قصة الفيزياء من الالكترون الى الكون

صباح ابراهيم

الحوار المتمدن-العدد: 6706 - 2020 / 10 / 17 - 01:42
المحور: الطب , والعلوم
    

فيزياء الكهرباء والمغناطيس
الكهرباء هي سيل من الالكترونات سالبة الشحنة موجودة على كيان صغير يتحرك في مدارات حول الذرة، فما هو الالكترون ، هل هو جسيم ام موجة ؟
لا يمكننا القول ان الالكترون هو موجة او جسيم ، يمكننا فقط ان نقول انه احيانا
بطريقة (يمكن التنبؤء بها ) يسلك وكأنه موجة ، ويسلك احيانا أخرى كأنه جسيم ذو كتلة وطاقة .
كوّن العلماء فكرة جديدة عن سلوك الالكترون وهي ان ( الالكترونات في الذرة تشكل سحابة بطرائق اكثر رهافة من ان تكون عن طريق جسيم بالغ الصغر يتواثب في احد المدارات الى اخر )
وهذا نموذج اكثر تعقيدا ، ينجح تماما عندما نريد ان نفسر كيف تنظم معا لتصنع جزيئات ، وهو بذلك نموذج يشكل الاساس لكل فهمنا الحديث للكيمياء.
بعتبر الالكترون احد اللبنات الاساسية لبناء المادة ، هو كيان اولي حقا لا يُصنع من اشياء اصغر .
يسلك الالكترون احيانا في بعض التجارب على انه تركيز من الكتلة والطاقة معا عند نقطة ما . الا انه في تجارب اخرى يسلك سلوك الموجة وليس الجسيم .
لهذا لا يمكن الجزم كليا بأنه موجة فقط او جسيم فقط .

الكهرومغناطيس وقوى الجاذبية
المغناطيسية والكهرباء وهما من قوى الطبيعة لهما ظاهريا خصائص مختلفة تُمارس في الحياة اليومية. الا ان الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل اكتشف على اساس ابحاث مايكل فرداي ، مجموعة من المعادلات تصف الكهرباء والمغناطيسية معا داخل اطار نموذج واحد . فهما وجهان مختلفان لنفس التفاعل ، اي وجهين لعملة واحدة ، ويمكن تحويل الكهرباء الى مغناطيس والعكس صحيح، ولهذا تم دمج الكهرباء والمغناطيسية في مصطلح واحد مشترك يدعي الكهرومغناطيس .

الجاذبية والمغناطيس
تبدو الجاذبية الارضية انها ضعيفة ، فهي تشد مسمارا الى الاسفل باتجاه مركز جاذبية الارض وتسحبه باتجاهها اذا ما ترك يسقط حراً، ولكن مغناطيسا صغيرا يستطيع جذب المسمار ضد جاذبية الارض ويرفعه الى الاعلى بعكس الاتجاه السابق .
على الرغم من ضعف الجاذبية ، الا ان تأثيرها يعمل على مدى مسافات بعيدة وبقوة ، فالارض التي لا تستطيع مقاومة جذب مغناطيس صغير لمسمار ضد جاذبيتها تستطيع ان تجذب القمر بكتلته الهائلة وعلى مسافة 240 الف كم ، وتبقيه اسيرا لجاذبيتها على مدى بلايين السنين ، فيا لعظمة الخالق وعظيم حكمته و روعة خلقه . وكذلك تؤثر الشمس بجاذبيتها على الاحتفاظ بكواكبها البعيدة وتبقيها مستقرة تدور في افلاك ثابتة بدقة شديدة حول مركز تاثير جاذبيتها.
والشمس نفسها تخضع لتاثير جاذبية المجرة مع مئات بلايين النجوم التي تشكل قرصا يبلغ عرضه تقريبا مائة الف سنة ضوئية ، يدور بانتظام حول مركز جاذبيته وتتماسك تلك النجوم والاجرام الكونية معا بفعل قوى الجاذبية .

التفاعلات الكهرومغناطيسية لها المدى الطويل نفسه لفعلها ، الا ان هناك اختلافا آخر بين التفاعلات الكهرومغناطيسية والجاذبية ، وهي تأتي في انواع مختلفة يلغي احدها الاخر . الشحنات الموجبة في نواة احدى الذرات تلغيها الشحنات السالبة بالالكترونات ، ولهذا تبدو الذرة متعادلة كهربائيا وكأنها بدون شحنة متميزة رغم وجود تلك الشحنات في نواة الذرة وفي الالكترونات حولها . وكذلك الاقطاب المغناطيسية الشمالية تكون دائما مصحوبة باقطاب مغناطيسية جنوبية ، وعلى الرغم من ان المجالات المغناطيسية للاجرام الكونية مثل الشمس والارض تمتد فعلا في الفضاء الى حد ما ، فإننا نجد بالمقاييس الكونية انه لا يوجد تأثير مغناطيسي عام يشد الاجرام معا الى حد التلاصق او يدفعها متباعدة كما تفعل قطع المغناطيس مع بعضها البعض بالجذب او التنافر .

