Oktoba 12, 1999: Siku Mwana wa Damanhur Alivyoona Atomi Zikitembea — Ahmed Zewail na Kemia ya Femtosekunde

Katika sherehe ndogo ya siku ya kuzaliwa nyumbani Misri, taa huzimwa na mishumaa huwashwa, kisha mmoja wetu huinua simu yake kunasa wakati ule wa pumzi ya kwanza inayozima mshumaa. Unabonyeza kitufe, kisha unatazama picha na kuikuta "imetetemeka": shavu la mtoto ni doa la mwanga, na mshumaa ni uzi wa moshi uliojinyoosha. Unajiambia kuwa kamera ilikuwa polepole, na kwamba wakati huo ulikuwa mwepesi kuliko uwezo wa kamera kuunasa. Wazo hilo la kupita tu, ambalo halitakukalisha zaidi ya sekunde mbili, ndilo hasa swali lililowatatanisha wanakemia kwa karne nzima: unawezaje kupiga picha ya kitu kinachotembea kwa kasi zaidi ya lenzi yako?

Na kila kitu kinachokuzunguka, ukikitazama kwa makini, ni miitikio ya kemikali: kijiti cha kiberiti kinapowaka, unga unapochachuka chini ya kitambaa jikoni, jani la mti linapotengeneza chakula chake kutokana na mwanga wa jua, na dawa inapofungua fundo la maumivu mwilini mwako. Sayansi ilijua mwanzo wa hadithi na mwisho wake: viambato vinavyoingia, mazao yanayotoka, na joto linaloweza kupimwa. Lakini kile kinachotokea katikati — wakati ule ambapo kifungo kati ya atomi mbili kinalegea kabla ya kukatika kabisa — kilikuwa mlango uliofungwa: tuliuona mlango ukiwa umefungwa kisha tukauona ukiwa wazi, lakini hatukuuona mkono uliokuwa ukiugeuza.

Wanakemia waliipa hali ile ya muda mfupi — ambayo si dutu ya awali wala zao la mwisho — jina la "hali ya mpito" (transition state). Kwa miongo mingi ilibaki kuwa dhana ya kinadharia ambayo athari zake zilihesabika lakini haikuonekana, kama alama ya mguu kwenye mchanga inayokuonyesha kuwa mtu amepita bila wewe kumwona. Kisha ikafika tarehe 12 Oktoba 1999, wakati Chuo cha Kifalme cha Sayansi cha Uswidi kilipotangaza kumpa mwanasayansi Mmisri, Ahmed Zewail, Tuzo ya Nobel ya Kemia. Taarifa rasmi iliyochapishwa kwenye tovuti ya tuzo hiyo ilieleza kuwa alipewa tuzo hiyo "kwa tafiti zake za hali za mpito za miitikio ya kemikali kwa kutumia spektroskopia ya femtosekunde." Taarifa ya Taasisi ya Teknolojia ya California (Caltech) siku hiyo, ikinukuu sababu zilizotolewa na Chuo hicho, ilisema kazi hiyo ilithibitisha kuwa, kwa kutumia teknolojia ya leza yenye kasi kubwa mno, inawezekana kuona jinsi atomi zinavyotembea ndani ya molekuli wakati wa mwitikio, na kwamba miitikio hiyo hutokea kwa sehemu ya sekunde moja iliyogawanywa kwa milioni bilioni moja.

Na msemo "sehemu ya sekunde iliyogawanywa kwa milioni bilioni moja" hupita sikioni bila maana yoyote, hivyo tuutafsiri kwa lugha tunayoifahamu. Femtosekunde ni sehemu moja ya milioni bilioni za sekunde moja; uwiano wake kwa sekunde moja unakaribiana na uwiano wa sekunde moja kwa takribani miaka milioni thelathini na mbili. Hata mwanga wenyewe, kitu chenye kasi zaidi ulimwenguni, husafiri umbali wa theluthi moja tu ya mikromita katika femtosekunde moja — umbali mdogo zaidi ya unene wa unywele mara mia kadhaa. Na ni katika kipindi hicho hicho cha muda ndipo atomi ndani ya molekuli hutetemeka; mtetemo mmoja huchukua kati ya femtosekunde kumi hadi mia moja. Hii ina maana kwamba "kamera" yoyote inayofuatilia mwitikio huo lazima iwe na kasi zaidi ya mtetemo wenyewe, la sivyo picha itatoka ikiwa imetetemeka kama ile picha ya mshumaa.

Wazo lililojenga kemia ya femtosekunde ni zuri kiasi kwamba linaweza kuelezwa kwa mwanafunzi wa sekondari. Mpigo wa leza mfupi mno hugawanywa katika mipigo miwili: wa kwanza hufika kwenye molekuli na kuipa nishati inayoanzisha hadithi hiyo, hivyo kubainisha kwa usahihi wakati wa sifuri. Wa pili hutumwa nyuma yake baada ya uchelewesho uliohesabiwa — na uchelewesho huu haudhibitiwi na mzunguko wowote wa kielektroniki, kwani hakuna kipima-muda cha kielektroniki kinachoweza kugawa muda kwa udogo huo — bali kwa kuongeza urefu wa njia inayopitiwa na mwanga kwa mikromita chache tu, hivyo umbali wa ziada ndio unaowakilisha muda wa ziada. Mpigo wa pili husoma hali ya molekuli katika wakati huo. Kisha jaribio hurudiwa mara kadhaa kwa uchelewesho tofauti, na visomo hivyo hukusanyika kama vile picha za video zinavyokusanyika, na kutoka picha hizo ndipo filamu hutengenezwa.

