قطرات آب اطلاعات خود را در امواجی که تولید می کنند ذخیره می کنند

شاید شما هم ویدیوی مربوط به نوسان و بالا و پایین پریدن قطرات آب روی یک سطح صاف و بدون موج آب دیده باشید که از یک لوله ی شبیه سرنگ بیرون آمده وروی سطح آب حرکت می کنند(شکل1)
این پدیده جدید و در عین حال ساده توانسته بسیاری از پدیده های دنیای کوانتوم را بازسازی کند این قطرات نوسان کننده تا زمانی که درآب فرو نروند یک مسیر پیچ در پیچ و کاملا تصادفی و غیر قابل پیش بینی را طی می کنند که در تحقیقی که درادامه آورده می شود دانشمندان قادر به تکرار این مسیر تصادفی شده اند.(شکل2)
یک قطره ی نوسان کننده که در طول نوسانش مسیری پر پیچ وخم و تصادفی را می پیماید(قاعدتا)یکسری امواج مکانیکی تولید می کند که طبق گفته ی دانشمندان این امواج تمامی اطلاعات آن مسیر پر پیج وخم که قطره طی میکند را در خود ذخیره می کند!
مسیری که قطره در طول نوسانش طی می کندیک مسیر کاملا تصادفی و به اصطلاح آشوبناک است اما(در کمال شگفتی)این مسیر می تواند تکرار شود چون اطلاعات این مسیر آشوبناک در ساختار این امواج ذخیره شده است
اکنون یک گروه تحقیقاتی نشان داده اند که اگر این قطره را توسط امواج مکانیکی که خودش تولید کرده به حرکت درآوریم (به طرز جالبی)آن مسیرغیر قابل رد گیری و آشوبناکش را با استفاده از اطلاعات ذخیره شده در امواجش تکرار می کند!
معمولابرای ذرات متحرک که به صورت آشوبناک حرکت می کنندتکرار(وردگیری) حرکاتشان امکان پذیر نیست امااین تحقیق این واقعیت را آشکار می کند که سیستم قطره-موج همانند قسمتی ازیک کامپیوتر عمل میکند موضوعی که ارتباطی غیر منتظره بین دو حوزه ی کاملا جدا از همِ دینامیک حرکات آشوبناک و (علم)محاسبات را  پدید می آورد. گاهی اوقات حرکات اجسامی که با هم برهمکنش دارند از مولکول ها گرفته تا سیارات آنقدر آشفته می شود که رد گیری و پیش بینی حرکاتشان کاملا غیر ممکن می شود (اجازه بدهید منظورمان از آشفتگی را کاملا مشخص کنیم) یک مثال ساده از آشفتگی توپ های بیلیارد هستند که روی میز بیلیارد غلت خورده و به هم برخورد می کنند;برای یک میز بیلیارد مستطیلی حرکات بسیار منظم و قابل پیش بینی وقاعدتا می توان حرکاتشان را  بازیابی و تکرار کرد حال اگر این میز بیلیارد به جای شکل قبلی
 
