رأي المعهد الوطني الفرنسي للبحث العلمي حول أبحاث جاك بيفينستي

ستة أشهر بعد وفاته،

رأي المعهد الوطني الفرنسي للبحث العلمي (CNRS) حول أعمال جاك بينفينست

8 مارس 2005

في مقدمة:

10 مايو 2010.

لقد أرسل لي قارئ نسخة من حلقة بث حيث يُسمع الفائز بجائزة نوبل لويس مونتانيير يمدح رفيقي الراحل جاك بينفينست.

البروفيسور لويس مونتانيير، الفائز بجائزة نوبل في الطب، عام 2007، في لوجانو

هذا لا يتردد في القول إن جاك كان مبتكرًا متميزًا، مبكرًا بمرحلته، وثقته بأن يومًا ما سيتم الاعتراف بصحة رؤيته.

أتذكر الفترة التي أزال فيها المدير العام لـ INSERM، لازار، 200 متر مربع من المكاتب لجاك في INSERM 200 في كلامارت، مما دفعه للعودة إلى المباني المؤقتة ألغيكو في الحديقة! فضيحة حقيقية.

كنت أقول لجاك عدة مرات "اترك الأمر، ستفقد حياتك!" لكنه استمر، استمر حتى آخر نفس، حتى فقد حياته، قلبه ممزقًا.

إن مسيرتي كانت لها جوانب مشابهة، ولم أنجِ إلا لأنها كانت سلسلة مستمرة من التخلي: MHD في عام 1972 (بالتخلي عن المعدات التي جلبها إلى مختبر في عام 1967، مما جعله متميزًا على المستوى الدولي)، الحاسوب في عام 1983 (كنت مسؤولًا عن قسم الحاسوب في جامعة بروفانس)، التدريس في كلية الآداب والرياضيات (انعكاس الكرة، Pour la Science 1979)، عودة إلى MHD (1975-1986)، التخلي عن نشر القصص المصورة مع ناشر في عام 1990، تخلي سريع في عامي 2000، في علم المصريات. حاليًا، تراجع شبه كامل أو توقف جاد في علم الفلك والكونيات والفيزياء الرياضية، بسبب عدم وجود ردود فعل إيجابية (1985-2008).

حاليًا، عودة قوية مع "المعرفة بلا حدود" وإعادة نشر الكتب والقصص المصورة. أنشطة تنازلية في MHD ومواضيع UFO. فيما يلي صورة المختبر MHD أثناء تركيبه في روشيفور (حالة في مايو 2010):

هذا يشبه في الطراز مخيمات ألغيكو الخاصة بجاك، في حديقة INSERM، باستثناء أنني لا أتولى إدارة هذا، بل تقوده تقنية شجاعة بعمر 40 عامًا. على عكس بيرنارد باليس، لن أحرق أثاثي.

MHD الفرنسية المتقدمة، MHD "غير المتوازنة"، تلك التي تتميز بـ "البلازما ذات درجتين حرارتين"، والتي تسمح لنا بالظهور في المقدمة في المؤتمرات الدولية (فيلنيوس 2008، بريمن 2009)، ها هي!

كان من المضحك لو لم يكن مأساويًا تمامًا

ملف الصوت مقابلة مونتانيير، مايو 2010

بمناسبة عام الفيزياء، نشرت مجلة "الرسالة العلمية" (Courrier du CNRS) مطوية تقدم عشرة مشاكل غير مُحلّة في العلم. واحدة من هذه الأسئلة تتعلق ببنية الماء، في جميع أشكاله. فيما يلي نسخة من هذا الملف.

الماء، رغم انتشاره واسعًا على سطح الأرض، لا يزال لغزًا. في الطبيعة، إنه السائل الوحيد الذي نعرفه في الظروف العادية من الضغط ودرجة الحرارة التي توجد على الأرض. السوائل الأخرى هي مجرد مزيج من الماء ومواد أخرى. أمام هذه الفريدة، لا يتردد الفيزيائيون في التحدث عن سائل غير عادي. لتحديدًا، حددوا عددًا من اختلافات الماء، من بينها ثلاثة سلوكات تجعله فريدًا.

