيف تشجع الشباب على ممارسة المهنة العلمية؟
"على عكس ما هو مكتوب في الصحافة، ألتقي كل يوم بطلاب، بعضهم ممتاز، لقد قمت بالتدريس لسنوات عديدة في جامعات الولايات المتحدة وطلابنا في الغالب لا ينقصون عن الطلاب في أفضل الجامعات في الولايات المتحدة الأمريكية. الطالب الإسرائيلي لديه فضول طبيعي. في بعض الأحيان يكون صفيقًا بعض الشيء، لكن الوقاحة تشير أحيانًا إلى ميل لطرح الأسئلة طوال الوقت. أولئك الذين يحبون العلم ويأتون إلى مهنة علمية سيكون لديهم تجربة دائمة ومتعة لا تقدر بثمن. أولئك الذين يفهمون يفهمون، وأولئك الذين لا يفهمون، من الأفضل أن يتعلموا أشياء أخرى."
من الذي أثر في حياتك المهنية أكثر؟
مدرس الرياضيات والفيزياء في المدرسة الثانوية السيد روث. كان يقضي نصف وقته في الفصل وهو يلقي النكات ثم يشرح بوضوح شديد ابتكارات نيوتن. لم يستخدم أحد في المدرسة كلمات قليلة جدًا لشرح أفكار عميقة أفضل من السيد روث.
البروفيسور إيلي بركاي بدأ مسيرته الأكاديمية في جامعة تل أبيب، حيث درس مع البروفيسور فيكتور فلوريوف في قسم الفيزياء، وتعاون في البحث مع البروفيسور يوسي كليفتر من قسم الكيمياء. لاحقًا أقام في جامعات مهمة في الولايات المتحدة الأمريكية: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) حيث عمل مع البروفيسور روبرت سيلبي (SILBEY) وجامعة نوتردام. وعندما عاد إلى إسرائيل، تم قبوله من قبل بار إيلان، ونشر العديد من المقالات، وفي عام 2006 حصل حتى على جائزة كريل للبحث العلمي، وهي جائزة تمنحها مؤسسة وولف للعلماء الإسرائيليين الشباب.
وفي نفس الموضوع على موقع العلوم :
تعليقات 14
إلى الأيائل
إن استخدام الجسيمات النانوية "المضاءة" يجعل من الممكن تحسين تقنية العلاج الديناميكي الضوئي بشكل كبير.
المزيد من الأماكن والتقنيات التي لا يمكن ذكر تفاصيلها هنا ستعتبر ذلك بمثابة ثمار.
يوآف
ما هي إحصائيات إطفاء وتشغيل "الأضواء" كما تسميها؟
في حالة توازن البلورة مع الإشعاع، يتم تحديد ذلك بواسطة درجة حرارة البلورة وتوزيع بولتزمان.
يظهر بحث البروفيسور باركاي أن الأمر ليس كذلك. كما تعلمون لا توجد نظرية جيدة تصف سلوك الأنظمة خارج التوازن الديناميكي الحراري، من ناحية أخرى وجد البروفيسور باركاي طريقة لوصف سلوك النظام،
هذا إذا كنت فهمت المقال بشكل صحيح.
سيبدو أي نظام يحتوي على العديد من المذبذبات ذات الطول الموجي المماثل ولكن غير المتطابق (قياسًا على المصابيح الأمامية للسيارة)
المصابيح الأمامية للسيارة التي يتم تشغيلها وإيقافها بشكل عشوائي وعلى تردد فرق التردد.
إذا كان هناك ترددان متقاربان فقط، فسوف تومض الأضواء بشكل ثابت عند تردد فرق التردد.
إذا كان هناك 10 بلورات وكل واحدة لها تردد مختلف قليلاً، فسوف تحصل على إضاءة فوضوية.
ليس من الواضح ما هي الفيزياء الجديدة هنا ولماذا تقفز إلى المنتدى؟
إلى يوآف ل
يُنصح بقراءة المقال بعناية قبل الرد. "السلوك الغريب" كما أسمته ليس السبب وراء الوميض، بل السبب وراء إعطاء النماذج المختلفة توزيعًا مختلفًا للضوء الداكن مع مرور الوقت.
والسؤال الذي سعى الباحثون للإجابة عليه هو: "لا تختلف الإشارة العشوائية التي يتم الحصول عليها من تجربة إلى أخرى فحسب، بل تختلف أيضًا متوسطات النتائج من سلسلة تجارب إلى أخرى". إذا كان النموذج مجهريًا، فيجب أن يكون متوسط القراءات هو نفسه على افتراض أن النظام في حالة توازن ديناميكي حراري. كسر
يسمح مبدأ ergodic (معادلة المتوسط بمرور الوقت بمتوسط الطاقة) لنماذج مختلفة بإعطاء توزيعات مختلفة للضوء والظلام على مدى فترات طويلة من الزمن.
السؤال ليس العثور على الآلية الفيزيائية للوميض في بلورة نانوية معينة!
يوآف إلى :
لقد بالغت في ذلك!
إذا لم تفهم - ارجع إلي في هذا المنتدى.
ودي:
ليس هناك شك في أن التمويل يلعب دورًا في هذا، ولكن أعتقد أنه من المهم التأكيد على الفرق بين العلوم والتكنولوجيا الأساسية، وأن تكنولوجيا النانو، في رأيي، تستحق اسمها الخاص للسبب الذي ذكرته.
