الظواهر الكمية تصبح معجزة مرئية

كرّمت جائزة نوبل في الفيزياء هذا العام ثلاثة باحثين عن بحوثهم التي أجروها في علم ميكانيكا الكم أجريت قبل عقود.

فاز ميشيل إتش. ديفوريت من جامعة ييل وجون إم. مارتينيس، من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا وجون كلارك، من جامعة كاليفورنيا في بركلي بالجائزة المرموقة عن عملهم البحثي الرائد في سلسلة من التجارب على الدوائر الكهربية في ثمانينيات القرن الماضي.

يبدو منح جائزة نوبل اليوم عن عمل أُجري منذ ما يزيد عن أربعة عقود أمرًا غير عادي، وليس هناك من هو أكثر اندهاشًا لهذا الأمر من الفائزين بالجائزة. وقال جون كلارك في مؤتمر صحفي عقده بعد أن علم بفوزه بالجائزة مباشرةً: “أنا مندهش تمامًا، إذ لم ندرك بأي شكل أن ما قمنا به قد يكون أساسًا لجائزة نوبل، حيث يعمل الكثير من الناس على الحوسبة الكمية، ويعتبر اكتشافنا هو في كثير من النواحي الأساس لذلك”.


أن ميكانيكا الكم هي الأساس لكافة تطورات التكنولوجيا الرقمية
– أولي إريكسون، رئيس لجنة جائزة نوبل للفيزياء


وذكر الموقع الإلكتروني الخاص بجائزة نوبل: “استخدم الفائزون بالجائزة سلسلة من التجارب لإظهار أن الخصائص الغريبة للعالم الكمي يمكن جعلها ملموسة في نظام بحجم يمكن الإمساك به باليد. وأظهرت دوائرهم الكهربائية فائقة التوصيل قدرتها على الانتقال من حالة إلى أخرى كما لو أنها تمر مباشرة عبر جدار، كما بيّنوا أن النظام يمتص ويطلق الطاقة بجرعات محددة، تمامًا كما تنبأت ميكانيكا الكم بذلك”.

وكشف عملهم البحثي في نهاية الأمر أن استخدام الأنفاق الكمية يتيح للإلكترونات أن تشق أنفاقها عبر حواجز الطاقة. وأثبت هذا الكشف إمكانية إعادة إنتاج الأنفاق الكمية أيضًا في الدوائر الكهربية في العالم الفعلي.

ويرجع الفضل لذلك في وجود الرقائق الكمية التي تعمل باستخدام وحدة المعلومات الكمية “كيوبت” وتتمتع بقدرات مضاعفة الآن، وهو ما يساعد في حل المشاكل التي لا تستطيع الحواسيب التقليدية حلها.

وعلى غرار ما يحدث في تطوير الأدوية على سبيل المثال: يمكن استخدام هذه الرقائق في عمليات محاكاة للتفاعلات الكيميائية والجزيئية المعقدة وهو ما يتيح مستويات مرتفعة من الدقة تتجاوز كثيرًا قدرة الحواسب الفائقة التقليدية.

الصورة: Shutterstock

وتشمل المجالات الأخرى التي يمكن أن تتطور بفضل الرقائق الكمية الذكاء الاصطناعي والخدمات اللوجستية وإدارة سلاسل التوريد والنمذجة المالية والبحوث العلمية المتطورة.

وقال أولي إريكسون، رئيس لجنة جائزة نوبل للفيزياء، في مؤتمر صحفي: “كان مذهلًا أن نستطيع الاحتفاء بقدرة ميكانيكا الكم على تقديم مفاجآت جديدة بصفة مستمرة على مدى قرن. وهو أيضًا أمر مفيد إلى حد هائل، ذلك أن ميكانيكا الكم هي الأساس لكافة تطورات التكنولوجيا الرقمية”.

وبرغم أن هذا الاكتشاف تحقق في ثمانينيات القرن الماضي، إلا أنه ذو تأثير عميق وشامل ويواصل توفير الأساس الذي تتطور الحوسبة الكمية استنادًا إليه، حيث أن التطبيقات العلمية للاكتشاف لم تكن بالضرورة واضحة آنذاك، لكنها أصبحت واضحة الآن.