Kwa uaminifu, ni vyema tuseme kile ambacho hakikutokea: hakuna aliyeketi mbele ya lenzi na kuona atomi kwa jicho lake mwenyewe kama tunavyoona uso kwenye kioo. Kilichorekodiwa ni alama ya mwanga uliofyonzwa au kutolewa na molekuli katika kila wakati, alama ambayo hubadilika kadri mpangilio wa atomi na umbali kati yao unavyobadilika, na kutoka alama hizo zinazofuatana ndipo picha ya mwendo hujengwa upya. Hivyo neno "kamera" hapa ni mfano wa kweli kwa matokeo yake, si maelezo halisi ya lenzi na filamu; tunasisitiza tofauti hii kwa sababu kurahisisha sayansi haipaswi kugeuka kuwa madai makubwa zaidi ya yale ambayo wanasayansi hao walifanya kweli.

Umuhimu wa jambo hili ni kwamba kemia haikuwa tena sayansi ya kukisia kutoka "kabla" na "baada." Njia yenyewe — si ncha zake mbili tu — ikawa inayoweza kupimwa, na hali ya mpito, ambayo hapo awali ilikuwa dhana tu, ikawa kitu unachoweza kukiuliza na kikakujibu. Kutokana na hilo lilizaliwa fani nzima iitwayo "kemia ya femtosekunde": jinsi kifungo kinavyovunjika, kwa nini mwitikio unafuata njia moja badala ya nyingine, na wapi hasa kichocheo (catalyst) huingilia kati. Yeyote anayeelewa wakati huo wa maamuzi katika njia hiyo, kimsingi, anaweza kuuongoza — na hicho ndicho kiini cha kile ambacho watafiti wa uchocheaji, nishati na madawa wamekuwa wakikifanyia kazi tangu wakati huo.

Mtu aliyefanya kazi hii alizaliwa tarehe 26 Februari 1946 mjini Damanhur, na alikulia Desouk. Alihitimu kwa sifa za heshima kutoka Kitivo cha Sayansi cha Chuo Kikuu cha Alexandria, na akakamilisha shahada ya uzamili humohumo katika spektroskopia — yaani, usomaji wa mwanga unaotolewa na dutu — kisha akasafiri kwenda kupata shahada ya uzamivu kutoka Chuo Kikuu cha Pennsylvania mwaka 1974. Miaka miwili baadaye, akiwa mshirika wa kampuni ya IBM katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley, alijiunga na kitengo cha ualimu cha Caltech mwaka 1976, ambapo alishikilia Kiti cha Linus Pauling katika Fizikia ya Kemikali. Mnamo Novemba 2009, alichaguliwa kuwa mmoja wa kundi la kwanza la Wajumbe wa Kisayansi wa Marekani (US Science Envoys) — wanasayansi watatu waliotangazwa majina yao pamoja — na wigo wa kazi ya kundi hilo ulijumuisha Afrika Kaskazini, Mashariki ya Kati, na Kusini na Kusini-Mashariki mwa Asia.

Kwa yeyote anayesoma wasifu huu akitafuta muujiza, hakuna muujiza ndani yake. Kilichomo ni shule ya serikali katika mji mdogo, kitivo cha sayansi katika chuo kikuu cha Misri, na kile ambacho mwanafunzi yeyote popote anahitaji: mwalimu anayemzingatia, na miaka mingi ya uvumilivu kwenye kifaa kisichotoa matokeo kwenye jaribio la kwanza. Ahmed Zewail alikuwa Mmisri wa tatu kushinda Tuzo ya Nobel, baada ya Rais Anwar Sadat katika tuzo ya Amani mwaka 1978 na mwandishi Naguib Mahfouz katika tuzo ya Fasihi mwaka 1988, naye alikuwa wa kwanza katika fani za sayansi. Kwa ufahamu wetu, na hadi wakati wa kuandika makala haya, bado ndiye Mmisri pekee aliyewahi kushinda Tuzo ya Nobel katika mojawapo ya sayansi asilia.