هناك اختلاف بين قوى الجاذبية والمغناطيسية . فالجاذبية تشد الاجسام اليها طرديا حسب كتلتها وعكسيا حسب مربع المسافة بين مراكزها ( قانون الجذب العام لنيوتن) . الا ان الشحنات الكهربائية والاقطاب المغناطيسية تنجذب لبعضها البعض اذا اختلفت شحناتها السالبة والموجبة او قطبيتها المغناطيسية وتتنافر اذا تشابهت شحناتها الكهربائية او قطبيتها المغناطيسية .

الجاذبية تجذب كل شئ يقع ضمن مدى تاثيرها ، فالارض تجذب الغلاف الغازي للهواء بكل مكوناته وتحتفظ به حولها ، وتجذب المياه على سطحها في البحار والمحيطات والوديان والمنخفظات كما تجذب الصخور والانسان والنبات وكل ما هو على سطحها . أما تاثيرات الكهرباء والمغناطيس فلا تؤثر على كل شئ كالجاذبية ، فالمغناطيس يجذب معدن الحديد فقط ، ولايؤثر في المعادن والعناصرالاخرى كالنحاس والالمنيوم والخشب والقماش . ، والكهرباء يسري في الفضة، النحاس، الالمنيوم، الزئبق والحديد ، لكنه لايسري في الخشب ،الحجر ، القماش ، البلاستك والسيراميك . وقد استفاد العلماء من هذه الخاصية فصنعوا الاسلاك النحاسية والالمنيوم لتوليد ونقل الكهرباء وفي الاجهزة الكهربائية المختلفة ، بينما صنعوا من المواد التي لا تنقل الكهرباء كمواد عازلة لحماية الانسان من خطر الكهرباء والتماس الكهربائي .

فيزياء الذرة
تتكون العناصر الكيميائية من ذرات كاصغر وحدة بناء في المادة ، وكل ذرة تتألف من نواة تحوي بداخلها بروتونات ذات شحنات كهربائية موجبة ونيترونات متعادلة الشحنة وهما ذات ارتباط قوي للغاية ، تحيط بالنواة سحابة متحركة من الالكترونات تحمل شحنات سالبة .
ابسط انواع الذرات هي ذرة غازالهيدروجين ، فنواتها تتكون من بروتون موجب واحد يدور حولها الكترونان سالبان .
تحتوي نواة ذرة اليورانيوم على 92 بروتون موجب و146 نيترون متعادل ، وكل بروتون فيه مقدار من الشحنة الموجبة يساوي مقدار الشحنة السالبة في الكترون واحد . فالذرات المتعادلة كهربائيا يكون عدد البروتونات فيها مماثلا بالضبط لعدد الالكترونات .
سؤال يمكن ان نطرحه ، ان كانت الشحنات الكهربائية المتشابهة تتنافر مع بعضها البعض ، فلماذا لا تتنافر بروتونات النواة ذات الشحنات المتشابهة مع بعضها البعض وبذلك تتفكك النواة ؟
يفسر العلماء تلك الاحجية بوجود (قوى تفاعل جذب) بين البروتونات داخل النواة تتغلب على قوة التنافر الكهربائي وتبقي النواة متماسكة معا . هذا التفاعل التجاذبي اقوى من التفاعل الكهرومغناطيسي . وقد اصبح معروفا بأنه (التفاعل القوي او القوة القوية) ولا يمكن اكتشاف اي اثر في تاثيرات هذا التفاعل عند مسافة بعيدة عن النواة . ولابد له من فعل مؤثر لمسافة قصيرة يمتد عبر قطر النواة ولا يتعداه .
فلو تصورنا ان كرة ملتصق بها ما يزيد عن 240 بروتون ونيترون : سنجد ان البروتونات ذات الشحنات الموجبة المتشابهة على الجانبين المتقابلين للكرة ستضل تتنافر بقوة احدها عن الاخر بواسطة التفاعل الكهرومغناطيسي المعروف ، ولكنها ستكون منفصلة بمسافة اكبر من ان تشعر بقوة جذب التفاعل القوي والذي يكون اقوى من قوة التنافر الكهربائي للشحنات ويبقي البروتونات متماسكة ضمن النواة، اي قوة تفاعل التجاذب اقوى من قوى التنافر الكهربائي وهما موجودان بالحيز نفسه ، فسبحان من خلق وابدع .

المصدر
قصة الكون تأليف جون جريبين

#صباح_ابراهيم (هاشتاغ)      

---

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
حوار مع الكاتب البحريني هشام عقيل حول الفكر الماركسي والتحديات التي يواجهها اليوم، اجرت الحوار: سوزان امين	حوار مع الكاتبة السودانية شادية عبد المنعم حول الصراع المسلح في السودان وتاثيراته على حياة الجماهير، اجرت الحوار: بيان بدل

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل

كيفية إشراك-إيصال مواضيعكم أو مواضيع تهمكم  إلى اكبر عدد ممكن من القراء والقارئات