بنفش چینی : راز رنگ ۲۸۰۰ ساله توسط فیزیکدانان کوانتومی حل شد

بنفش چینی ، رنگدانه‌ای مصنوعی که بیش از 2500 سال پیش توسط چینی‌ها ایجاد شد و در آثار هنری باستانی مانند نقاشی‌های دیواری، جنگجویان معروف سفالی، سرامیک، ظروف فلزی و جواهرات استفاده می‌شد.

مجله اینترنتی باستان شناس : ایجاد رنگ هان بنفش یک شگفتی تکنولوژیکی بود که شامل فرآیند پیچیده آسیاب کردن مواد خام با نسبت های دقیق و حرارت دادن آن در دمای بالا بود. این فرآیند به قدری پیچیده بود که ترکیب آن تا سال 1992 که شیمیدانان سرانجام توانستند آن را شناسایی کنند، یک راز باقی ماند.

با این حال، کشف خواص هان بنفش به همین جا ختم نشد. تحقیقات انجام شده از آن زمان تا کنون قابلیت های باورنکردنی این رنگدانه را آشکار کرده است. به عنوان مثال، این قابلیت را دارد که پرتوهای قدرتمند نور را در محدوده نزدیک به فروسرخ ساطع کند. علاوه بر این، در شرایط مناسب، بنفش هان می‌تواند از سه بعد به دو بعد فرو بریزد و ویژگی‌های منحصر به فرد و جذاب خود را به نمایش بگذارد.

ظهور و سقوط هان بنفش

تولید هان چینی که به ارغوانی چینی نیز معروف است، به 800 سال قبل از میلاد برمی گردد. با این حال، سوابق تاریخی نشان می دهد که تا زمان سلسله های کین و هان (221 قبل از میلاد تا 220 پس از میلاد) به طور گسترده در هنر مورد استفاده قرار نگرفت. در طول این زمان، بنفش هان برای خلق جنگجویان سفالی و همچنین سرامیک ها و مصنوعات مختلف دیگر بسیار معروف بود.

” قبل از قرن نوزدهم , زمانی که روش‌های تولید مدرن رنگدانه‌های مصنوعی رایج شد , تنها رنگ‌های ارغوانی بسیار گران‌قیمت وجود داشتند , چند ماده معدنی غیر معمول بنفش و مخلوط قرمز و آبی , اما هیچ رنگدانه بنفش واقعی در چند سال گذشته وجود نداشت . ” پاتل در باستان‌شناسی .
به یک دلیل نامعلوم , ” هان بنفش ” بعد از ۲۲۰ بعد از میلاد به طور کامل ناپدید شد و بعد از پایان سلسله (چین ) و (هان ) به پایان رسید . در دهه 1990 بود که شیمیدانان مدرن دوباره این رنگدانه را کشف کردند و کنجکاوی در مورد اهمیت تاریخی و علمی آن را دوباره برانگیختند.

کاوش در شیمی رنگهای باستانی : هان بنفش و ریشه های مصنوعی آن

رنگ‌های طبیعی، مانند ارغوانی تیرین (از حدود 1500 قبل از میلاد)، ترکیبات آلی هستند و معمولاً از گیاهان یا حیوانات مانند حلزون مورکس ساخته می‌شوند. اما بنفش هان یک رنگدانه مصنوعی ساخته شده از مواد معدنی بود. این تمایز نشان دهنده انحراف قابل توجهی در روش های تولید رنگدانه در دوران باستان بود.

تنها دو رنگدانه دیگر ، آبی یا بنفش ساخته دست بشر در دنیای باستان وجود داشته اند. اینها شامل آبی مایا (از حدود 800 پس از میلاد)، ساخته شده از مخلوط گرم شده نیلی و خاک رس سفید، و آبی مصری است که از 3600 قبل از میلاد تا پایان امپراتوری روم در سراسر مدیترانه و خاورمیانه استفاده می شد.

دانشمند الیزابت فیتز هیو، مسئول حفاظت و مرمت در موسسه اسمیتسونیان ، اولین کسی بود که ترکیب مصنوعی پیچیده ای را که هان ارغوانی را می سازد، شناسایی کرد. این سیلیکات مس باریم است، ترکیبی که با آبی مصری تنها در روش استفاده از باریم به جای کلسیم متفاوت است.

شباهت بین رنگ هان ارغوانی (بنفش) و آبی مصری باعث شد برخی از محققان اولیه به این نتیجه برسند که چینی ها ممکن است ساختن رنگدانه را از مصری ها آموخته باشند. با این حال، این نظریه تا حد زیادی نادیده گرفته شده است، زیرا آبی مصری در محدوده ای بیشتر از شرق ایران یافت نشد.

