كيف تتنبأ بمادة مستقرة دون تجارب ✛ ✦
إن البحث عن مادة جديدة يشبه تكوين فريق مثالي: عليك أن تتوقع أي ذرات المعادن ستتوافق معًا وتتحمل الحرارة. في السابق، كان ذلك يستغرق سنوات من التخمين. أما الآن، فقد استخدم علماء من فرنسا واليابان التعلم الآلي والمحاكاة الحاسوبية وفقًا لقوانين الفيزياء الكمومية وأصبحوا يتنبؤون باستقرار الخلائط في ثوانٍ.
السر يكمن في الإنتروبيا — مقياس الفوضى في البلورة. كان لودفيغ بولتزمان أول من أدرك أن الطبيعة تحب الفوضى، وفي خلائط المعادن مع الأكسجين، تساعد هذه الفوضى الذرات على التماسك معًا — تمامًا كما يضيف تنوع المواهب قوة للفريق. تم تدريب الشبكة العصبية على خمسمائة مثال ناجح (تضمنت الحديد والنحاس والزنك)، وقامت بفحص جميع الـ 4368 توليفة خماسية ممكنة. كان الخطأ ضئيلاً للغاية — مثل قطرة في محيط. والأهم: لم يقتصر الحاسوب على تأكيد التوليفات المستقرة المعروفة، بل اكتشف ثلاث توليفات جديدة تم تصنيعها بنجاح في المختبر على الفور.
والآن، يتم تصميم مواد البطاريات والإلكترونيات بشكل هادف. المفتاح هو التوازن بين الفوضى والألفة الكيميائية: قدرة المعادن على مشاركة الإلكترونات وأحجام الذرات. تمامًا كما في الفريق الجيد، حيث تكون الحداثة والتوافق مهمين.
لو قررت فحص جميع الـ 4368 توليفة ممكنة يدويًا، بمعدل أسبوع لكل توليفة، لاحتاج الأمر إلى نحو 84 عامًا من العمل المتواصل. بينما تنجز الشبكة العصبية ذلك في جزء من الثانية.