خمسون سنة في طريقها للمضي على صيحة عالم الفيزياء الأمريكي الشهير البروفيسور ريتشارد فينمان Richard Feynman بأن «هناك متسع كبير في القاع! There`s plenty of room at the bottom». كانت هذه الصيحة عنوانا لمحاضرته التاريخية التي ألقاها في حفل أقامته الجمعية الأمريكية للفيزياء في مساء ليلة باردة من ليالي شهر ديسمبر 1959 ¹⁰، وفي حضور كوكبة من علماء الفيزياء الذين أتوا خصيصا لحضور تلك الاحتفالية المقامة تكريما له ولمجمل أعماله الإبداعية الأصيلة في علوم ميكانيكا الكم التي نال عنها جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1965.

وقد أبدع فينمان في محاضرته حيث أعطى تصورا ثاقبا خلاقا ينبئ عن إمكانية تغيير خواص أي مادة وتعظيم سماتها، وذلك عن طريق إعادة ترتيب ذراتها بالشكل الذي يتأتى معه الحصول على تلك الخواص المتميزة والمختلفة تماما عن سماتها الأصيلة قبل إعادة هيكلتها، وقد أرجع إيمانه هذا إلى العلاقة المباشرة التي تربط بين بنية Structure المادة وخواصها، سواء كانت هذه الخواص خواص كيميائية تتعلق مثلا بالنشاط الكيميائي، أو خواص فيزيائية مثل اللون والشفافية. أيضا، فإن الخواص الميكانيكية لأي مادة مثل الصلابة والمرونة وغيرهما تعتمد كذلك على البنية الداخلية للمادة وأماكن وجود ذراتها وعددها بشبكتها البلورية Crystal Lattice.

وعلى الرغم مما انفردت به تلك المحاضرة من تنبؤات مثيرة أشارت إلى قرب تفجير الإنسان لثورة تكنولوجية جديدة تُضاف إلى سجله من الثورات الصناعية، فإن ما أشار إليه فينمان لم يلق في حينه الترحيب المنتظر، حيث وصف منهاجه بأنه مجرد خيال علمي يتفوق فيه الجانب النظري على الواقع العملي ⁷. وقد استند العلماء آنذاك إلى ما انتهوا إليه من أن تحريك ذرات أي مادة، والتي تتضاءل أطوال أقطارها إلى ما دون النانومتر الواحد، يُعد أمرا مستحيلا، وذلك نظرا إلى عدم توافر الوسيلة أو الأداة بالغة الصغر التي نستطيع بواسطتها التقاط الذرات والتلاعب بها Manipulation لتحريكها من مواضعها الأصلية إلى مواضع أخرى، ثم دمجها مع ذرات المواد أخرى لتكوين شبكات بلورية من مواد نانوية الأبعاد متميزة الخواص عالية الأداء. وأزعم أن البروفيسور فينمان نفسه لم يكن يتوقع أنه بمحاضرته تلك قد أطلق الشرارة الأولى لتفجير ثورة القرن الحادي والعشرين التي لقبها العالم الياباني نوريو تانيغوتشي Norio Taniguchi في العام 1974 بلقب تكنولوجيا النانو Nanotechnology لتتوج بذلك كتكنولوجيا التصنيع الأولى للقرن الحادي والعشرين وكمعيار يقاس به تقدم الأمم.

وليس ثمة شك في أن تلك المحاضرة قد تركت وراءها أسئلة كثيرة ومنطقية فرضت نفسها علينا، وذلك نظرا إلى ثقل وزن البروفيسور فينمان ومكانته العلمية المرموقة. وقد تمكن العالمان الفيزيائيان هنريتش روهرر Heinrich Rorer وزميله بيننغ Gerd Binning، الحاصلان على جائزة نوبل في الفيزياء العام 1986 والعاملان بشركة IBM الأمريكية بفرع زيورخ بسويسرا، في العام 1981 من التوصل إلى اختراع نوع جديد من الميكروسكوبات المعتمدة على المسح البحثي لذرات المادة وهو الميكروسكوب النفقي الباحث Scanning Tunneling Microscopy، حيث تمكنا به من التعامل المباشر مع الذرات الأحادية للمادة وتحديد أبعادها الثلاثية، وذلك عن طريق إبرة دقيقة التركيب والأداء زود بها هذا الميكروسكوب تستطيع من خلال تطبيق شحنات إلكترونية سالبة استشعار الذرات الموجودة على الأسطح الخارجية للعينة المراد توصيفها وتحديد شكل وترتيب ذراتها الشكل (1 – 5)، ونُشر العمل كاملا بعد ذلك في العام 1986 ¹¹.

وأستطيع القول هنا، إن هذا الإنجاز العلمي الكبير قد أثلج صدر البروفيسور فينمان حيث أثبت صحة نظريته ووضع منتقديه من المتشككين في افتراضياته الرائدة في حرج بالغ خاصة بعد أن تمكن البروفيسور «إرك دريكسلر Eric Dexter في العام 1981 ¹² من نشر أول ورقة بحثية في موضوع يتعلق بتطبيقات تكنولوجيا النانو بعد جهد بحثي ومعملي متواصل استمر أربع سنوات متواصلة. وكم كنت أود أن يرى فينمان، الذي تُوفي في العام 1988 عن عمر يناهز السبعين عاما، التجربة المثيرة الأولى من نوعها التي قام بها فريق بحثي بشركة IBM في العام 1989 حين وظفوا الإبرة الدقيقة الموجودة بالميكروسكوب النفقي الماسح لالتقاط ذرات عنصر «الزينون» الخامل وتحريكها بدقة متناهية لإعادة ترتيبها واحدة تلو الأخرى على سطح بارد من فلز النيكل، لتشكل معا شعار الشركة مكتوبا بحروف قوامها ذري وأبعادها نانوية (الشكل 1 – 6). ولعل نجاح هذه التجربة الرائدة، التي جاءت بمنزلة اعتذار عملي للبروفيسور فينمان عما ناله من نقد لاذع، قد فتحت الباب لدخول العالم إلى عصر تكنولوجيا النانو والبدء في تصنيع أجهزة وأدوات لا تتجاوز أحجامها بضعة نانومترات، ولتتحقق بذلك نبوءة فينمان وتتأكد نظريته.

______________________________
هوامش

(7) أستاذ دكتور محمد شريف الإسكندراني: تكنولوجيا النانو، نصف قرن بين الحلم والحقيقة مجلة العربي – وزارة الإعلام في دولة الكويت العدد الرقم 607، يونيو 2009، الصفحات 152، 159.

(10) لقراءة نص المحاضرة الكامل أقترح زيارة الموقع التالي:

http://www.aps.org/publications/apsnews/200012/history.cfm

(11) Binning, G. and H. Rohrer, Helvetica Physica Acta, Vol. 55 (1982) pp. 726-735

(12) 5275-5278. Eric Drexler, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 78 (1981) pp.