يتقاسم الفائزون الثلاثة القيمة المالية للجائزة والتي تبلغ 11 مليون كرونة سويدي (1,16 مليون دولار أميركي).

إقرأ المزيد حول هذا الموضوع:المستشعرات الكمية تنتقل بالقياسات الدقيقة إلى مستويات غير مسبوقة

فيروسات الذكاء الاصطناعي تنضم لمحاربة البكتيريا

استخدم علماء من ستانفورد ومعهد “آرك”، الذكاء الاصطناعي لتصميم جينومات فيروسية كاملة من الصفر. وكانت اللغة هي سر نجاح هذه العملية.

استخدم الفريق البحثي، “نماذج لغة الجينومات”، في تعليم الذكاء الاصطناعي لغة الحمض النووي وطلب منه ابتكار فيروسات تهاجم البكتيريا.

وقد نجحت 16 محاولة، من أصل مئات المحاولات، حتى أن البعض تفوق على الفيروسات الطبيعية، حيث تخلّصوا من البكتيريا بسرعة أكبر، ونجوا من الدفاعات البكتيرية، كما تغلّبوا على الفيروسات البكتيرية المختبرية، و”الفاي إكس 174″، في نزالاتٍ تنافسوا فيها وجهًا لوجه.

تُعد هذه خطوة بارزة لعلم الأحياء الذي يعتمد على الذكاء الاصطناعي والمعالجة البلعمية، أو ملتهمات البكتريا مستقبلًا.

وتشير النتائج إلى أن الذكاء الاصطناعي بات قادرًا على تصميم جينومات حية كاملة.

يعني ذلك أن هناك إمكانية لابتكار علاجات أكثر ذكاء للتصدي للعدوى المقاومة للمضادات الحيوية وفتح آفاق جديدة في مجال العلوم الحيوية التركيبية.

إقرأ المزيد حول هذا الموضوع: فيروسات تهاجم البكتيريا

الرياضيات المريئية

يعد بلع الطعام والماء بالنسبة لمعظم البشر، أمرًا بديهيًا مثل التنفس، لأننا نعتبر القناة الهضمية المرنة التي تنقل الطعام من الفم إلى المعدة، أنّها من المسلَّمات.

تتحرّك القناة الهضمية، في الوضع المثالي، بحركة دودية (انقباضات متموجة سلسة) تدفع الطعام لأسفل دون عناء، لكن يختل النظام في بعض الأحيان فيواجه الطعام تشنجات في القناة الهضمية، فتضعف عملية الدفع أو تصبح قوية لدرجة تسبب الألم (مرئ المطرقة) أو تتوقف بصورة كاملة عن العمل (تعذر الارتخاء المريئي) عند العضلة السفلية العاصرة للمريء، والتي تعتبر البوابة المؤدية إلى المعدة.

ومع ذلك، ابتكر فريق من الباحثين من جامعة كيوشو نموذج محاكاة يحاكي طريقة عمل المريء عندما يعمل بشكل صحيح وما يحدث عندما لا يكون كذلك.

يعمل النموذج الرياضي كمريء افتراضي قادر على محاكاة الأنماط الطبيعية وغير الطبيعية عن طريق ضبط المؤشرات الافتراضية التي تمثل الأعصاب وردود فعل العضلات والتوقيت، ليشبه في دوره جهاز محاكاة طيران، خاصٍ بالمريء.

يقدم هذا المحاكي صورةً للأطباء والعلماء على سبب إمكانية حدوث خطأ في المريء، كما يسمح لهم باختبار الأفكار بأمانٍ واختبار الدور المحتمل الذي قد تلعبه التغيّرات الدقيقة في التسبّب باضطرابات في العالم الحقيقي.

ويهدف البحث إلى تحفيز عملية التشخيص وتحسين العلاجات لمن يعانون من اضطرابات البلع.

إقرأ المزيد حول هذا الموضوع: تكنولوجيا دقيقة ورصد سريع للأجسام المضادة

محاربو الإنفلونزا

.يشهد نصف الكرة الأرضية الشمالي ابتداءً من من شهر أكتوبر لغاية شهر فبراير انحفاضًا في درجات الحرارة وتغيّرات في الجو ويصيب فيروس الإنفلونزا الجميع كعصا التتابع التي يمررها المتسابقون لبعضهم البعض في سباق التتابع، مع الفارق أن هذا الفيروس هو العصا التي لا يرغب أحدٌ في إمساكها.

