فناوری نانو در روم باستان باعث تغییر رنگ این جام می‌شد؛ دانشمندان سرانجام فرمول ساخت آن را کشف کردند

جام لیکورگوس سال‌هاست توجه تاریخ‌پژوهان هنر، شیشه‌گران و دانشمندان را به خود جلب کرده. این جام قفس‌مانند رومی که در قرن چهارم میلادی ساخته شد، هنگام تابش نور از پشت، رنگ شیشه‌اش از سبز یشمی به قرمز یاقوتی تغییر می‌کند؛ پدیده‌ای که بازسازی دقیق آن در دوران معاصر برای پژوهشگران دشوار بود.

دانشگاه شفیلد در بریتانیا اخیراً اعلام کرد متخصصان این دانشگاه موفق شده‌اند جلوه نوری مشاهده‌شده در جام لیکورگوس را بازسازی کنند. این جام از شیشه دورنگ‌نما ساخته شده؛ ماده‌ای که بسته به زاویه دید، رنگ متفاوتی نشان می‌دهد. پژوهش‌های انجام‌شده در اواسط قرن بیستم نشان داده بودند که ذرات نانومقیاس طلا و نقره، کوچک‌تر از طول موج نور، در ایجاد این تغییر رنگ منحصربه‌فرد نقش دارند. بااین‌حال، گروهی به سرپرستی لیزا هالندز، متخصص فنی شیشه و سرامیک در دانشگاه شفیلد، نخستین گروهی محسوب می‌شود که در دوران معاصر توانسته‌اند فرمولی عملی و تکرارپذیر برای دستیابی به این جلوه ارائه دهند.

هالندز در گفت‌وگو با گیزمودو درباره پذیرفتن این چالش گفت

من این چالش را پذیرفتم، با اینکه می‌دانستم ممکن است موفق نشوم؛ زیرا می‌دانستم قرار دادن نانوذرات آماده درون شیشه به این سادگی‌ها نیست.

او افزود این پروژه ابتدا به درخواست گروه فوتونیک دانشگاه و با هدف آشنایی عمومی با علم آغاز شد، اما به‌تدریج به یک پروژه پژوهشی کوچک با پیامدهای علمی جذاب تبدیل شد.

ناخالصی یا نبوغ هنری؟

به گفته موزه شیشه کورنینگ، جام‌های قفس‌مانند از کمیاب‌ترین نمونه‌های شیشه‌های تجملی روم باستان به شمار می‌روند. برای درک مهارت لازم در ساخت این آثار، نیازی نیست شیشه‌گر حرفه‌ای باشید؛ کافی است به ظرافت قفس تزئینی اطراف جام توجه کنید. بااین‌حال، جام لیکورگوس از این نظر نیز کمیاب‌تر است که طرح قفس آن به‌جای الگوهای هندسی، صحنه‌ای تصویری را به نمایش می‌گذارد؛ موضوعی که هالندز به آن اشاره کرده است.

بیشتر جام‌های قفس‌مانند شناخته‌شده دارای پوسته‌هایی با نقش‌های هندسی دایره‌ای هستند. اما جام لیکورگوس صحنه‌ای از شکنجه لیکورگوس، پادشاه تراکیه، به دست دیونیسوس، خدای یونانی، و همراهان او را به تصویر می‌کشد. هالندز توضیح داد که پژوهش‌های علمی پیشین با بررسی قطعات کوچک شیشه، شواهدی از وجود نانوذرات لایه‌ای طلا و نقره پیدا کرده بودند؛ ذراتی که نسبت تقریبی آن‌ها سه سهم طلا به هفت سهم نقره بود. بااین‌حال، در آن مطالعات ذرات منفرد طلا و نقره شناسایی نشده بودند.

او در ادامه گفت

بررسی‌ها نشان دادند که اندازه ذرات معمولاً بین ۵۰ تا ۸۰ نانومتر است. این ذرات هسته‌ای از نقره و پوسته‌ای از طلا دارند و مقداری مس نیز در ترکیب آن‌ها وجود دارد. با وجود مشخص‌شدن ویژگی‌های قطعات جام، تلاش‌های محدودی برای ذوب شیشه به روشی موفق و تکرارپذیر انجام شده بود؛ تلاش‌هایی که نتایجی مشابه خود جام به همراه داشته باشند.