التكنولوجيا بطبيعتها متعددة التخصصات لأن هدفها هو إيجاد حل لمشكلة معينة بغض النظر عن علم أساسي محدد.
قد تتضمن الأنظمة ذات الحجم الصغير تطبيقات لعدة مجالات من المعرفة، ولكن سيتم تطويرها من قبل فريق سيعرف قادته، على الأقل، نتائج عدة أنواع من العلوم الأساسية ويفهمون القواسم المشتركة لأنظمة بهذا الحجم.
מיכאל
من الممكن أن تكون القوانين الفيزيائية على مقياس الذرات الفردية مختلفة بالفعل، وقد كانت كذلك بالفعل
في الفيزياء هناك مجال يسمى الميزوسكوبي (جزء من مجال الحالة الصلبة) من هنا
وإلى أن يتم توحيد البيولوجيا والكيمياء على هذا النطاق فإن الطريق لا يزال بعيدا.
اتحاد المناطق المذكورة أعلاه قسري وتم إنشاؤه لأغراض التمويل.
عزيزي ايلي بركاي
والسبب في هذا السلوك "الغريب" الواضح هو تداخل ترددين متقاربين داخل البلورة والناتج عن أن البلورة ليست مثالية.
سأعطيك مثالا إذا كان هناك وجوه متوازية ليست في الواقع متوازية بنسبة 100%، ربما نتيجة للتلوث أو نتيجة لخصائص المادة. في هذه الحالة ستتمكن البلورة من الدخول في حالة رنين عند ترددين أو أكثر قريبين من بعضهما البعض ويتغيران ببطء ويتداخلان بطريقة متغيرة نتيجة التغيرات في درجات الحرارة. صغير
من الخارج سيبدو كما لو أن البلورة تتصرف بشكل فوضوي.
إذا لم تفهم، ارجع إلي في هذا المنتدى.
ودي:
في رأيي، نحن نتحدث عادة عن تكنولوجيا النانو وليس عن علم النانو.
أعتقد أن هذا منطقي لأنه من المحتمل أن تجد العديد من الحلول في هذا المجال مكانها في نفس النظام.
أبعد من ذلك - هناك بالفعل قوانين فيزيائية تتجلى فقط في هذه الرتب من حيث الحجم وليس في رتب أعلى من حيث الحجم، ونتيجة لذلك فإن تصميم نظام النانو يختلف عن تصميم نظام أكبر.
ليس من الواضح بالنسبة لي ما هو عالم النانو أو علم النانو.
مصطلح "النانو" هو مفهوم سوقي وليس مفهوما علميا. وكأننا نطلق على المجال العلمي "علم الميزان"
فإذا كان في علم الوزن يشمل جميع الظواهر الفيزيائية التي تحدث في ميزان المتر،
كل علم الأحياء الذي يحدث على مقياس متري، وما إلى ذلك، وما إلى ذلك.
لا يوجد أي اتصال تقريبًا بين المجالات المختلفة التي تدرس النانو، وإذا وجد اتصال بينها غالبًا ما يكون قسريًا
للفوز بالمنح. ولذلك أقترح تغيير اسم "علم النانو" إلى "العلم الصغير".
إيال:
في الواقع، المصابيح الكهربائية ليست الحل الوحيد، ولكن هذا ما يبحث عنه الرجل الآن.
وعلينا أن نتذكر أيضًا أن هدفنا في الطب ليس القيام بما تفعله الطبيعة على أي حال، بل الأشياء التي فشلت الطبيعة في القيام بها. بعد كل شيء، ليست هناك حاجة لشفاء الشخص الذي شفاءه آلياته الطبيعية بالفعل.
إلى الأيائل
سؤالك/تعليقك يدل على أنه يجب على المرء أن يكون متفائلاً ويبدو أن الطبيعة قد وجدت حلاً لمشكلة الوميض!
ربما الجواب هو ضرورة إرسال كمية من آلات النانو؟
سأقوم بالتحقيق فيما إذا كانت الخلية البيضاء الواحدة تعرف كيف تقوم بالمهمة بمفردها أم أنها تتظاهر عندما تكون بمفردها.
حظاً موفقاً للأستاذ إيلي بركاي في المستقبل.
شاب شالوم
سابدارمش يهودا
لم أفهم الجزء الخاص بالمصابيح الأمامية، هل يمكن لأحد أن يشرح لي؟ لماذا تحتاج الغواصات النانوية التي ستقوم بدوريات داخل أجسادنا (في مجرى الدم كما أتخيل) إلى مشاعل كهربائية؟ هل من المفترض أن تحتوي هذه الغواصات على كاميرا تنقل الصور إلى جهاز كمبيوتر يقوم بتحليلها؟ ففي النهاية، حتى خلايا الدم البيضاء لدينا هي في الواقع نوع من الغواصات النانوية التي أنشأتها الطبيعة، فكيف يمكنها تحديد موقع الفيروسات والبكتيريا والقضاء عليها دون الحاجة إلى مصابيح كهربائية؟ لماذا لا تستطيع الغواصات النانوية التي بنيناها العمل بطريقة مماثلة؟
أتساءل عما إذا كانت جزيرة الإرغودي مرتبطة بالتشابك.
شعوري يقول نعم