آیا هیدروژن جامد واقعا در دانشگاه هاروارد ساخته شده است؟
محققان دانشگاه هاروارد می‌گویند موفق به ساخت ماده‌ای شده‌اند که می‌تواند نوعی انقلاب در دنیای فیزیک تلقی شود. این ماده که در گذشته تنها در حد تئوری تصور می‌شد، هیدروژن فلزی جامد است.
در سال ۱۹۳۵ دانشمندان پیش‌بینی کردند هیدروژن تحت شرایط پرفشار، همانند فرآیند تبدیل کربن به الماس، می‌تواند به فلز تبدیل شود. در آن زمان تصور می‌شد فشار اعمال شونده برای ایجاد این شرایط باید حدود ۲۵ گیگاپاسکال (حدود ۲۵۰ هزار برابر بزرگ‌تر از فشار سطح زمین) باشد.
دو فیزیکدان دانشگاه هاروارد به نام‌های رانگا دیاس و ایزاک سیلوِرا ادعا کرده‌اند که موفق به پیدا کردن راهکاری برای ساخت جسمی هیدروژنی شده‌اند که در آن فشار وارده ۲۰ برابر بیشتر از فشار تخمین زده‌شده در هشتاد سال گذشته است. در واقع این فشار شدیدتر از فشار موجود بر مرکز زمین است.
سیلورا می‌گوید: «این کشف را می‌توان جام مقدس فیزیک تلقی کرد. این نمونه، نخستین هیدروژن فلزی در سطح زمین است. از این‌رو وقتی به دنبال کشف آن هستید، در واقع به دنبال چیزی می‌گردید که تا پیش از این هرگز وجود نداشته است.»
برای تولید این ماده، نمونه‌ی کوچکی از هیدروژن مایع داخل سلول سندان الماس قرار گرفت و بین فضای دو الماس پوشش‌دهی شده، فشار ۴۹۵ گیگاپاسکال اعمال شد. فشار شدید باعث شکسته شدن پیوندهای مولکولی و ایجاد هیدروژن اتمی می‌شود و به گفته‌ی سیلورا ماده‌ی حاصل یک فلز خواهد بود. به این معنا که جامدی براق، انعطاف‌پذیر، نشکن و رسانای خوب گرما و الکتریسیته است.
در حالی که هیدروژن فلزی تحقق یک پیشگویی در دنیای فیزیک است، می‌توان برای این ماده‌ی تازه‌وارد کاربردهای مفید زیادی متصور شد.
سیلورا می‌گوید: «یکی از پیش‌بینی‌های مهم در خصوص هیدروژن جامد، متا-پایدار بودن آن است. این بدان معنا است که با حذف فشار هم این ماده در حالت فلز باقی خواهد ماند. درست مانند الماس که پس از اعمال فشار و حرارت به گرافیت شکل می‌گیرد و پس از حذف این عوامل، باز هم در حالت الماس باقی می‌ماند.»
اگر هیدروژن فلزی در دمای اتاق پایدار باقی بماند، می‌تواند به‌عنوان یک ابررسانا به کار برده شود و بهره‌وری قابل توجهی در تولید، انتقال و ذخیره‌سازی انرژی از خود نشان دهد.
سیلورا در ادامه گفته است: «این کشف، انقلابی به پا خواهد کرد. از آنجا که ۱۵ درصد انرژی الکتریسیته در طی انتقال آن از بین می‌رود؛ بنابراین چنان سیم‌های انتقال برق را با استفاده از این ماده بسازیم، روال تغییر خواهد کرد.»
البته، در حال حاضر انرژی زیادی برای تولید هیدروژن فلزی مورد نیاز است؛ بنابراین هنوز راه زیادی برای تولید سیم‌های انتقال جریان الکتریسیته با این ماده داریم. با این حال سیلورا بر این باور است که این انرژی ذخیره‌شده می‌تواند کاربردهای فراسیاره‌ای داشته باشد. او در این رابطه توضیح می‌دهد:
چنانچه فرآیند را رو به عقب ببریم و از هیدروژن فلزی، هیدروژن مولکولی تولید کنیم، انرژی زیادی آزاد خواهد شد که می‌تواند به‌عنوان سوخت قدرتمندترین موشک‌های شناخته‌شده برای انسان به کار رود و عملیات پرتاب موشک را متحول کند.
