كيمياء القرن ال21 أم ثورة علمه ؟ . تكنولوجيا المستقبل تغير جذرياً الصناعة والاوزون والعالم

في فيلم "الرحلة الخيالية" لستيفن بويد والفاتنة راكيل والش 1966، تخيّل المخرج روبرت فلشر غواصة ذرية تصغَّر بآلات خيالية، لتصبح أصغر من حجم رأس الدبوس، وتحقن في شرايين مريض يحتاج الى جراحة دقيقة.
ولن ينسى مشاهدو فيلم خيال العلم، الديكورات الغرائبية التي صممها الرسام السوريالي سلفادور دالي، ويذكرون طويلاً "رؤية" غواصة في حجم خلية مفردة. هل يمكن علمياً تصنيع آلات دقيقة، بل فائقة الصغر، ومتحركة وقادرة على تنفيذ مهمات فعلية، فلا يزيد حجمها عن... كسر من رأس الدبوس؟ هل هو العلم أم الخيال، يدفع صوب البحث في تحقيق هذه الآلات؟
أياً يكن الدافع، فإن صناعة آلات أو أجزاء منها، لا ترى بالعين المجردة لم تعد من شؤون الخيال، بل هي صناعة تنهض بها الشركات الكبرى.
فهل نغمض العين قليلاً و"نتخيل" مركبة فضاء في حجم عقلة الاصبع، وطائرة تجسس كاملة التجهيز في حجم نحلة؟ ماذا لو حفزنا الخيال خطوة أبعد، وتصورنا طائرة كومبيوتراً في حجم فيروس الزكام، أي أنها لا ترى بالعين ويمكن وضع عشرات أو مئات منها في غرفة من دون أن يلاحظها أحد؟
عن آلات من هذا النوع، وضع عالم الفيزياء الأميركي أريك دريكسلر كتاب خيال علمي عام 1986، عنوانه "محركات التكوين"، يشبه كتب ه. ج. ويلز "آلة الزمن"، وجولز فيرن "عشرون ألف فرسخ تحت الماء"، في الحديث عن عالم يتغيّر على نحو حاسم بفضل اكتشاف تكنولوجي جذري أو "ثوري".
وظهر مصطلح "نانو تكنولوجي" Nano Technology في كتاب دريكسلر ليصف علماً جديداً مهمته بناء تلك الآلات المتناهية الصغر. راجع المربع: تعريفات أساسية.
ويمكن ترجمة ذلك المصطلح "التقنية النانوية"، والأهم انه وجد طريقاً، بل طرقاً، ليترجم مشاريع حق تتولاها شركات "أي بي أم" و"لوسنت" و"هيتاشي" و"سامسونغ" و"أن أي سي" وغيرها.
ويمكن بسط الفكرة الأساسية للتقنية النانوية على أنها تطبيق علمي يقوم على انتاج الأشياء عبر تجميعها من مكوناتها الأساسية، مثل الذرة Atom والجزيء Molecule. وما دامت كل المواد مكونة من ذرات مرتصفة وفق تركيب معين، فلماذا لا نذهب في الاتجاه المعاكس، أي نأخذ ذرة ونرصفها الى جانب ذرة أخرى وهكذا دواليك لصناعة... أي شيء تقريباً!
ولا يهم مصدر الذرات أو الجزيئيات ما دامت مناسبة. وتكفي أي خردة معدن لنأخذ منها ذرات نعيد رصفها وحبكها لصنع تيتانيوم، المعدن الأقوى الذي تصنع منه مركبات الفضاء.
ويلزم لانتاج الألماس توافر الرمل أو الفحم، تؤخذ منهما الذرات وترصف رصفاً متيناً ودقيقاً.
وبديهي أن تقتضي هذه الصناعة معرفة وافرة ودقيقة بتفاصيل تركيب المواد، إضافة الى هندسة الأشياء المراد صنعها، وسيطرة قوية على الذرات. ويرى البعض أن علم الفيزياء لم ينته من التعرّف الى كل مكونات الذرّة وقواها، وتشير فيزياء الكمّ الى استحالة التوصل الى قياس دقيق عندما نصل الى مستوى الذرة. وتعطي هذه الملاحظات نموذجاً من الاعتراضات الجمّة على رؤية دريكسلر التي قدّمها في كتابه.