نقول ذلك، يوضح جوزيه تاكسيرا، الباحث في معهد ليو بريلوين، لأن بنية الماء مختلفة تمامًا عن السوائل المثالية مثل الأرجون التي نستخدمها كنماذج للدراسة. علاوة على ذلك، عندما نقارنه بجزيئات أخرى موجودة في الطبيعة، يظل سلوكه مجهولًا. يضيف بيرنارد كابان، من معهد الفيزياء والآليات لوسائل التشتت، "إذا نظرنا إلى العناصر التي تلي الأكسجين، فإن الماء له الصيغة الكيميائية H2O، ذرة أكسجين مترابطة بذرتين من الهيدروجين في التصنيف الدوري لمحاولة معرفة الشكل الذي يأخذه الماء عند درجة حرارة الغرفة، فإن كل شيء يشير إلى أن جزيء (H2O) يمكن أن يرتبط بذرة أكسجين أخرى من جزيء مجاور. في المتوسط، يرتبط جزيء ماء بـ أربعة جزيئات أخرى. "وهذا الترتيب لجزيئات الماء هو ما يفسر جزئيًا خصائص هذا السائل الثمين، يضيف جوزيه تاكسيرا. ولكن من الضروري أيضًا مراعاة الطريقة التي تتشكل بها وتفقد فيها الروابط الهيدروجينية."

حتى الآن، استطاع الفيزيائيون ملاحظة أن هذه الروابط تتشكل وتُدمر باستمرار - كل رابطة تعيش في المتوسط بحدة من مليار جزء من الثانية، وأن عددًا كبيرًا منها يتشكل، وأنه يجب أن تكون الثلاث ذرات المذكورة متعامدة تمامًا لظهور رابطة. ومع ذلك، من بين جميع السوائل، الماء هو الوحيد الذي يجمع بين هذه الثلاث خصائص. وهذا يفسر جزئيًا التغيرات الشهيرة التي وصفها الباحثون: من ناحية، الماء ليس غازًا عند درجة حرارة الغرفة، لأن الروابط الهيدروجينية قوية بما يكفي. وبالتالي، فإن الماء يتمتع بقوة تجميع كبيرة. النتيجة: تحتاج إلى طاقة كبيرة لتفكيك هذه الروابط، وهو ما يفسر أنه يغلي فقط عند 100 درجة مئوية. من ناحية أخرى، لا يزال ليس صلبًا عند درجة حرارة الغرفة، لأن الروابط ضعيفة إلى حد ما.

لدي جوزيه تاكسيرا، معرفة أعمق بالديناميكا الهيدروجينية ضرورية إذا أردنا يومًا فهم الماء حقًا. يذهب بيرنارد كابان أيضًا في هذا الاتجاه: "نفتقر إلى معلومات كثيرة حول الماء لامتلاك نموذج واقعي ومتوقع لسلوكه. حتى لو علمنا طبيعة الروابط بين الجزيئات، طالما لا نعرف كيف يتفاعل جزيء منفرد ليس فقط مع جيرانه بل أيضًا مع الآخرين، فإن النموذج لن يكون جيدًا. ". والمحاكاة الحاسوبية الحالية تدعم هذا الرأي. في الواقع، إذا حاولنا تفسير ثلاث اختلافات مميزة للماء، فإن النماذج لا تعيد إنتاج واحدة أو اثنتين فقط، بل لا تعيد أبدًا الثلاثة في وقت واحد. الروابط الهيدروجينية: تتشكل بين جزيئين متطابقين أو غير متطابقين. إن نقص الشحنة على ذرة الهيدروجين هو ما يسمح بظهور الرابطة. لكن الفيزيائيين ليسوا قصرًا في الأفكار لمحاولة كشف السر. من أجل ذلك، يدرسون تركيبه عند درجة حرارة منخفضة. "الروابط الهيدروجينية أكثر استقرارًا تحت الصفر درجة مئوية،" يشرح جوزيه تاكسيرا. يمكننا إذن محاولة فهم أفضل للماء السائل إذا راقبنا تطوره حتى -40 درجة مئوية. "ماء حتى -40 درجة مئوية؟ نعم، إذا تم تطهيره من جميع الشوائب، وإلا سيتبلور فورًا. يسمى العلماء هذا الظاهرة بالانصهار المفرط (انظر مخطط الطور)، والتي توجد أيضًا لسوائل أخرى، مثل التولوين، والقالium، والزجاج المنصهر. "حتى الآن، الرقم القياسي للماء هو -42 درجة مئوية - بضع درجات أفضل من الماء المجمد الموجود في بعض سحب جوية،" يوضح فريديريك كاوبين، الباحث في معهد الفيزياء الإحصائية لـ ENS. تحت -40 درجة مئوية، يبدو أن الاهتزاز الحراري لجزيئات الماء كافٍ لتحويل السائل إلى جليد. بمجرد تجاوز هذه الحدود الحرارية، تصبح مدة حياة الماء السائل قصيرة جدًا. لا يستطيع الفيزيائيون مراقبته بعد ذلك.

