קוואזי – משמעו 'דומה ל..', ולכן קוואזי-גביש (quasicrystal) משמעו 'דומה לגביש'.
גביש הוא חומר מוצק, לרוב פריך (חסר גמישות ושביר), שמבחינה מיקרוסקופית / מולקולארית מאופיין בסדר רב מאוד: הוא מורכב מיחידה בסיסית שחוזרת על עצמה שוב ושוב ושוב מיליארדי-מיליארדי פעמים באותו סדר, הדבר דומה למרצפות שמרצפות ריצפה, למשל, רק שהריצפה היא דו-מימדית (שטוחה), וגביש הוא תלת מימדי (אולי דימוי טוב יותר לגביש הוא קובייה ענקית שבנוייה מאותה אבן 'לגו'). קראו כאן עוד כיצד נוצרים גבישים?, וכדאי גם להציץ בהסבר על פולימורפיזם בקישורים שבתחתית התשובה.
אם נמשיך עם הדימויים שניתנו נוכל להבין מה זה קוואזי-גביש. נניח שיש ריצפה, שלא מרוצפת באותה מרצפה (או סדרת מרצפות) שחוזרת (או חוזרות) על עצמה שוב ושוב באותו סדר, אלא הריצוף מורכב מסדרה של מרצפות, שאיך שלא נסתכל עליהם לא נצליח לזהות מבנה שחוזר על עצמו שוב ושוב באותו סדר ובאותה הזזה. דוגמה לכך ניתן לראות בתמונה הבאה של ריצוף שכזה (מכונה ריצוף פנרוז, על שם המדען שהמציא אותו):
.svg_.png)
ריצוף קוואזי-מחזורי על שם פנרוז, באדיבות ויקיפדיה.
במבט כללי – הריצוף נראה מסודר וחוזר על עצמו (כמו גביש) אבל אם מתבוננים היטב ניתן לראות שאין בו שום איזור שחוזר על עצמו בדיוק בתזוזה מנקודה מסויימת למעלה או למטה או ימינה או שמאלה (מבחינה מתמטית אומרים כי אין סימטריה של תזוזה / העתקה במבנה). האיזורים מאוד דומים – אבל לעולם לא זהים (לפעמים הגובה משתנה טיפה, לפעמים יש אריח נוסף). כלומר יש לנו משהו דומה לגביש דו-מימדי, אבל לא באמת גביש (שמתאפיין בסדר מופתי ובסימטרייה מושלמת).
שימו לב שהמעויינים הכחולים בריצוף מסודרים בדר"כ כחמישיות (שיוצרות מחומש), ה'בעיה' היא שאי אפשר לרצף משטח שטוח במחומשים (זה מוכח מתמטית. אפשר לרצף במשולשים, מרובעים – כמו מחברת חשבון, או במשושים – כמו כוורת דבורים, אבל לא במחומשים). עקב כך מדי כמה צורות מחומשות צריך להכניס מעויין נוסף או להוריד מעויין כדי לשמור על שלמות הריצוף.
דרך אגב, בגן המדע שבמכון ויצמן אפשר למצוא פסיפס קיר ענקי של ריצוף פנרוז.
צילום של כוורת דבורים, בנוייה ממשושים היוצרים משטח מושלם, באדיבות ויקיפדיה.
בדימוי של הלגו – אפשר לומר שמבנה קוואזי גבישי הוא קובייה שלא בנוייה מאותה אבן לגו, אלא ממספר סוגים של אבני לגו שונות – ככה שאין בה סימטריה פנימית, אבל במבט כללי / ראשוני / גלובלי היא כן נראית גבישית (כמו קובייה שבנוייה מאותו אבן לגו).
עד שנת 1982 סברו בעולם המדעי – שבטבע אפשרי רק מבנים גבישיים מחזוריים בעלי סימטריה מושלמת (ולכן, לא יתכן למשל מבנה המסודר במחומשים), ואז גילה פרופ' דני שכטמן מהטכניון גבישים בעלי מבנה בסיסי מחומש, שאין בהם סימטריה מחזורית – כלומר קוואזי גבישים. כיוון ש(לצערינו) אי אפשר להתעלם מהאופי האנושי גם במחקר המדעי – שכטמן נתקל בקיתונות של לעג וזילזול כאשר ניסה לפרסם את תגליתו- ולמרות שלא נפל כל פגם בניסוייו רק כעבור שנתיים של ניסיונות רצופים הסכים עיתון מדעי לפרסם את תגליתו. היום נחשבת תגליתו של שכטמן לכזו ששינתה אפילו את ההגדרה המדעית של גביש (יש המכנים קוואזי-גבישים כגבישים קוואזי מחזוריים, כלומר עדיין מדובר בגביש לפי ההגדרה, רק שהוא לא מחזורי), ולמעשה שכטמן גילה תת מצב צבירה חדש (של המצב המוצק).
עדכון 5.10.2011 - על גילוי הגבישים הקוואזי-מחזוריים הוענק לפרופ' דן שכטמן פרס נובל לכימיה לשנת 2011. ברכות!
מאת: ד"ר אבי סאייג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
