گالیوم، یک عنصر شگفت انگیز

گالیوم، یک عنصر شگفت انگیز

این فلز نرم و درخشنده خواصی کاملا غیر عادی دارد. در دمای پایین جامدی سخت و شکننده است،  ولی اگر آن را در دست بگیرید ذوب شده در کف دست شما جریان می‌یابد! سپس اگر آن را روی میز قرار دهید دوباره به جامدی نرم تبدیل می‌شود. علت این است که نقطه ذوب گالیوم حدود 29.76 درجه سانتی‌گراد یعنی کمتر از دمای عادی بدن انسان است. با این وجود نقطه جوش گالیوم کاملا بالا و حدود 2204 درجه سانتی گراد است که بدین ترتیب این عنصر یکی از بزرگترین اختلافهای میان نقطه ذوب و جوش را در میان مواد طبیعی به نمایش می‌گذارد.

گالیوم در طبیعت هرگز به صورت خالص یافت نشده و مقدار آن در کانی‌های مختلف نیز بسیار اندک است. گاهی اوقات در سنگ معدن روی و بوکسیت رگه‌هایی از این عنصر دیده می‌شود. این عنصر حدود 0.0019 درصد پوسته زمین را می‌سازد. بیشتر گالیوم در صنعت به عنوان محصول جانبی عملیات استخراج آلومینیوم و روی بدست می‌آید. استرالیا، روسیه، فرانسه و آلمان بزرگترین تولیدکنندگان گالیوم جهان هستند.

گالیوم با وزن اتمی 31 در خانواده عناصر بور و آلومینیوم قرار دارد. ترکیب آرسنید گالیوم (GaAs) استفاده فراوانی در ترانزیستورها و مدارات مادون قرمز و مایکروویو دارد. از ترکیب نیترید گالیوم نیز به عنوان یک نیمه رسانا در گوشی‌های موبایل و حسگرهای فشار برای کلیدهای لمسی استفاده می‌شود.

کار با گالیوم مایع بسیار دشوار است زیرا به بدنه ظرف شیشه‌ای، پوست دست و بیشتر مواد دیگر می‌چسبد (غیر از گرافیت، کوارتز و تفلون). همچنین در هنگام انجماد منبسط می‌شود بنابراین نمی‌توان آن را در ظرف شیشه‌ای نگهداری کرد.

https://www.livescience.com/29476-gallium.html

چرا یخ اینقدر لغزنده است؟

چرا یخ اینقدر لغزنده است؟

ممکن است پرسش ساده‌ای بنظر برسد. ولی واقعیت آن است دانشمندان هنوز پاسخ قطعی این پرسش را نمی‌دانند!

 

یخ وقتی بوجود می‌آید که آب از مایع به جامد تغییر حالت می‌یابد. ولی سایر مواد وقتی از مایع به جامد تبدیل می‌شوند این چنین لغزنده نمی‌گردند. لغزندگی یخ یکی از اسرار علوم است.

ممکن است یکی از دلایل این امر تبدیل لایه رویی یخ به مایع در هنگام واردشدن فشار بر ان در نتیجه قدم زدن بر یخ باشد. این پدیده به ذوب در اثر فشار معروف است. ولی فشار وارده در اثر وزن انسان آنقدر کافی نیست که یخ منجمد را به مایع تبدیل کند.

نظریه دیگر این است که اصطکاک میان اسکیت و یخ باعث گرم شدن یخ و دوب شدن لایه نازک رویی آن می‌شود. اما وقتی روی یخ ساکن هستیم نیز احساس لغزندگی داریم.

اخیرا دانشمندان کشف کرده‌اند که لایه رویی یخ کاملا منجمد نیست و حالت نیمه جامد دارد. علاوه براین، این لایه کاملا به زنجیره پیوندهای هگزاگونال (شش ضلعی) یخ بلوری زیر آن متصل نیست. پس احتمالا این لایه نیمه جامد رویی است که حالت لغزنده دارد.

منبع:

http://science.howstuffworks.com/what-makes-ice-slippery-video.htm/printable

;کانال موزه علم و دانش

جالب ترین مطالب علمی، حقایق علمی، فیلم و عکس

مکانی برای همه علاقمندان به دانش

@science_fair

https://t.me/science_fair

بوزون هیگز

بوزون هیگز

ذره بنیادی بوزون هیگز مدتهاست که در کانون توجه دانشمندان و علاقمندان دانش قرار گرفته است. از نظر برخی ممکن است این ذره سازنده تمامی جرم عالم باشد. اگر این ذره واقعا وجود داشته باشد، بخش مهمی از اسرار عالم هستی گشوده خواهد شد.