C

'est aux alentours de -130 °C qu’apparaît un autre phénomène intéressant : si l’eau est refroidie suffisamment vite jusqu’à cette température, elle se transforme en

glace amorphe

, c’est-à-dire qu’elle a la structure du verre (voir p. 16). Une constatation s’impose « On ne sait rien sur la structure de l’eau entre - 40 °C et -130 °C ", avoue José Teixeira. Non sans humour, les chercheurs appellent cette zone le « no man’s land ». Rebondissement en 1984 : les physiciens Mishima, Calvert et Whalley découvrent une deuxième forme de glace, amorphe, plus dense que la première, en comprimant la glace ordinaire à très basse température. Un résultat qui a fait resurgir des idées anciennes. En effet, en 1892, Röntgen avait émis l’hypothèse que l’eau était un mélange de liquide et de glace. Aujourd’hui, certains voient dans la découverte des deux formes de glace amorphe une piste prometteuse : l’eau serait, au moins à basse température, un mélange de deux liquides, l’un de faible densité et l’autre de haute densité. Une idée qui laisse un peu sceptique José Teixeira. Et il suggère que le responsable est encore et toujours la liaison hydrogène. Mais comment trancher, alors que le no man’s land reste inaccessible aux mesures ? Une solution : améliorer les expériences dites de cavitation, qui se déroulent à température ambiante et à des pressions qualifiées de « négatives » .

Elles mettent à l’épreuve la cohésion de l’eau en recherchant la traction maximale qu’on peut exercer avec des ultrasons sur de l’eau liquide avant que la première bulle de vapeur ne se forme. « L’espoir est d’atteindre une pression de -1400 bars, commente Frédéric Caupin. Alors, nous aurions des eléments nouveaux qui permettraient d’écarter certaines hypothèses sur la structure de l’eau. » Malheureusement, ces expériences sont aujourd’hui très difficiles à réaliser. Des progrès restent encore à accomplir dans la purification de l’eau. Patience donc. Le mystère de l’eau risque de turlupiner les chercheurs pendant encore de nombreuses années, dit Julien Bourdet. Pour lever les mystères de l’eau, les physiciens misent sur les expériences de cavitation (ici réalisée dans un tunnel hydrodynamique) où apparaissent des bulles de vapeur d’eau.

Parmi les anomalies de l’eau, les trois principales sont

• une très forte cohésion, qui se traduit
  par des températures de fusion et d’ébullition élevées;

• une Constante diélectrique élevée,
  qui lui permet de dissoudre tous les sels.

Pour lever le mystère de l'eau, les physiciens misent sur des expériences de cavitation (ici réalisées dans un tunnel hydrodynamique) où apparaîssent des bulles de vapeur d'eau

• une grande expansion à basse température (en
  dessous de 4 °C) et aussi lors de la cristallisation.

De même qu’on peut trouver de l’eau surfondue. on peut en trouver surchauffée, c’est-à-dire liquide au-dessus de 100 ~C. L’apparition explosive d’une bulle s’appelle la cavitation. Une chute de pression est équivalente à un chauffage de l’eau. Les chercheurs étirent l’eau (ils parlent de pression négative) jusqu’à observer la première bulle de vapeur.

Julien Bourdet

CONTACTS

Bemard Cabane :

bcabane @ pmmh.espci.fr

Frédéric Caupin :

caupin @ lps.ens.fr

José Teixeira :

teix@ Ilb.saclay.ceafr

العودة إلى "رأي المعهد الوطني الفرنسي للبحث العلمي (CNRS) حول أعمال الباحثين"

إلى "رأي المعهد الوطني الفرنسي للبحث العلمي (CNRS) حول أعمال جان بير بيت"