ذرات کوچک با تأثیری بزرگ

این نانوذرات بسیار کوچک، نقشی اساسی در تغییر رنگ جام دارند. به گفته هالندز، نور بازتابیده از سطح شیشه به‌وسیله نانوذرات پراکنده می‌شود و شیشه به دلیل وجود آهن و بازتاب نور در جهت‌های مختلف، مات و سبزرنگ به نظر می‌رسد. او توضیح داد که هنگام عبور نور از درون شیشه، فرایند پیچیده‌تری اتفاق می‌افتد.

هالندز درباره این سازوکار گفت

از آنجا که نانوذرات بسیار کوچک‌تر از طول موج نور هستند، امواج نوری می‌توانند بر الکترون‌های لایه بیرونی اتم‌های تشکیل‌دهنده ذرات اثر بگذارند و باعث ارتعاش آن‌ها شوند.

او در ادامه توضیح داد

طول موج‌های مختلف، بسته به شکل، اندازه و ترکیب ذرات، بر این الکترون‌های بیرونی تأثیر می‌گذارند. برخی از این طول موج‌ها باعث تشدید ارتعاش الکترون‌ها می‌شوند و در نتیجه، رنگ متناظر با آن طول موج مسدود خواهد شد.

این سازوکار اساس ساخت نمونه بازسازی‌شده توسط گروه پژوهشی دانشگاه شفیلد را تشکیل می‌دهد. ذرات آلیاژی طلا و نقره در این شیشه، نور آبی و سبز را مسدود می‌کنند و اجازه می‌دهند نور قرمز و نارنجی از آن عبور کند. گروه هالندز به‌جای استفاده از مواد جایگزین امروزی، تلاش کرد مواد اولیه‌ای را شبیه‌سازی کند که صنعتگران روم باستان در قرن چهارم میلادی به آن‌ها دسترسی داشتند.

برای نمونه، ذوب شیشه که در حالت مذاب از نظر شیمیایی ماده‌ای بسیار پیچیده به شمار می‌رود، در کوره گازسوز نتایج بسیار بهتری نسبت به کوره‌های برقی به همراه داشت. البته گروه برای تولید نمونه‌ای با قابلیت ریخته‌گری، به دمایی بالاتر از آنچه رومیان می‌توانستند فراهم کنند نیاز داشت؛ اما به گفته هالندز، پژوهشگران با روش‌های خلاقانه توانستند اثر این تفاوت را تا حد زیادی جبران کنند.

هالندز درباره ویژگی چشمگیر فرمول جدید گفت

نکته شگفت‌انگیز این فرمول آن است که شیشه به‌طور طبیعی تغییر رنگ موردنظر را ایجاد می‌کند. برای دستیابی به این جلوه، نیازی به عملیات حرارتی پیچیده برای رشد بلورها تا اندازه مناسب نداریم؛ این بلورها صرفاً با انجام فرایند بازپخت و کاهش تنش‌های داخلی شیشه شکل می‌گیرند.

گروه هالندز با بودجه‌ای محدود و تنها طی چهار ماه به این نتیجه رسید. بااین‌حال، او معتقد بود محصول به‌دست‌آمده، با وجود کیفیت چشمگیرش، هنوز جای پیشرفت دارد. همین موضوع زمینه تولید شیشه کافی برای ساخت نمونه‌ای امروزی از جام لیکورگوس را فراهم کرد.

اگر از برنامه مسابقه شیشه‌گری نتفلیکس با نام Blown Away لذت می‌برید، احتمالاً از شنیدن این خبر خوشحال خواهید شد که الیوت واکر، برنده فصل دوم این برنامه، مسئولیت ساخت اثر هنری جدید را بر عهده گرفته است. این اثر برای نخستین بار در جشنواره ذهن دانشگاه شفیلد به نمایش درمی‌آید و پس از آن، به مجموعه دائمی موزه شیشه ترنر این دانشگاه خواهد پیوست.

هالندز درباره ادامه تحقیقات و امکان بهبود نتیجه نهایی گفت

من همچنان به پژوهش ادامه می‌دهم و امیدوارم با همکاری دانشمندان دیگر نقاط جهان، مشخص کنم تا چه اندازه به بازتولید دقیق رنگ اصلی نزدیک شده‌ام تا بتوانیم فرمول را بیش از پیش اصلاح کنیم. این پروژه نشان می‌دهد کارکنان فنی دانشگاه‌ها، اگر فرصت، زمان و حمایت کافی در اختیار داشته باشند، می‌توانند دستاوردهای شگفت‌انگیزی خلق کنند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.