بوزون هیگز بخشی از مدل استاندارد برای توضیح دنیای پیچیده پیرامون ماست. دنیای ما نه تنها از ذرات تشکیل شده، بلکه حاوی نیروهایی است که بر ذرات عمل می‌کنند. در مدل استاندارد 12 ذره بنیادی در نظر گرفته می‌شود: شش کوآرک و شش لپتون. کوآرکها سازنده پروتونها و نوترونها هستند در حالی که لپتونها عبارت از ذرات مهمی مانند الکترون و نوترینو هستند. دانشمندان بر این باورند که کوآرکها و لپتونها غیرقابل تقسیم بوده و به ذرات کوچکتر قابل تجزیه نیستند. علاوه براین مدل استاندارد چهار نیروی بنیادی برای طبیعت در نظر می‌گیرد:  گرانش، الکترومغناطیس، نیروی قوی (نیروی نگهدارنده ذرات هسته در کنار یکدیگر) و نیروی ضعیف (نیروی مسئول تلاشی بتا). مدل استاندارد موفقیتهای بزرگی در پی داشته است. اما دو مورد از شکستهای بزرگ آن عبارتند از ناتوانی در یافتن ذره بنیادی مسئول گرانش و یافتن بوزون هیگز.

دانشمندان براین باورند که هرکدام از این چهار نیروی بنیادی باید یک ذره حامل یا بوزون داشته باشد که بر ماده اثر می‌نماید. برای مثال ذره فوتون حامل نیروی الکترومغناطیس است. فیزیکدانان چنین تصور می‌کنند که بوزون هیگز عمل مشابهی انجام می‌دهد – لیکن انتقال دهنده خود ماده است.

ممکن است ذره‌ای دارای جرم ذاتی نباشد، لیکن هنگام عبور از میدانی به نام میدان هیگز واجد جرم شود. این میدان تمامی عالم را پر کرده است و ذره حامل آن بوزون هیگز نامیده می‌شود.

در چهارم جولای 2012 دانشمندانی که روی دستگاه عظیم برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) کار می‌کردند موفق به کشف ذره ای شدند که بسیار شبیه بوزون هیگز عمل می‌کند. البته مقداری عدم قطعیت در این کشف وجود دارد. این کشف طرز عمل علم نوین فیزیک را نشان می‌دهد: پیش بینی وجود یک ذره با استفاده از محاسبات و مشاهدات علمی و سپس جستجوی نظام مند برای یافتن آن.

منبع:

http://science.howstuffworks.com/higgs-boson.htm

وزن مغز و رابطه آن با هوش موجودات

مغز پیچیده‌ترین اندام یک موجود زنده بشمار می‌رود که در طی میلیون‌ها سال تکامل یافته و به عالی ترین شکلی در مغز انسان خردمند (هومو ساپینس) تجلی یافته است. رابطه میان هوشمندی یک موجود و وزن مغز آن همواره مورد تحقیق دانشمندان بوده است. یک معیار ساده در این رابطه عبارت از این است که هر چه وزن مغز موجودی بیشتر باشد، آن موجود از هوش بالاتری برخوردار است.

در حالی که وزن مغز یک انسان متوسط یعنی هوشمندترین موجود تکامل یافته در عالم حدود 1320 گرم است، مغز یک فیل آفریقایی وزنی حدود 5712 گرم و وزن مغز یک نهنگ اسپرم حدود 7800 گرم است. هر دو این حیوانات از هوش و حافظه بالایی برخوردارند لیکن شکی نیست که انسان با وزن مغزکوچکتر با درجات بسیار بالاتری باهوشتر از این موجودات است.

مقایسه وزن مغز انسان و نهنگ اسپرم (عنبر)

برای رسیدن به یک رابطه علمی درست و قابل توجیه میان کمیت‌هایی مانند وزن بدن، وزن مغز و درجه هوشمندی یک موجود، دانشمندان روابط زیادی را مورد مطالعه قرار داده اند. اسنل در قرن نوزدهم میلادی رابطه زیر را پیشنهاد کرد:

که در آن E وزن مغز، S وزن بدن، C ثابتی به نام "عامل مغزی" (cephalization Factor) و r ضریبی است که بطور تجربی تعیین می‌شود. بهترین مقداری که برای r پیشنهاد شده توسط مک فیل و 0.66 برای بیشتر پستانداران بوده است. با تقسیم مقدار C بدست آمده از فرمول بالا برای هر موجود، بر مقدار متوسط بدست آمده برای یک پستاندار با وزنی قابل مقایسه، به ضریبی به نام "ضریب بزرگی مغز" یا EQ می رسیم (Encephalization Quotient) که مقدار آن برای موجودات مختلف در جدول زیر قابل مشاهده است:

گونه	EQ	گونه	EQ
انسان	7.44	گربه	1.00
دلفین	5.31	اسب	0.86
شمپانزه	2.49	گوسفند	0.50
فیل	1.87	موش	0.40
نهنگ	1.76	خرگوش	0.40
سگ	1.17

مقادیر این جدول با مشاهدات ما درباره هوش موجودات تا حد زیادی تطابق دارد. می‌بینیم که انسان در بالای این فهرست قرار دارد در حالی که دلفین باهوشترین پستاندار پس از انسان با فاصله کمی در مکان بعدی قرار گرفته است.

