هذه هي المتاهة الأكثر صعوبة، وفقا للفيزيائيين
قام فريق من الفيزيائيين بإنشاء متاهة يزعمون أنها الأصعب، وذلك باستخدام نمط من لعبة الشطرنج لإنشاء الهيكل. تبدو المتاهة للعين غير المدربة مثل ندفة الثلج الأكثر تعقيدًا. ولكن بالنسبة لعشاق الألغاز بيننا، ربما يبدو الأمر بمثابة تحدي.
تم إنشاء المتاهة من دورة هاميلتون، وهي دورة رسم بياني تزور كل عقدة على الرسم البياني مرة واحدة فقط. يتم عرض نفس نمط الحركة في “جولة الفارس” في الشطرنج، حيث يمكن لقطعة الشطرنج زيارة كل مساحة على اللوحة مرة واحدة دون تكرار نفسها قبل العودة إلى مربع البداية.
تعمل متاهة الفريق بالمثل. إنه تجميع لدورات هاميلتون في أشباه البلورات. لا تقلق، سنشرح لك. تم قبول شرح تفصيلي لبناء المتاهة للنشر في المراجعة البدنية X.
قال فيليكس فليكر، الفيزيائي في جامعة بريستول والمؤلف المشارك في الورقة البحثية، في بيان للجامعة: “عندما نظرنا إلى أشكال الخطوط التي قمنا ببنائها، لاحظنا أنها تشكل متاهات معقدة بشكل لا يصدق”. “أحجام المتاهات اللاحقة تنمو بشكل كبير – وهناك عدد لا حصر له منها.”
أشباه البلورات هي نوع نادر من المادة. البلورات العادية لها هياكل دورية، مما يعني أن وحدات البناء الخاصة بها تتكرر بانتظام. لكن وحدات بناء أشباه البلورات لا تتكرر بانتظام؛ لديهم هياكل غير متماثلة وغير متكررة، مما يجعلها محيرة في ثلاثة أبعاد وتكاد تكون سحرية في أبعاد أخرى؛ في عام 2022، تمكن فريق من الفيزيائيين من الحفاظ على تماسك النظام الكمي لفترة أطول عن طريق تفجير نمط شبه بلوري في الذرات المكونة له بالليزر، وبعبارة أخرى، شبه بلوري في الزمن. أحد الأمثلة على شبه البلورات ثلاثية الأبعاد هو المجسم العشروني، وهو شكل ذو 20 ضلعًا يشبه في شكله كرة القدم القياسية. كما قال أحد الفيزيائيين لموقع Gizmodo في عام 2021:
“في اللحظة التي تنتقل فيها من الدورية إلى شبه الدورية، تتوقف كل الرهانات على التناظر… كل قواعد الـ 200 عام تلك تخرج من النافذة – أي تناظر مسموح به، بما في ذلك التناظر المحظور الأكثر شهرة للمواد الصلبة، وهو تناظر المواد الصلبة”. عشروني الوجوه. مع أشباه البلورات، فجأة، يتوفر لك عدد لا حصر له من الاحتمالات.
تتشكل أشباه البلورات في الطبيعة في ظروف نادرة. تم العثور على بعضها في لونسدالايت، وهو معدن أصلب من الماس ولا يتواجد بشكل طبيعي على الأرض، ولكنه تساقط علينا في النيازك. وفي عام 2021، وجد الفيزيائيون أن أشباه البلورات تشكلت في الترينيتات، وهي المادة الغريبة التي تشكلت في أعقاب اختبار قنبلة ترينيتي في عام 1945، والتي حولت مساحات من صحراء نيو مكسيكو إلى زجاج.
قدم الفريق الأخير خوارزمية لبناء دورات الرسم البياني الهاملتوني فوق مساحات ثنائية الأبعاد تسمى بلاطات عمان-بينكر. يقول الفريق إن هذه المتاهات ثنائية الأبعاد تُظهر دورات هاميلتون التي تحاكي الأنماط الذرية لشبه البلورات.
وقال فليكر: “لقد أظهرنا أن بعض أشباه البلورات توفر حالة خاصة تكون فيها المشكلة بسيطة بشكل غير متوقع”. “في هذا الإطار، فإننا نجعل بعض المشاكل التي تبدو مستحيلة قابلة للحل. ويمكن أن يشمل ذلك أغراضًا عملية تغطي مجالات مختلفة من العلوم.
وفي الواقع، هناك آثار علمية لهذا النمط. كما هو مذكور في بيان الجامعة، توفر دورة هاميلتون أسرع طريقة لأجهزة التصوير المجهري، مثل مجاهر المسح النفقي، لتغطية جسم ما. هناك أيضًا آثار لاستخدام شبه البلورات في العديد من المسائل الفيزيائية، بما في ذلك تلك التي يمكن استخدامها لنمذجة طي البروتين.
ولكن ما لم تكن مشتركًا في أي من هذه المجالات، يمكنك التراجع وتقدير الطريقة التي تكشف بها الرياضيات عن بعض الأنماط الأكثر غرابة في عالمنا المادي.
