مایونز داخل یخچال بهتدریج لایهلایه میشود. آن کرم دارویی که پزشک تجویز کرده، با گذشت زمان اثربخشیاش را از دست میدهد. همهٔ این مواد یک ویژگی بنیادین مشترک دارند: آنها «مادهٔ نرم» هستند؛ موادی مانند ژلها، فومها و کلوئیدها که ساختار درونیشان طی ماهها یا سالها بهآهستگی و به شکلی مرموز دگرگون میشود.
درک اینکه دقیقاً چه اتفاقی در درون این مواد هنگام «پیر شدن» رخ میدهد، همیشه بهدلیل وجود گرانش زمین پیچیده بوده است. حتی زمانی که این مواد ساکن روی یک قفسه قرار دارند، نیروی گرانش دائماً بر نحوهٔ تهنشینی، تجمع و بازآرایی ذرات درون آنها اثر میگذارد.
به همین دلیل، گروهی از پژوهشگران دانشگاه پلیتکنیک میلان و دانشگاه مونپلیه تصمیم گرفتند مادهٔ نرم را در جایی مطالعه کنند که گرانش هیچگونه تأثیری نداشته باشد.
(اعتبار: Yasrena)
نتیجهٔ این تلاش COLIS است؛ یک آزمایشگاه جدید که اکنون روی ایستگاه فضایی بینالمللی فعال شده است. این آزمایشگاه نتیجهٔ بیش از ۲۵ سال همکاری بین «لوکا چیپلتی»، فیزیکدان آزمایشگاه شارل کولوم، و «روبرتو پیاتسا»، مدیر آزمایشگاه مواد نرم در پلیتکنیک میلان است.
COLIS از تکنیکهای نوری بسیار پیشرفته برای بررسی درون مواد بدون دخالت در ساختار آنها استفاده میکند. «پراکندگی دینامیکی نور» یکی از ابزارهای کلیدی این دستگاه است؛ در این روش، پرتوهای لیزر از میان نمونه گذر داده میشوند و الگوهای ظریف و نقطهنقطهای به نام الگوی لکهای (Speckle Pattern) ایجاد میکنند. این الگوها نشان میدهند که ژلها و دیگر مواد نرم چگونه در گذر زمان بازآرایی میشوند.
این آزمایشگاه همچنین میتواند نمونهها را با دقت بسیار بالا گرم کند تا روند «پیرشدگی» در آنها بهطور کاملاً کنترلشده آغاز شود و سپس بتوان تغییرات مولکولی و ساختاری را لحظهبهلحظه مشاهده کرد.
نتایج اولیه تاکنون پژوهشگران را شگفتزده کرده است. ظاهراً گرانش بسیار بیش از آنچه انتظار میرفت بر ساختار مادهٔ نرم اثر میگذارد؛ حتی در بازههای زمانی بسیار طولانی.
روبرتو پیاتسا میگوید:
«شگفتانگیز است که ببینیم گرانش—which در زندگی روزمره کاملاً برای ما عادی است—چگونه در پشت صحنه، مواد مورد استفادهٔ ما را شکل میدهد.»
این یافتهها میتوانند تأثیری گسترده بر صنایع مختلف بگذارند.
● شرکتهای دارویی نیاز دارند داروها برای سالها پایدار بمانند.
● شرکتهای آرایشی میخواهند کرمهایی تولید کنند که جدا نشوند یا خراب نشوند.
● تولیدکنندگان مواد غذایی به امولسیونهایی نیاز دارند که در طول حملونقل و انبارداری، قوام خود را حفظ کنند.
شناخت رفتار واقعی این مواد در شرایطی که گرانش دائماً مزاحم نمیشود، میتواند انقلابی در طراحی فرمولاسیونها ایجاد کند. به بیان دیگر، دانستن اینکه مواد نرم در نبود گرانش چه رفتارهایی دارند، به دانشمندان امکان میدهد بهتر درک کنند که چرا و چگونه این مواد در زمین دچار تغییر، افت کیفیت یا جدایش میشوند و چگونه میتوان از این فرآیند جلوگیری کرد.
نمونههای مورد مطالعه در حال حاضر شامل نانوذرات کلوئیدی هستند؛ موادی ایدهآل برای بررسی بازآرایی درونی و فرایند پیرشدگی. COLIS تحت برنامهٔ «کلوئیدها در فضا» متعلق به آژانس فضایی اروپا فعالیت میکند و توسط آژانسهای فضایی ایتالیا و فرانسه پشتیبانی میشود.
در نبود گرانش، دیگر تهنشینی تدریجی، جدایش، یا جمعشدن ذرات در پایین ظرف رخ نمیدهد. این یعنی میتوان دقیقاً مشاهده کرد که مادهٔ نرم چگونه و با چه سرعتی دچار دگرگونیهای ساختاری میشود—بدون اینکه نیروی خارجی روند طبیعی آن را مختل کند. همین امر موجب میشود COLIS به یکی از منحصربهفردترین آزمایشگاههای فیزیک مادهٔ نرم در جهان تبدیل شود.
در زمین، مطالعهٔ رفتار بلندمدت مواد نرم بسیار دشوار است، زیرا گرانش دائماً «نویز» ایجاد میکند و پژوهشگران را از مشاهدهٔ رفتار ذاتی ماده منحرف میکند. اما اکنون با COLIS، دانشمندان میتوانند تصویری شفافتر و دقیقتر از آنچه واقعاً در این مواد رخ میدهد به دست آورند—دانشی که میتواند در صنایع دارویی، آرایشی، غذایی و حتی فناوریهای نوین مواد کاربردهای فراوان داشته باشد.
این پروژه نشان میدهد که چرا مطالعهٔ مواد معمولی و روزمره—مانند مایونز یا کرمها—در فضا میتواند برای علم اهمیت حیاتی داشته باشد. آنچه در نگاه اول ساده و پیشپاافتاده به نظر میرسد، در حقیقت دریچهای است به درک عمیقتر از ساختار و رفتار ماده در بنیادیترین سطح.