ويُتوَقّع أن يكون موسم الإنفلونزا الجاري واحدًا من أسوأ المواسم التي سجّلها التاريخ لهذا الفيروس، إلا أن الخبراء يؤكدون استعدادهم لمواجهته

يستعد سكان العالم لموسم الإنفلونزا السنوي من خلال تزويد أنفسهم بوسائل سهلة لرفع مستويات مناعتهم وأدوية للحد من أعراض الفيروس.

ويفضل آخرون علاج الأعراض بأدوية محلية.

كيف نعالج التهاب الحلق؟ فلنجرب العسل والشاي الدافئ أو شاي جذور العرق سوس أو خل التفاح المخمر. وماذا عن احتقان الأنف؟ فلنجرب علاجه بالكمادات الدافئة أو شاي الكركم مع الزنجبيل أو خل التفاح المخمر. وماذا عن السعال؟ يمكننا أن نحاربه بالنعناع أو جهاز الترطيب أو خل التفاح المخمر أيضًا.


“يُعَد الجهاز المناعي جهازًا للاستشعار، لذا، فهو يتناغم فعليًا مع ما نفعله خلال حياتنا اليومية”.

جينا ماتشوتشي، أخصائية علم المناعة بجامعة ساسكس في المملكة المتحدة


ثمة العديد من الوسائل التي يمكنها أن تُشعِرنا بتحسن مؤقت، ولكن ما هي الوسائل التي تجعلنا نتحسن على نحو أسرع أو تساعدنا في تجنب الإنفلونزا تمامًا؟

يمثل اللقاح السنوي للإنفلونزا بداية جيدة، ولكن هل نحن بحاجة إليه إذا كنا قد حصلنا عليه العام الماضي؟

بحسب مستشفى كليفلاند كلينك، فإن الإجابة نعم.

فقد ذكر الموقع الإلكتروني الخاص بالمستشفى: “يطوّر العلماء لقاحات جديدة تحمي ضد سلالات الإنفلونزا الجديدة المُرجح أن تصيبنا بالإعياء هذا العام، وتتضاءل مناعتنا مع الزمن أيضًا، وعليه، يُعَد اللقاح السنوي الوسيلة الأمثل لوقايتنا.

ولا يقتصر استعمال هذا اللقاح على الفئات الأكثر عُرضَة لخطر الإصابة بالإنفلونزا، كالمسنين أو الذين يُعانون من نقص المناعة، وإنما هي للجميع. وأضاف الموقع: “يمكن أن يصيب الفيروس أكثر الأفراد صحة، وإذا كان من النوع الخطير، فيمكنه أن يستدعي حاجة الحصول على علاجٍ في المستشفى، بل وحتى الوفاة”.

يُفضَّل أن تقي نفسك والمحيطين بك، ولكن إذا صادف وأُصِبت بفيروس الإنفلونزا، فيمكنك أن تتناول قرصين من “بانادول دايتايمز” وهو مسكّن البانادول الخاص بساعات النهار، والذي يعالج احتقان الأنف والعطس وآلام الجسم وإفراز الدموع من مقلة العينين، أو يمكنك اتّباع نصائح الخبراء.

حيث يقول الخبراء أن الدواء الأفضل يتمثل في الراحة واتّباع ما تمليه علينا أجسامنا.

استضافت حلقة عام 2024 من المدونة الصوتية: “زو ساينس آند نيوتريشن بودكاست“، جينا ماتشوتشي، أخصائية علم المناعة بجامعة ساسكس في المملكة المتحدة، والتي قالت: “تتواصل أجسامنا معنا دائمًا”.

وأوضحت جينا: “تُثبط الخلايا المناعية الإفرازات الكيميائية النشطة في مخك لتغيير سلوكياتك، وهو ما يسمى سلوكيات المرض، ويُعزى ذلك لعدم رغبتها بانخراطك في حياتك اليومية وأنت حامل للعدوى، فهي لا تريدك أن تنزل إلى الشارع أو تذهب إلى المكتب أو تتحدث مع الناس، لأنك بذلك ستنشر العدوى، ثم ستستهلك الطاقة التي يُفترض على جسمك أن يستخدمها في التعافي مجدَّدًا”.

