آزمایش قطره قیر؛ ماجرای تاریخی طولانی‌ترین آزمایش فیزیک جهان

در یکی از راهروهای دانشگاه کوئینزلند استرالیا، آزمایشی جریان دارد که اثبات می‌کند موادی که در ظاهر کاملاً جامد و شکننده به نظر می‌رسند، در مقیاس زمانی طولانی رفتاری شبیه به مایعات از خود نشان می‌دهند.

آزمایش قطره قیر؛ نمایشی که یک قرن به طول انجامید

در سال ۱۹۲۷ میلادی، توماس پارنل، نخستین استاد فیزیک دانشگاه کوئینزلند، با هدف اثبات یک اصل علمی ساده برای دانشجویان، مقداری قیر را پس از حرارت‌دادن درون یک قیف شیشه‌ای قرار داد. پس از گذشت سه سال برای تثبیت و خروج حباب‌های هوا، در سال ۱۹۳۰ انتهای قیف بریده شد تا حرکت آرام ماده تحت گرانش آغاز شود.

این پروژه ساده آموزشی که قرار نبود به تحقیقاتی طولانی بدل شود، تاکنون نزدیک به یک قرن تداوم یافته و رکورد گینس را به عنوان طولانی‌ترین آزمایش آزمایشگاهی پیوسته در جهان کسب کرده است.

گران‌روی شگفت‌انگیز و رفتار دوگانه ماده

قیر در دمای اتاق ظاهری کاملاً سخت دارد و حتی زیر ضربات چکش خرد می‌شود، اما در مقیاس مولکولی دارای جریان بسیار کندی است. براساس داده‌های به دست آمده از این آزمایش، گران‌روی (ویسکوزیته) قیر حدود ۱۰۰ میلیارد برابر آب تخمین زده می‌شود.

«مفاهیمی چون جامد یا مایع بودن به متغیر زمان وابسته‌اند و بسیاری از پدیده‌ها با سرعتی فراتر از ادراک بصری انسان در جریان هستند.»

نیم قرن انتظار و بدشانسی‌های تاریخی

پس از درگذشت پارنل، هدایت و مراقبت از این آزمایش به جان مینستون سپرده شد؛ دانشمندی که به مدت ۵۲ سال مسئولیت نگهداری از آن را برعهده داشت، اما هرگز موفق نشد لحظه سقوط یک قطره را مستقیماً مشاهده کند:

• قطره ششم: در تعطیلات آخر هفته و در غیاب افراد سقوط کرد.
• قطره هفتم: در سال ۱۹۸۸ و در فرصت چند دقیقه‌ای خروج ناظر از اتاق فروافتاد.
• قطره هشتم: درست در لحظه جدایی قطره در سال ۲۰۰۰، قطع ناگهانی برق موجب از کار افتادن دوربین‌های ثبت تصویر شد.

سرانجام در آوریل ۲۰۱۴، چند ماه پس از درگذشت مینستون، سقوط نهمین قطره با کمک تجهیزات پیشرفته و دوربین‌های دیجیتال به صورت زنده برای هزاران بیننده در سراسر جهان پخش شد.

دلایل طولانی‌تر شدن سقوط هر قطره

بررسی‌ها نشان می‌دهد فاصله زمانی میان چکیدن قطره‌ها به مرور افزایش یافته است؛ به طوری که قطره‌های نخست طی ۷ تا ۹ سال شکل می‌گرفتند، اما قطره‌های اخیر بیش از ۱۲ تا ۱۳ سال زمان برده‌اند. دو دلیل اصلی این مسئله عبارت‌اند از:

1. کاهش فشار هیدرواستاتیک: با چکیدن هر قطره، از وزن و حجم ستون قیر درون قیف کاسته شده و نیروی محرک جاذبه کاهش می‌یابد.
2. تغییرات دمایی محیط: نصب سامانه‌های تهویه مطبوع در ساختمان طی دهه‌های گذشته و خنک‌تر شدن فضا، گران‌روی قیر را به صورت تصاعدی افزایش داده است.

انتظار برای سقوط دهمین قطره

طبق روندهای محاسباتی در علم رئولوژی، پیش‌بینی می‌شود دهمین قطره این آزمایش حوالی اواخر سال ۲۰۲۸ میلادی سقوط کند. امروزه روند تغییر شکل این قطره به صورت پیوسته از طریق دوربین‌های اینترنتی تحت نظر دانشمندان و علاقه‌مندان به فیزیک در سراسر جهان قرار دارد.