الأمر يشبه غرائب الأشياء، ولكن دون سحر أو شعوذة: لقد قلب الفيزيائيون الواقع رأسا على عقب، وذلك من خلال جعل قوارب صغيرة تطفو تحت سائل مرتفع، وعند رؤيته أثناء ذلك قد تعتقد أنك تشاهد نوعا من أفلام الخيال العلمي، لكن الأمر كله يتعلق بقوى الاهتزاز الرأسي.
الاهتزازات العمودية
لقد ثبت بالفعل أن بعض الاهتزازات العمودية (vertical vibration) التي تمت معايرتها بعناية يمكن أن تبقي السائل معلقا داخل حاوية، وهنا استفاد الفريق من هذه الظاهرة.
كتب الباحثون في ورقتهم التي نشرت في دورية نيتشر Nature بتاريخ 2 سبتمبر/أيلول الجاري "عند وضعها فوق وسط أقل كثافة فإن الطبقة السائلة تنهار عادة إلى أسفل إذا تجاوزت حجما معينا، حيث تؤدي الجاذبية التي تعمل على واجهة السائل السفلية إلى تأثير مزعزع للاستقرار يسمى عدم استقرار "رايلي-تايلور" (Rayleigh-Taylor Instability)".
وكما جاء في التقرير المنشور على موقع ساينس ألرت Science Alert عن الدراسة، فإن "من بين الطرق العديدة التي تم تطويرها لمنع سقوط السائل أثبت الاهتزاز العمودي فعاليته، وبالتالي تمت دراسته بالتفصيل".
"نتوقع نظريا ونبين بشكل تجريبي أن الاهتزاز العمودي يخلق أيضا مواضع طفو مستقرة على الواجهة السفلية للسائل، والتي تتصرف كما لو كانت قوة الجاذبية مقلوبة، وبالتالي يمكن للأجسام أن تطفو رأسا على عقب على الواجهة السفلية للطبقات السائلة المرتفعة".
ما يحدث هنا في الواقع هو أن القارب (أو أي جسم مشابه طالما أنه صغير بما يكفي) يتم دفعه في السائل بسبب الضغط المرتفع للجيب الهوائي تحته، وهو الضغط الناتج عن وزن الطبقة السائلة في المقام الأول.
توازن القوى
وعندما تتم موازنة القوة الصاعدة لهذا الضغط مع قوة الجاذبية الهابطة يطفو الجسم على السطح المقلوب لأسفل، وموازنة هذا الضغط هي الجزء الصعب، وهذا أحد الموضوعات الرئيسية في هذه الدراسة الجديدة، وقد تم تصميم القوى اللازمة رياضيا قبل اختبارها في المختبر.
ويظل التأثير الغريب ثابتا إذا تم دفع القارب أو سحبه (في هذه الحالة عن طريق المغناطيس المستخدم من خلال زجاج الحاوية)، حيث سيستعيد توازنه، تماما كما لو كان يتمايل على بحيرة.
قوة وتكرار الاهتزاز أمران حاسمان لعمل هذه الحيلة، ومع انخفاض الاهتزازات يتم كسر التعويذة السحرية، وينزل كل من القارب والطبقة السائلة المعلقة إلى أسفل الغرفة.
هذه ليست مجرد خدعة ذكية للحفلات، إذ يمكن أن تحتوي النتائج على مجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل نقل الغاز أو المواد الأخرى عبر السوائل في الآلات الصناعية على سبيل المثال.
وفي الوقت الحالي، من الرائع أن ترى إلى أي مدى يمكن أن تبدو الفيزياء السحرية