وتكمن المشكلة في صعوبة إبطاء انتشار العدوى، لذا، نعتمد دائمًا على الأدوية التي تخفّف الأعراض.


IMAGE: Pixabay-AI

تشعر أجسادنا بالإجهاد عندما نُصاب بالإنفلونزا لأنها تريدنا أن نوقف أنشطتنا اليومية كي نحافظ على طاقتنا لتنشيط التجاوب المناعي لمحاربة العدوى. وفي هذا الصدد، قالت جينا: “تشبه العملية زرًا تضغط عليه عملية الأيض لينتج عن ذلك شعور الجسم بالإجهاد ليحافظ على الطاقة ويوفّرها لتستخدمها الخلايا المناعية”.

يتسبب تجاهل احتياج أجسامنا للراحة غالبًا في بقاء الأعراض لفترات أطول مما نتوقع.

ولكن تتمثل الطريقة الأفضل لمكافحة الإنفلونزا في استباقها.

ولا يعني ذلك تعزيز أجهزتنا المناعية أو احتساء مشروبات الطاقة التي تحتوي على فيتامين سي أثناء موسم الإنفلونزا، فذلك لن يساعدنا، ولكن ما سيساعدنا هو الاعتناء بأجهزتنا المناعية على مدار العام.

تعتقد جينا أننا بحاجة إلى التفكير في أجهزتنا المناعية على نحو مختلف. وقالت في السياق: “يُعَد الجهاز المناعي جهازًا للاستشعار، لذا، فهو يتناغم فعليًا مع ما نفعله خلال حياتنا اليومية”.


قد يحتوي المنتج على كمية معينة من فيتامين سي، ما يمكّنهم من استخدام عباراتٍ كتعزيز المناعة على العبوة، ولكنه لن يشكّل حصنًا منيعًا ضد الأمراض.

جينا ماتشوتشي، أخصائية علم المناعة بجامعة ساسكس في المملكة المتحدة


وتتنوع أنماط الخلايا المناعية، كما أنّها ليست مسؤولة عن مكافحة الإنفلونزا أو نوبات البرد فقط، حيث يملك كل نوع من أنواع هذه الخلايا وظيفته الخاصة.

إذا انكسرت عظمة في جسم الإنسان، على سبيل المثال، يحدث غالبًا تلف في النسيج، وعند اكتشاف هذا التلف، يجلب النسيج الخلايا المناعية إلى موقع الإصابة لبدء عملية الالتئام.

تؤكد جينا أن الخلايا المناعية ترصد السرطان أيضًا، وأضافت قائلة: “توجد في الجسم خلايا معينة تراقبه طوال الوقت، باحثةً عن السرطان أو عن خلايا سرطانية محتملة، فتُخلّص الجسم منها قبل أن تسبب له مشكلة”.

وقد أظهرت دراسة في عام 2024 لباحثين في جامعة هيوستن بولاية تكساس الأمريكية أن ممارسة التمارين الرياضية لمدة 15 دقيقة يوميًا يمكنها تعزيز مستوى الخلايا القاتلة (المناعية) الطبيعية، وهي خلايا الدم البيضاء التي تحارب الخلايا المصابة بالعدوى والخلايا السرطانية، كما أنّها تسمى طبيعية لأنها لا تحتاج تعرّضًا مسبقًا للعامل المسبب للمرض كي تدمره.

نميل كثيرًا في هذا الوقت من العام إلى تعزيز مناعتنا وتزويد أنفسنا بجرعات من فيتامين سي، في حين يحتاج الجهاز المناعي إلى عناية دائمة.

يُعَد الأمر في غاية البساطة، فلا يتطلّب منّا سوى أن نخلّص أجسامنا مما نُدخِله إليها، فمنذ أن عرف الإنسان الأطعمة سريعة التحضير، بات يتناول منها كميات تفوق قدرة أجهزة جسمه على التجاوب معها جيدًا.
ويشمل ذلك الأطعمة المصنّعة للغاية والتي تبيّن أنها تحفز التجاوبات الالتهابية.

