الموجات فوق الصوتية في السائل تشبه رجّ زجاجة مشروب غازي بقوة: ترجّها فتظهر الفقاعات. لكن في العلم يُسمى هذا تجويفًا (cavitation)، والفقاعات هنا لا تطفو فحسب، بل تولد وتنمو وتنفجر بقوة هائلة.
على الحاسوب العملاق فوجاكو في اليابان، حاكى العلماء محيطًا كاملًا من مئة مليار ذرة — وكأن كل قطرة ماء في بركة صغيرة أصبحت ذرة منفردة. وجّهوا إلى هذا «المحيط» موجات فوق صوتية وراقبوا ما يحدث قرب مصدر الصوت. سابقًا، كانت المحاكاة تقتصر على بضع مئات الملايين من الذرات كحد أقصى — وكان ذلك كافيًا لرؤية فقاعة واحدة، لكن ليس حشدًا كاملًا.
اتضح أن الفقاعات تتجمع في عناقيد كبيرة قرب مصدر الصوت — مثل الرغوة المتجمعة عند صنبور الماء. هذه العناقيد تتفكك دوريًا إلى مجموعات صغيرة ثم تندمج من جديد. وتتكرر الدورة كلها بنفس إيقاع اهتزازات مصدر الصوت.
كما لاحظ العلماء أن اهتزازات الفقاعات أبطأ من سرعة الصوت نفسه — وهذا ما يُسمى التوافقيات الفرعية (subharmonics). هذا السلوك شوهد سابقًا في التجارب، لكن لم يكن بالإمكان تفسيره على المستوى الجزيئي. الآن أصبح واضحًا أنه مرتبط بكيفية تجمع الفقاعات وتفككها.
المثير للاهتمام أن الفقاعات نفسها لا تعيق مرور الصوت عبر السائل تقريبًا. أي أن التجويف قرب المصدر لا يؤثر كثيرًا على الخصائص الصوتية العامة. وهذا مهم عمليًا: مثلًا في أجهزة التنظيف بالموجات فوق الصوتية، أو في الأجهزة الطبية التي تستخدم الفقاعات لتفتيت حصى الكلى أو توصيل الأدوية.
مئة مليار ذرة — وكأنها مئة مليار كرة صغيرة تتحرك وفق قوانين الفيزياء. والآن يمكننا أن نرى كيف تولد من هذه الكرات رغوة تنظّف وتعالج وتفتّت.
فقاعات التجويف عند انفجارها قد تصل حرارتها إلى عدة آلاف من الدرجات — مثل سطح الشمس، لكن لجزء من الثانية فقط.
في رواية «سولاريس» لستانيسلاف ليم، يتصرف المحيط الواعي بشكل غير متوقع — تمامًا مثل مليارات الذرات في المحاكاة التي تبدأ فجأة في التجمع على شكل فقاعات.