رشّاش الماء اللي خلّى العلماء ما يقدروا ينامون

خلّيني أكون صريح معكم — لمّا سمعت أول مرة عن "مسألة رشّاش فاينمان"، ظننت إن الموضوع مزحة. يعني إيش最难 في رشّاش ماء؟ تفتحه، والماء يندفع، والدوران يروح ويجّي. خلاص، مو بس كذا؟

بس هنا الموعد يبدأ العجب. وش يصير لو شغّلنا الرشّاش عكس اتجاهه؟ بدل ما يرشّ الماء للخارج، تخيّل إنّه يسحب الماء الداخل. هل يدور؟ وإذا دار، لأي اتجاه؟ وبسرعة قد إيش؟

يبدو بسيط أليس كذلك؟ حسنًا، الفيزيائي ريتشارد فاينمان كان يظن نفس الشيء — لحدّ ما قرّر يجرّب يحلّ المسألة بنفسه ولقى نفسه عاجز. قضّى سنوات وهو يحكّ رأسه، وبصراحة؟ هالشي خلّاني أرتاح نفسيًا بالنسبة لتخبّطاتي الشخصية.

ليش هالمسألة صعبة بهالدرجة

اللي يخلّي رشّاش الماء المعكوس غريب هو إنه يبدو إنه ما لازم يدور أصلاً. فكّروا معي: لو الماء ينسحب للداخل بدل ما يندفع للخارج، إيش اللي يخليه يلفّ أصلاً؟

بعض العلماء قالوا بيلفّ باتجاه، وآخرين قالوا بالعكس. وبعضهم قال ما بيلفّ أبدًا. النقاش استمر أكثر من قرن كامل، وعقول لامعة كانت على كل طرف.

فاينمان — الحائز على نوبل وواحد من أعظم فيزيائيي القرن العشرين — قرّر فعلاً يبني رشّاشه المعكوس عشان ي裁判 على النقاش. والحسابات تقول إن تجربته ما سارت على ما يرام بالضبط. (يا هلا، حتى العباقرة عندهم أيّام تعب في المختبر!)

الاختراق: الصاروخ المقلوب

وهنا يجينا دور رشّاشات الماء الغريبة الحلزونية. فريق من الباحثين في جامعة نيويورك ومعهد كولورادو للتعدين قرّروا يأخذون هالسؤال بجدية — فبنوا مجموعة كاملة من رشّاشات الماء المقلوبة والمليانة لفّات ودوّارات الغريبة.

وش اللي لقوه؟ شيء مذهل فعلاً.

اتضح إن رشّاشات الماء المقلوبة تدور — بس حوالي 50 مرة أبطأ من الرشّاشات العادية. والسبب ممتع فعلاً: لمّا الماء ينسحب داخل غرفة المركز اللي تتجمّع فيها كل الأذرع، إن那边的水流 مو مصطدمة بشكل مباشر رأس برأس. فيه انحراف بسيط، وهالخلل البسيط يولّد قوى تخلي الرشّاش يدور بالاتجاه المعكوس.

الباحثين سمّوا هالمفهوم "نظرية تدفق كمية الحركة". ببساطة، الموضوع عن كيف إن الماء المتدفق يحمل زخم ويدفع على أجزاء الرشّاش الداخلية. فكّروا فيه مثل الصاروخ المقلوب — بدل ما يطلق الوقود من جهة عشان يدفع للأمام، الماء ينسحب للداخل وخلق قوى دورانية وهو يدور حول نفسه.

الشكل مهوّم أكثر مما نتخيّل

وهالشي لفت انتباهي بقوة: شكل أذرع الرشّاش له تأثير كبير فعلاً. الفريق جرّب أجهزة بأشكال ملتوية وملفوفة ومجنونة — مش فقط الأذرع على شكل حرف S اللي نشوفها في رشّاشات الحديقة العادية.

هالرشقات الحلزونية المضحكة، مع لفّاتها ومنحنياتها، سمحت للباحثين يراقبون بالضبط كيف يتحرك الماء من داخل الجهاز وخارجه. قدروا يقيسون العزم (يعني قوة الالتواء) ويشوفون بالضبط إيش اللي يصير في كل مرحلة.

وتعرفون إيش اللي لقوه؟ الأجزاء الخارجية من الأذرع والماء اللي يدور حواليها؟ ما تأثر على حركة الرشّاش بالمطلق. الموضوع كله عن اللي يصير داخل الغرفة المركزية اللي تصطدم فيها التيارات ببعضها.

وش يعني هالشي لنا أنا وأنتم؟

أعرف إيش تفكّرون — الموضوع ممتع، بس مين يهتم فعلاً بفيزياء رشّاشات الماء؟

tobuface الخبر: فهم كيف الأشياء تتفاعل مع تدفق السوائل مهم جدًا جدًا في الهندسة. نتكلّم عن التوربينات اللي تولّد الكهرباء من الماء، والمضخّات اللي تحرك السوائل في الأنابيب، وكل المعدات الصناعية اللي تتعامل مع ديناميكية الموائع.

الباحثين ذكروا بشكل محدد إن هالمعرفة ممكن تساعد في تصميم أجهزة أفضل لالتقاط أو تحويل الطاقة من السوائل المتدفقة. فلو كنت تشحن جوالك بمزود طاقة مائي، ممكن يكون عندك شكر صغير تقدمه لرشّاش ماء مقلوب. (طيبي، مو حرفيًا بالضبط، بس فهمتوا الفكرة!)

أحلى جزء: العلم لسّه فوضوي

أكتر شيء أحبّه في هالقصة هو إنها تذكّرنا إن العلم مو دايم نظيف ومرتّب. ريتشارد فاينمان — الفيزيائي الأسطوري، الفائز بنوبل، الشخص اللي ساعد في بناء القنبلة الذرية — ما قدر يحل هالمسألة لحاله. استغرق الموضوع أكثر من قرن من النقاش وفريق باحثين يبني رشّاسات ملتوية ومضحكة عشان يلقوا جواب واضح.

وهالشي يخلّيني أتفائل. يعني إن الفضول والإصرار أهم من العبقرية الفورية. يعني إن بعض الأحيان أغرب التجارب تقود لأهم الاكتشافات.

فلو شفت رشّاش ماء غريب يدور في حديقة جيرانك، خذ لحظة تقدّره. هالشي ممكن يكون شغال على مسائل فيزيائية عمرها قرن — التفّة التفّة وحدة.