كل شيء من أي شيء!
لم يكن دريكسلر، على رغم شطط رؤاه، أول من فكّر في صناعة على مستوى الذرّة، وحيث مقاس الأشياء هو نانومتر، أي واحداً على ألف من المليون من المتر.
ترجع هذه الفكرة الى عالم الرياضيات الفذّ جون فون فيينمان، مبتكر علم الحياة الاصطناعية. الذي القى عام 1959 خطاباً ذائع الصيت ضمّنه القول بإمكان بناء الأشياء بواسطة رصف ذراتها الواحدة الى جانب الأخرى في نسق مناسب.
تعوّد فيينمان تقديم مفاهيم العلم في أساليب اللعب والدعابة، فقدم سيناريواً لمنافسة تقنية بين الثانويات العليا في أميركا. "تُرسل ثانوية لوس أنجليس الى ثانوية فاينيس دبوساً كُتب على رأسه عبارة: "ما رأيكم في هذا؟". ثم تتلقى ثانوية لوس انجليس الدبوس نفسه بعد أيام لتكتشف ان الرد نُقِشَ في النقطة فوق حرف "ذ" ومفاده: "ليس اكتشافاً ساخناً!".
إذاً، لا يدور الحديث على مجرد أوهام، بل ينبغي القول إن نانو تكنولوجي هي ثورة صناعية شاملة. ويرى بعض العلماء أنها ثورة علمية للقرن ال21 تؤدي الى تغيير شامل، تماماً كما أدى ظهور محركات البخار الى الثورة الصناعية!
ويمكن وصف صناعة النانو بأنها انتاج أي سلعة أو مادة انطلاقاً من مكونات أولية رخيصة وشائعة، أي هي مواد خام قد تصلح، حتى الرمل أو النفايات. انها أفق جديد يجعل من الرسكلة Recycling انتاجاً وسلعاً عالية القيمة، وربما غيّر جذرياً العلاقة بين الدول الصناعية المتقدمة والبلدان المعتمدة انتاج مواد خام.
تخفض كلفة انتاج طائرة جامبو جيت الى سعر السيارة، ويمكن تزويد البيوت "مصانع" منزلية في حجم فرن مايكرووايف، تنتج اجهزة تلفزيون وكومبيوتر وفيديو وستيريو انطلاقاً من بضعة أرطال من القمامة. وفي امكان آلات مشابهة ان تعمل على بضع نُثر من اللحم لتنسج على منوالها شرائح لحم تكفي لإطعام العائلة، وخالية من أي مرض.
وعوداً على بدء فيلم "الرحلة العلمية"، يمكن انتاج انسان آلي في حجم بكتيريا، يدخل جسم الانسان ويجدد الانسجة التالفة ويصلح ما خرّبه التقدم في السن أو الاصابة بمرض مزمن، ويحارب الفيروسات والبكتيريا التي تسبب الأمراض، ويقتلع الأورام السرطانية... الخ.
وتُرسل جحافل من مركبات ذكية نانوية الى الأوزون لتصلح الثقب، ولكن ماذا لو أفلتت السيطرة عليها، فأكلت كل أوزون الأرض؟ عندها تهلك الحياة على الكرة الأرضية كلها وتباد في لفح الحرارة والأشعة؟ لكل تلك الأسباب، تُبدي دول متقدمة في العلم، مثل الولايات المتحدة واليابان وألمانيا اهتماماً بالنانو تكنولوجي، وتحيط أبحاثها بجدران سميكة من السرية.
التصغير:
مشاريع عملية للنانو تكنولوجي
وتبدو تقنية النانو متوزعة بين حدين. لكنهما غير متناقضين. فلا يكف دريكسلر عن الحديث عن الرواصف Assemblers، وهي روبوتات في حجم فيروس تقدر على "نزع" الذرة أو الجزيئي من أي مادة، وتتحكم بها كلياً، ما يتيح انتاج السلع أو شفاء الأمراض.
وتقدر الرواصف على انتاج نسخ مشابهة لها، أي انها تتكاثر. واذا تطور علم الذكاء الاصطناعي، تصبح الرواصف ذكية فتفيد من خبراتها وتستقل تدريجاً عن صانعيها وتستغني عنهم! فماذا لو خرجت عن كل سيطرة؟ لا اجابة معروفة، ولا حتى من نوع الخيال.