Kisha ikafika hatua ambayo Wamisri wanaifahamu zaidi kuliko leza yenyewe: Mji wa Zewail wa Sayansi na Teknolojia (Zewail City of Science and Technology). Ulianzishwa kwa Sheria Na. 161 ya mwaka 2012, iliyotolewa mwezi Desemba wa mwaka huohuo, ambayo wakati huo ilielezwa kuwa taasisi huru ya utafiti wa kisayansi yenye hadhi ya kisheria ya umma, isiyo ya kutafuta faida, na ikaupa makao yake katika Sheikh Zayed, mji wa 6th of October, mkoa wa Giza. Kwa mujibu wa sheria ya 2012, mji huo ulijumuisha chuo kikuu cha sayansi na teknolojia, taasisi za utafiti katika nyanja kama nishati, tiba, malighafi, mazingira, anga, teknolojia ya nano na mifumo ya taarifa, na kituo cha kuhamisha matokeo ya utafiti kwenda kwenye matumizi halisi, ambacho wakati huo kiliitwa "Piramidi ya Teknolojia." Sheria hiyo iliuweka mji huo chini ya usimamizi wa Taasisi Kuu ya Ukaguzi wa Hesabu za Umma (Central Auditing Organization), na kusamehe ziada zake na mapato ya shughuli zake za kawaida kutokana na kodi na ada.

Kisha ikatolewa Amri yenye Nguvu ya Sheria Na. 166 ya mwaka 2019, iliyorekebisha sheria ya kuanzisha mji huo, tarehe 22 Desemba 2019, kuanza kutumika siku moja baada ya kuchapishwa kwake katika Gazeti Rasmi. Marekebisho hayo yalifuta maneno "Mradi wa Kitaifa wa Misri wa Mwamko wa Kisayansi" kutoka kichwa cha sheria, na kuongeza neno "Ubunifu" kwenye jina la mji huo, hivyo ukawa "Mji wa Zewail wa Sayansi, Teknolojia na Ubunifu." Pia yaliweka makao makuu rasmi ya mji huo kuwa mji wa 6th of October, mkoa wa Giza, na kubadilisha jina la kituo cha kuhamisha teknolojia kutoka "Piramidi ya Teknolojia" kwenda "Bonde la Sayansi na Teknolojia" — jina ambalo bado linaonekana leo kwenye tovuti ya mji huo wenyewe. Vilevile, marekebisho hayo yalibadilisha vifungu vya Ibara ya Kwanza hadi ya Saba, hivyo mji huo ukapata bodi ya wadhamini inayoongozwa na Waziri mwenye dhamana ya elimu ya juu, ikijumuisha wanasayansi kumi mashuhuri na watu watano mashuhuri wa umma, pamoja na bodi ya wakurugenzi inayoundwa kwa uamuzi wa Waziri Mkuu na kuongozwa na Afisa Mtendaji Mkuu wa mji huo, ambaye huteuliwa kwa uamuzi wa Waziri Mkuu kwa muda wa miaka minne unaoweza kuongezwa mara moja.

Tunataja marekebisho haya kama tukio la kisheria tu, wala si zaidi ya hapo; kutathmini mwenendo wa mji huo ni jambo linalohitaji takwimu na ripoti zilizochapishwa, na hadi wakati wa kuandika makala haya hatuna takwimu zilizohakikiwa kuhusu idadi ya wanafunzi wake, wahitimu wake na tafiti zake za kumwekea msomaji, hivyo tunajitosheleza hapa na yale yanayosemwa na sheria bila kuongeza zaidi. Kilicho muhimu kwetu ni kwamba wazo la "mji wa utafiti wa kisayansi" sasa lina msingi wa kisheria nchini Misri wenye namba na mwaka, ambao raia yeyote anaweza kuurejea na kuusoma, na baadaye kuuliza — kwa haki yake mwenyewe, si kwa hisani ya mtu yeyote — kuhusu kile kilichotimizwa kutokana nao.

Ahmed Zewail alifariki dunia tarehe 2 Agosti 2016 akiwa na umri wa miaka sabini. Kila tarehe 12 Oktoba, kumbukumbu ya tangazo la Uswidi hurejea, na pamoja nayo swali zito zaidi kuliko sherehe: tunafanya nini na urithi wa mtu ambaye alifanya kazi yake kuwa kutazama wakati ambao hakuna anayeuona? Jibu, kwa mtazamo wetu, halianzii na bajeti wala majengo, bali huanzia kwenye maabara ya shule ambayo bomba lake la maji linafanya kazi, kwenye mwalimu anayemruhusu mwanafunzi wake kukosea jaribio mara mbili, na kwenye familia isiyomwona mwanawe kuwa "amepoteza miaka miwili" kwa sababu tu alirudia kipimo ambacho hakuridhika na matokeo yake.

Hivyo basi, unapoirejea ile picha ya mshumaa iliyotetemeka kwenye simu yako, kumbuka kuwa uko mbele ya swali lilelile lililomshughulisha mwanasayansi kutoka Damanhur kwa nusu karne: kwamba kile kinachoonekana kwetu kama wakati mmoja ni, kwa hakika, hadithi yenye mwanzo, katikati na mwisho, na kwamba hatuioni si kwa sababu hadithi hiyo ni polepole, bali kwa sababu macho yetu ndiyo yaliyo polepole. Mwonyeshe mtoto wako picha hiyo, na umwambie kwamba mwanamume Mmisri alitengeneza njia ya kutazama kitu chenye kasi zaidi ya hicho kwa mabilioni ya mara, na kwamba alianzia darasa linalofanana na lake.