مانند یک استادیوم با دوطرف نیم دایره ای بود (شکل3) دیگر مسیرتوپها  قابل پیش بینی نبود و کاملا به صورت تصادفی و غیر قابل پیش بینی حرکت می کردند که اصطلاحا به این پدیده آشفتگی می گویند.آشفتگی باعث می شود حرکات بعدی یا فعلی این توپ ها به حرکات قبلی آن ها وابسته باشد به این معنا که تغییرات غیر قابل اندازه گیری در مسیر،جهت وسرعت اولیه آنها تغییرات زیادی در مسیرهای بعدی ایجاد کند و این در حالیست که مسیر های اولیه این توپ ها به هیچ وجه قابل رد گیری نیست(چه برسد به پیش بینی حرکات آینده ی آنها)این غیر قابل رد گیری بودن در مورد تمام سیستم های آشفته صدق می کند;ولی طبق تحقیق حاضر امواج آشفته قابل رد گیری ودنبال گردن ودر نتیجه بازیابی هستند.
اکنون امانوئل فورت از موسسه شیمی و فیزیک صنعتی(ESPCI Paris Tech)و تعدادی از دانشجویانش نشان داده اند برای یک قطره ی مایع که در طول مسیرش در حوضچه ای از همان نوسان می کنند آشوب مانعی برای بازیابی و ردگیری و تکرار دوباره ی مسیر قبلی قطرات نیست فورت و دانشجویانش این روش کار برای اثبات این ادعا را قبلا در برخی واکنش های تقلیدی در اپتیک [احتمالا تقلید رنگ اختاپوس از اطرافش است]،مکانیک کوانتومی،اکوستیک بکار بردند.
در جدیدترین آزمایشاتشان آن ها از روغن سیلیکون به عنوان مایع اصلی استفاده کردند و حرکت قطره ی مایع را وقتی توسط امواج خودش در طول مسیری پر پیچ وخم و آشوبناک حرکت میکرد زیر نظر گرفتند.این امواج توسط یک نوسانگر مکانیکی که حوضچه ی مایع را میلرزاند تقویت میشود[تا از زمان تولید توسط قطره ورسیدن به دیواره ها برای باز فرستاده شدن تا رسیدن دوباره به قطره برای تکرار حرکاتش دوام بیاورد و تحلیل نرود]در ضمن برای اینکه محدوده ی حرکت قطره در حوضچه را مشخص نگه دارند با مخلوط کردن یک شاره مغناطیسی با مایع اصلی و بعد کنترل محدوده ی حرکت قطره با استفاده از دستگاه های مغناطیسی قطره را در مرز مشخصی به نام wellنگه میدارند;با اینکار مسیر آشوبناک قطره توسط ول محدود می شود تا بهتر بتوان آن را بررسی کرد. گروه برای آزمایش این فرضیه این امواجی که توسط قطره منتشرشدند را تقویت کرده و فاز آن را برعکس کردند و دوباره این موج ها را به طرف قطره ی مایع روانه کردند و مشاهده کردند که قطره شروع به تکرار مسیر قبلی کرد و نتیجه گرفتند که موج ها حرکت های گذشته ی قطره را درشکل و ساختار فیزیکی خود ذخیره می کنند.
این سیستم قطره-موج تمام قابلیت های یک کامپیوتر را نشان می دهد نوشتن، ذخیره کردن،خواندن وحتی پاک کردن(این قابلیت در این سیستم آنجا خود را نمایش می دهد که امواج باز فرستاده شده به سمت قطره با امواجی که تازه توسط قطره تشکیل شده اند تلاقی کرده برهمنهی می کنند ودر نتیجه اطلاعات موج باز فرستاده شده از بین میروند .مترجم:این یکی از چالش های این تحقیق بود که البته در مقاله توضیحی درباره ی رفع این مشکل داده نشده بود ولی قطعا حل شده)با وجود این مسئله به نظر میرسد این موضوع طرح universal computerرا که توسط آلن تیورینگ ارائه شده بود تدایی می کند ولی این به این معنا نیست که این محققان راهی برای استفاده از این تحقیقشان برای محاسبات کامپیوتری پیدا کرده اند ولی به نظر پرارد(یکی از اعضای گروه)این کار در آینده ممکن است.(این طرح انقلابی همانند. دیگر طرح های انقلابی چالش های بزرگی پیش رو دارد که از آن ها می توان به جهانی بودن تحقیقات ورقابت بالای کشور های درگیر برای توسعه این ایده و همچنین چالش های ساختاری مانند نبود ارتباطی حتی ساده بین پردازنده این کامپیوتر فرضی و حافظه آن نامبرد.)متخصص مکانیک شارها جان بُش از دانشگاه کمبریج دراین باره میگوید:"قابلیت بازیابی حرکت های آشوبناک که در این مقاله
گفته شد یک ویژگی جدید و جالبی از این سیستم را بازگو می کند که در سیستم های آشوبناک منحصربه فرد است" همچنین وی افزود:"ارتباط این تحقیق با تئوری اطلاعات یک ایده ی انقلابی است"
این تحقیق در physical review lettersچاپ شده است.
به قلم امیرفرهنگ خجسته
 
 
مراجع:
 
1.  Y. Couder, S. Protière, E. Fort, and A.        Boudaoud, “Dynamical Phenomena: Walking and Orbiting Droplets,” Nature 437, 208 (2005).
 
2.  J. M. W. Bush, “Pilot-Wave Hydrodynamics,” Annu. Rev. Fluid Mech. 47, 269 (2015).
 
3.  A. Eddi, E. Sultan, J. Moukhtar, E. Fort, M. Rossi, and Y. Couder, “Information Stored in Faraday Waves: The Origin of a Path Memory,” J. Fluid Mech. 674, 433 (2011)

منوی اصلی

Article | by Dr. Radut