החול יזכור: כך חומרים ‘זוכרים’ את עברם

צוות חוקרים בהובלת פיזיקאים מאוניברסיטת המדינה של פנסילבניה חשף תגלית מרתקת על האופן שבו חומרים מסוימים שומרים מידע על העבר שלהם, בניגוד לכל היגיון מתמטי. המחקר, שפורסם בשבוע שעבר בכתב העת Science Advances, עשוי להוביל לדרכים חדשות לאחסון מידע במערכות מכניות. נעזרנו ב-Claude כדי להבין את הקשר בין שם השיר העצוב שבכותרת לבין המציאות המדעית.

"זיכרון חומרי" הוא תופעה מוכרת – למשל, קמטים הנותרים בדף נייר לאחר שקומט ויושר מחדש. אולם החוקרים גילו סוג מיוחד של זיכרון, הנקרא "זיכרון נקודת-חזרה", הפועל באופן דומה למנעול צירופים. כפי שמסביר נתן קיים, פרופסור חבר לפיזיקה באוניברסיטה, "אותו מנגנון מתמטי בסיסי של יצירת ‘זיכרון’ יכול לתאר מערכות, החל ממגנוט של כונני מחשב ועד לנזק בסלע מוצק".

באופן מפתיע, החוקרים גילו שבתנאים מסוימים, חומרים יכולים לשמור ‘זיכרונות’ גם כאשר הכוח החיצוני פועל רק בכיוון אחד – תופעה שאמורה להיות בלתי אפשרית מבחינה מתמטית. "זה כמו לגלות שמנעול צירופים יכול לעבוד גם אם הדיסקית מסתובבת רק בכיוון אחד", מסביר קיים.

המפתח לתגלית טמון במה שהחוקרים מכנים "היסטֶרונים מתוסכלים" – אלמנטים במערכת שמתנגדים לשינויים זה בזה. טרוויס יאלוֹביץ, אחד החוקרים, משווה זאת לקש גמיש: "אם מותחים מעט את הקש ועוצרים – קפל אחד ייפתח, ופתיחתו מונעת מהאחרים להיפתח. השינוי באחד מפחית את המתח במערכת כולה".

המחקר מצא שזוג אחד בלבד של היסטרונים מתוסכלים מספיק כדי ליצור רצף מקודד, בתנאי שתנאים מסוימים אחרים מתקיימים. לדברי קיים, "למרות שקשה למצוא זוגות כאלה בחומרים אמיתיים, כשהם קיימים, הם בולטים מאוד".

תכונה מעניינת במיוחד של ‘זיכרון’ זה היא שהוא מבטיח לשמור הן את העיוות הגדול ביותר והן את העיוות האחרון שהתרחש. דבר זה פותח אפשרויות רבות – מאימות היסטוריה ספציפית ועד לשחזור מידע דיאגנוסטי או פורנזי על העבר.

החוקרים מאמינים שלמסקנותיהן יכולים להיות יישומים מבטיחים, כמו פיתוח מערכות מכניות חדשות לאחסון מידע – החל ממנעולי צירופים חדשניים ועד למחשוב מכני. "יש עניין גובר במערכות מכניות שיכולות לחוש את סביבתן, לבצע חישובים ולהגיב או להסתגל בלי להשתמש בחשמל", אומר קיים. "הבנה טובה יותר של ‘זיכרון חומרי’ מרחיבה את האפשרויות הללו".