به تازگی کشف شده است که دلفین ها مهارتهای ارتباطی بسیار فراتر از انسانها دارند. یک دلفین قادر است با ارسال پیامهای صوتی تصویر یک ماهی را به دلفین دیگری منتقل کند. اگر ما انسانها دارای چنین قابلیتی بودیم باید می توانستیم یک تصویر هولوگرافیک را تنها با استفاده از چشمانمان به فرد دیگری منتقل کنیم. این در حالی است که ما با استفاده از واژگان و سخن گفتن چنین کاری را انجام می‌دهیم. برای مثال زمانی که می گوییم "درخت"، فرد شنونده تصویر یک درخت را در مغز خود می سازد. دلفین قادر به پرش از این مرحله است و تصویر یک شی را می تواند مستقیما به همنوع خود منتقل کند.

منابع:

http://serendip.brynmawr.edu/bb/kinser/Int3.html

http://www.onegreenplanet.org/animalsandnature/human-intelligence-versus-whales-and-dolphins/

https://faculty.washington.edu/chudler/facts.html

کانال تلگرام موزه علم و دانش

مطالب خواندنی درباره علوم و فنون مختلف همراه باتصاویر و فیلم های جالب

@science_fair

https://t.me/science_fair

زندگانی و دستاوردهای علمی پروفسور مریم میرزاخانی

زندگانی و دستاوردهای علمی پروفسور مریم میرزاخانی

پرفسور مریم میرزاخانی، یکی از بزرگترین دانشمندان علوم ریاضی دنیا در 24 تیرماه 1396 بر اثر بیماری پیشرفته سرطان درگذشت. او اولین زنی بود که به دریافت جایزه مدال فیلدز در سال 2014 نایل شد. این جایزه معادل نوبل ریاضیات و یکی از معتبرترین جوایز دنیای علوم است.

مریم میرزاخانی هنگامی که یک نوجوان بود دو بار در سالهای 1994 و 1995 موفق به دریافت مدال طلای مسابقات جهانی المپیاد ریاضی گردید. در 1999 با درجه کارشناسی از دانشگاه صنعتی شریف فارغ التحصیل گردید و پنج سال بعد دکترای خود را از دانشگاه هاروارد برای پایان نامه خود "ژئودزیک‌های ساده بر سطوح هایپربولیکی و حجم فضای ماژولی منحنی‌ها" دریافت کرد. در سال 2008 او مقام استادی دانشگاه استانفورد را بدست آورد.

میرزاخانی بر مطالعه سطوح هایپربولیکی با استفاده از فضاهای ماژولی آنها متمرکز بود. در فضاهای هایپربولیکی برخلاف فضای اقلیدسی ساده، اصل پنجم اقلیدس حاکم نیست. مطابق اصل پنجم اقلیدس، از یک نقطه تنها می توان یک و فقط یک خط موازی خط معینی رسم کرد. در فضای هایپربولیکی نااقلیدسی، از یک نقطه ثابت می‌توان بی نهایت خط موازی یک خط مفروض دیگر رسم کرد. مجموع زوایای یک مثلث در فضای هایپربولیکی کمتر از 180 درجه است. در چنین فضای انحناداری، کوتاهترین مسیر بین دو نقطه را ژئودزیک می نامند. برای مثال بر روی یک کره، ژئودزیک یک دایره بزرگ است. مطالعات میرزاخانی شامل محاسبه تعداد ممکن یک نوع خاص ژئودزیک به نام ژئودزیک ساده در فضاهای هایپربولیکی بود.

فن بکار رفته توسط او مشتمل بر ملاحظه فضاهای ماژولی سطوح بود. در این حالت فضای ماژولی مجموعه ای از فضاهای ریمانی است که دارای ویژگی معینی هستند. میرزاخانی چنین یافته بود که یکی از خواص فضای ماژولی به تعداد ژئودزیک‌های بسته ساده یک سطح هایپربولیکی مربوط می شود.

بی شک درگذشت زودهنگام این دانشمند بزرگ ضایعه بزرگی برای جامعه علمی دنیاست. به بیان شاعر:

از نگاه دو چشم یک تن کم    وز نگاه خرد هزاران بیش

منبع: دایره المعارف بریتانیکا، 2017-15-7