پاتل می‌نویسد: «هیچ دلیل روشنی وجود ندارد که اگر چینی‌ها، فرمول مصری را یاد می‌گرفتند، کلسیم را با باریم جایگزین می‌کردند، که نیاز به افزایش دمای پخت تا 100 درجه یا بیشتر دارد.»

بنابراین چگونه چینی ها دقیقاً به فرمول پیچیده ساخت هان بنفش دست یافته اند که شامل ترکیب سیلیس (ماسه) با مس و باریم در نسبت های دقیق و حرارت دادن به حدود 850 تا 1000 درجه سانتیگراد بود؟ تیمی از فیزیکدانان استنفورد مقاله ای را در مجله علوم باستان شناسی منتشر کردند و پاسخی برای این پرسش یافته اند.

به گفته فیزیکدانان استنفورد، هان بنفش محصول جانبی فرآیند شیشه‌سازی بود، زیرا هم شیشه و هم رنگدانه بنفش حاوی سیلیس و باریم هستند. Gizmodo هنگام بحث در مورد این کار ادعا کرد: “باریم شیشه را براق تر و کدرتر می کند، به این معنی که این رنگدانه می تواند کار کیمیاگران اولیه باشد که سعی در ساخت یشم سفید داشتند .”

خواص فلورسنت هان بنفش / هان بنفش و فروپاشی ابعاد

از زمانی که ترکیب آن برای اولین بار کشف شد، دانشمندان به بررسی این رنگدانه منحصر به فرد ادامه دادند. محققان موزه بریتانیا کشف کردند که وقتی هان ارغوانی در معرض یک چراغ قوه LED ساده قرار می گیرد، پرتوهای قدرتمندی از نور در محدوده نزدیک به فروسرخ ساطع می کند.

بر اساس مطالعه آنها که در مجله Analytical and Bioanalytical Chemistry منتشر شده است، رنگدانه های بنفش هان در شرایط مناسب با وضوح شگفت انگیزی ظاهر می شوند. این بدان معناست که حتی ردپای کم رنگی که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست، با حسگرهای مادون قرمز قابل مشاهده است.

خواص فلورسنت هان بنفش تنها شگفتی نبود. فیزیکدانان کوانتومی از استنفورد، آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و موسسه فیزیک حالت جامد (دانشگاه توکیو) گزارش دادند که وقتی این رنگدانه باستانی در معرض سرمای شدید و میدان مغناطیسی بالا قرار می گیرد، ساختار شیمیایی رنگدانه وارد حالت جدیدی به نام نقطه بحرانی کوانتومی می شود .نقطه بحرانی کوانتومی در نمودار فاز از یک ماده جایست که در آن گذار فاز پیوسته در صفر مطلق اتفاق می‌افتد.

ایان فیشر، استادیار فیزیک کاربردی در استنفورد در گزارش استنفورد گفت: «ما برای اولین بار نشان دادیم که رفتار جمعی در یک ماده سه بعدی حجیم می تواند در واقع فقط در دو بعد رخ دهد. ابعاد پایین یک عنصر کلیدی در بسیاری از نظریه‌های عجیب و غریب است که مدعی هستند پدیده‌های مختلف ناشناخته، از جمله ابررسانایی در دمای بالا را توضیح می‌دهند، اما تاکنون نمونه‌های واضحی از «کاهش بعدی» در مواد واقعی وجود نداشته است.»

دانشمندان پیشنهاد کرده اند که اثر منحصر به فرد مشاهده شده در سیلیکات مس باریم نتیجه چیدمان اجزای آن است که شبیه لایه هایی از کاشی است که به طور مرتب روی هم چیده نمی شوند. کاشی های هر لایه اندکی با لایه زیر هماهنگ نیستند و به طور بالقوه باعث ناامیدی موج می شوند و آن را مجبور به دو بعدی شدن می کنند. این کشف می‌تواند بینش‌های ارزشمندی در مورد خواص ضروری مواد جدید، از جمله ابررساناهای غیرمتعارف‌تر، ارائه دهد.

فیشر توضیح داد: “هان بنفش در ابتدا بیش از 2500 سال پیش ساخته شد، اما اخیراً ما رفتار مغناطیسی عجیب و غریبی را که این رنگ نشان می دهد، کشف کرده ایم.” “این کشف این سوال را مطرح می کند که چه مواد دیگری ممکن است وجود داشته باشد که ما باید آنها را کشف کنیم.”