وی در ادامه توضیح می‌دهد که چنانچه سوخت موشک‌ها توسط هیدروژن فلزی تأمین شود، انفجار بیشتری برای پرتاب موشک صورت می‌گیرد که همین امر اجازه می‌دهد محموله‌های بزرگ‌تر با انجام مراحل کم‌تری آماده‌ی پرتاب شوند.
سیلورا افزود: «این امر به شما امکان می‌دهد که راحت‌تر از گذشته به کشف سیارات بیرونی بپردازید.»
سیلورا و دیاس مقاله‌ای در خصوص ساخت هیدروژن فلزی در آخرین شماره از ژورنال Science منتشر کردند. آن‌ها اصول کار خود را در ویدیوی زیر توضیح می‌دهند. اما، آیا ادعای آن‌ها واقعیت دارد؟
همه‌ی افراد جامعه‌ی علمی، ادعای سیلورا و دیاس مبنی بر کشف راهکار تولید هیدروژن فلزی را قبول ندارند.
میخاییل ارمتز در مقاله‌ی دیگری در ساینس گفته است: «از نظر ما این ادعا قانع‌کننده نیست. ما فقط یک آزمایش را می‌بینیم. در حالی که باید قابل تکثیر باشد.»
ارمتز هم در بخش شیمی موسسه‌ی مکس پلانک آلمان در زمینه تولید هیدروژن فلزی کار می‌کند. در سال ۲۰۱۲، او و همکارانش گمان کردند اولین ذرات این ماده را تولید کرده‌اند؛ اما امروز می‌گویند شواهد آن‌ها قطعی نبوده است.
محققانی از جمله پرفسور یوگن گرگوریانز از دانشگاه ادینبورگ تلاش کرده‌اند تا هیدروژن مایع فلزی تولید کنند. گرگوریانز در رابطه با آزمایش اخیر دیاس و سیلورا گفته است: «کلمه‌ی زباله به‌سختی می‌تواند این یافته را توصیف کند!»
یکی از بخش‌هایی که بر سر آن اختلاف نظر وجود دارد، استفاده از پوشش‌های داخل سلول‌های سندان الماس است. هر چند که آن‌ها باعث تقویت الماس می‌شوند؛ اما تفسیر اندازه‌گیری‌های لیزر و تعیین کشف واقعی را مشکل‌تر می‌کنند.
در مطالعات گذشته هیدروژن در فضای عجیبی بین گاز و فلز فشرده می‌شد؛ اما به علت تاریکی زیاد آن فضا، هیچ‌گونه نوری منعکس نمی‌شد.
الکساندر گونچاروف از موسسه‌ی علوم کارنگی در مصاحبه با بخش خبری ژورنال نیچر Nature معتقد است ماده‌ی براق کشف‌شده در دانشگاه هاروارد می‌تواند اکسید آلومینیومی باشد که در پوشش داخل الماس به کار رفته است و در شرایط تحت فشار رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهد.
پاول لوبیر، یکی از فیزیکدانان کمیسیون انرژی اتمی فرانسه در موافقت با این توجیه می‌گوید: «اگر آن‌ها (دیاس و سیلورا) می‌خواهند اعضای جامعه‌ی علمی را متقاعد کنند، باید اندازه‌گیری‌های خود، به‌خصوص بخش تکامل فشار را دوباره انجام دهند. سپس باید نشان دهند که در این محدوده‌ی فشار، اکسید آلومینیوم در حال تبدیل شدن به فلز نیست.»
با تمام این اوصاف، سیلورا و دیاس بر نتایج خود ایستادگی کرده‌اند. در نهایت به نظر می‌رسد این بحث با انجام آزمون‌های بیشتر خودبه‌خود حل و فصل شود. ضمن این‌که آن‌ها در نظر دارند فلز موجود را بررسی کنند تا در صورت متا-پایدار بودن، امید خود را از سر بگیرند.
اماواگرهای زیادی برای حل این مسئله وجود دارد که از جمله‌ی آن می‌توان به بررسی ثبات حرارتی و فرآیند تولید انبوه هیدروژن فلزی اشاره کرد.
نظرات