وتؤكد كلية هارفارد للصحة العامة أن “الأنظمة الغذائية المحدودة في تنوعها والأقل في عناصرها الغذائية، كتلك التي تتكون بصفة رئيسة من أطعمة المصنّعة للغاية وتفتقر إلى الأطعمة المصنّعة بنسبة ضئيلة يمكنها أن تؤثر سلبًا في صحة الجهاز المناعي”.

IMAGE: Pixabay

تسهم الأنظمة الغذائية الغنيّة بالألياف والأطعمة المستمدة من النباتات، التي تشمل الفواكه والخضروات والحبوب الكاملة والبقوليات، في تنشيط نمو الميكروبات المفيدة وتغذيتها، وتقوم بعض هذه الميكروبات بتحويل الألياف إلى أحماض دهنية ذات سلسلة قصيرة، والتي تبيّن أنها تحسن نشاط الخلايا المناعية.

ويحصل الجسم مع نظام غذائي كهذا على فيتامينات كافية لكل مرحلة من مراحل التجاوب المناعي في الجسم، كما تُعَد المغذيات الدقيقة كفيتامين سي وفيتامين دي والزنك والسيلينيوم والحديد والبروتينات، ضرورية لنمو الخلايا المناعية وأدائها لوظائفها.

ويمكن للمكملات الغذائية أن تساعد في هذا الشأن، ولكن لا ينطبق ذلك على تناول جرعات زائدة من عناصر مثل فيتامين سي.

تتسم طبيعة الجسم بالتعقيد، إلا أن الاعتناء به أمر بسيط، حيث ينصحنا الأطبّاء والعلماء بتناول طعامٍ جيد وممارسة التمرينات الرياضية والحصول على قسطٍ كافٍ من الراحة طوال العام كي لا ينال منّا موسم الإنفلونزا.

حلٌّ سريع لشحن السيارات الكهربائية

تخيّلوا معي أن تكون بطارية سيارتك الكهربائية، غير مشحونة، ويكون طفلك بحاجةٍ إلى حفاظات والمتجر البقالة بعيد جدًا لتسير إليه سيرًا على الأقدام والطقس عاصف في الخارج، كما يبلغ معدل سرعة شحن سيارتك 22 كيلوواط، وهو معدل يعتبر سريعًا لكنّه ستستغرق ثمان ساعات لإعادة الشحن بالكامل

لا ينتظر معظم مالكي المركبات الكهربائية حتى تصبح البطارية فارغة لشحنها، لكن هذا السيناريو محتمل، كما تُعد محطات شحن هذه السيارات كبيرة وضخمة، لكنها قد لا تضطر أن تكون كذلك بعد اليوم.

أشارت دراسة جديدة نُشرت في المجلة العلمية “إكسبلور” التي تنشرها جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات والمعنيّة بعلوم الكمبيوتر والهندسة الكهربائية والإلكترونيات، إلى أن هناك طريقة أفضل، وهي استخدام مبدّل جسر إتش متتابع، يخلق منافذ متعددة للتيار المستمر دون الحاجة إلى بطاريات إضافية أو اللفائف الضخمة الخاصة بالمحولات المعزولة.

يكمن الحل في استخدام محول منخفض الجهد بين الوحدات يقوم بموازنة الطاقة بين منافذ الشحن.

ويعني ذلك أن كل منفذ شحن يمكن أن يعمل بصورةٍ مستقلة، مع محافظة الشبكة الكهربائية على استهلاك الطاقة بشكل نظيف وفعال.

وقد أظهر نموذج أولي للمختبر كفاءة بنسبة 95.3%، كما عالج مشكلة الطاقة الكهربائية التي تستهلكها المركبة أثناء الشحن واستمر في العمل بسلاسة حتى عندما انخفض جهد الشبكة.

يوفر هذا التصميم، مع تزايد مبيعات السيارات الكهربائية وتوسع محطات الشحن، بساطة أكبر وتكلفة اقتصادية أقل، كما يُسهّل دمج الطاقة المتجددة وأنظمة التخزين.

إقرأ المزيد حول هذا الموضوع: سيارتي الكهربائية تعاني من الوزن الزائد