حل لغز عمره 500 عام أثار حيرة دافنشي

يبدو أن العلماء قد وجدوا تفسيراً يحل لغزاً في الفيزياء تركهم في حيرة بشأنه طوال قرون عدة من الزمن.

"مفارقة ليوناردو" Leonardo's Paradox، التي تحمل اسم فنان عصر النهضة ليوناردو دافنشي الذي لاحظ هذه الظاهرة، تتمحور حول الطريقة التي تصعد بها فقاعات من الهواء عبر الماء إلى السطح بشكل متعرج أو لولبي.

تعذر على العالم الموسيقي تفسير السبب وراء تحرك الفقاعات بهذه الطريقة عوض الارتفاع في خط مستقيم، كما تشير قوانين الفيزياء، غير أنه وجد علاقة بين حجم الفقاعة وحركتها: تحدث الحركة غير المتوقعة فقط بمجرد أن تحقق الفقاعة نصف قطر كروي يساوي نحو واحد ملليمتر.

طوال ما يربو على 500 عام، عجز العلماء المتخصصون في ديناميكيات السوائل عن التوصل إلى تفسير مرض تعزى إليه هذه الظاهرة، إلى أن حلوا اللغز الآن.

استخدم باحثان من "جامعة إشبيلية" الإسبانية و"جامعة بريستول" البريطانية إطاراً حسابياً لمحاكاة فقاعات الهواء التي تتصاعد عبر الماء، ووجدا من طريق العمليات الحسابية أنها تتخذ مسارات غير مستقرة ما إن تصل إلى قطر دقيق متدن Critical radius [يسبق التحول إلى ذرة] يبلغ 0.926 ملليمتر.

وذلك مرده إلى أن ضغط الماء المحيط بالفقاعات يشكل تشوهات دقيقة في شكلها، مما يتسبب في الحركة المتمايلة.

ووردت التفاصيل في شأن النتائج في دراسة بعنوان "مسار متعرج لفقاعة هواء تتصاعد في الماء" نشرت الثلاثاء في مجلة "بروسيدينغز أوف ذا ناشونال أكاديمي أوف ساينس" Proceedings of the National Academy of Sciences  (سجلات الأكاديمية الوطنية للعلوم).

وفي هذا السياق ذكرت الورقة البحثية ما يلي "منذ عصر النهضة" ورد في وثائق أن فقاعة هواء في طريقها إلى سطح الماء سوف تنحرف عن مسارها المستقيم والثابت لتؤدي حركة متعرجة أو لولبية دورية بمجرد أن تكون الفقاعة أعلى من مستوى القطر الدقيق".

وأضافت الدراسة "لكن ارتفاع الفقاعة المضطرب [غير المستقر] عصي على الوصف الكمي، وبقيت الآلية الفيزيائية محل جدال. غير أنه باستخدام تقنية رسم الخرائط الرقمية، وجدنا للمرة الأولى توافقاً كمياً مع قياسات عالية الدقة لعدم الاستقرار".

وخلص الباحثون إلى أن اكتشاف هذه الآلية يفتح الباب أمام النهوض بمزيد من الدراسات حول "ملوثات صغيرة موجودة في معظم البيئات العملية، والتي تحاكي جسيماً ما بين [الجسم] الصلب والغاز".