وفي مقابل هذه الرؤية المتطرفة، هناك رؤية أكثر تواضعاً، كتلك التي نادى بها رالف ميركيل، الذي عمل طويلاً في شركة "زيروك"س. ويرى ميركيل ان تقنيات تصغير المواد Miniturazing هي الحد الآخر، لكن الأكثر عملانية الذي يمكّن من صناعة أشياء في حجم أقل من مئة نانومتر.
وفي هذا المنحى، أعطى الرئيس بيل كلينتون 495 مليون دولار ل"المبادرة الاميركية في نانو تكنولوجي" قبيل مغادرته البيت الأبيض.
ويعمل ميركيل الآن لدى جيم فون أيهر، صاحب شركة "زايفكس" Zayvex التي توظف 15 مليون دولار في صناعة النانو.
عام 2000، أسس ريتشارد سموللي شركة "كاربون نانو تكنولوجي" التي تصنع "أقفاص" الكاربون. وحاز جائزة نوبل عام 1996 لأبحاثه عن هذه الأقفاص، التي تُعرَف باسم كرات الكاربون. والأمر لا يتعلق بقفص أو كرة، بل هو شكل رابع جديد للكاربون، أي بعد الغرافيت مادة أقلام الرصاص والألماس.
وتمتاز ذرة الكاربون بثباتها الهائل، وعمل سموللي على رصفها في شكل يجعلها "تلتقط" أي جزيئ أو ذرة، لخلوها من أي حقل مغناطيس أو جاذبية، وهي القوى التي تحدث تنافراً بين الذرات. والى توصيلها الفائق التيار الكهربائي والضوئي، تقدر أقفاص الكاربون على الإمساك بالهيدروجين الصافي، ما يفتح المجال أمام صنع خزانات كاربونية للهيدروجين.
ويعد الهيدروجين من مواد الطاقة النظيفة، وعند احتراقه في الهواء يولد ماء فقط! أي ان نانو تكنولوجي، أو بالأحرى منحى التصغير فيها، ربما توصل الى صنع قارورة هيدروجين تحتوي ما يمكن امداد سيارة بالوقود أشهراً، ومن دون تلويث للبيئة! وهذا مجرد عينة لما قد يحمله المستقبل.
amoghrabi@alhayat.com
تعريفات أساسية
{ الانتاج الذاتي Self-Replication
من أحلام نانو تكنولوجي المستقبلية صنع آلات ذكية فائقة الصغر، تقدر على انتاج نُسخ اصطناعية من نفسها، اي انها تصنع اشباهاً آلية منها. وفي رؤية اكثر زهواً، يرى البعض آلات مجهرية تقدر على إمساك الذرة الواحدة ونزعها من مكانها، و"لصقها" الى جوار ذرات اخرى... الخ.
وتُسمى هذه الآلات "رواصف" وتقدر على انتاج رواصف مشابهة لها.
{ "نانو" Nano
بادئة مشتقة من لفظة في اللغة اللاتينية معناها "القزم".
وكوحدة قياس، يساوي النانو واحداً من ألف من المليون، أو واحداً من البليون. اذاً، فنانومتر هو الجزء المتحصّل من قسمة المتر الواحد الى ألف مليون جزء وتقاس الذرة بجزء من عشرة من النانومتر.
{ نانو تكنولوجي Nano Technology
يطلق هذا التعبير على أي تقنية تعمل على مستوى المقاسات الفائقة الصغر مثل نانو. وعلى نحو أكثر تحديداً، تشير نانو تكنولوجي الى تقنية بناء المادة وتركيبها انطلاقاً من الذرة الواحدة، أي برصف الذرة الى جانب الذرة للحصول على المادة المطلوبة.
{ التصغير Miniaturization
يستعمل العلماء تعبير نانو تكنولوجي للاشارة الى اي تكنولوجيا تتعامل مع المادة على مقاس مئة نانومتر فما دون. اذاً، فالتقنيات الرامية الى جعل الاشياء والآلات اصغر وأدق تسمى تكنولوجيا التصغير او التقنية المُصغَّرة.