Share, , Google Plus, Pinterest,

Posted in:

ذرّة بقطر 20 كيلومتر

كيف يُقَدِّر العلماء عمر الصخور و الحفريات ؟
ما هو تفسير ظاهرة الشفق القطبي ؟
لماذا يبقى باطن الارض ساخناً ؟
لماذا يسبب التدخين سرطان الرئة ؟
الإجابة على كل هذه الأسئلة هي “الإشعاع النووي”.
بالتأكيد هذه الإجابة المختصرة لا تروي فضول عقلك، إذا أردت أن تعرف أكثر فعليك أن تنفق بضع دقائق من وقتك لنعود معاً إلى بداية القصة , قصة استكشاف الذرّة التي بدأت منذ أكثر من قرن ولم تنتهي حتى الان.
قبل عام 1909 كان تصور العلماء للذرّة بأنها كرة مصمتة من الشحنات الموجبة والسالبة….

1
في عام 1909 أجري العالم النيوزيلندي إرنست راذرفورد تجربته المشهورة و أستنتج منها:
99.9999% من حجم الذرّة فراغ .
تتركّز 99.9% من كتلة الذرّة في المركز وتحمل شحنة موجبة (النواه).
تدور إلكترونات سالبة الشحنة حول النواه.

2
القوة النووية

من المعروف أن الشحنات المتشابهة تتنافر والمختلفة تتجاذب, فلماذا لا تتنافر البروتونات الموجبة ؟ ما الذي يبقيها مجتمعة في النواة ؟
وجد العلماء أنه بالإضافة إلى قوة التنافر يوجد بين البروتونات والنيترونات قوة أخرى (قوة تجاذُب)، هذه القوة أكبر بكثير من القوة الكهربية ولكن مجال تأثيرها قصير جداً (2 فيمتومتر) أطلقو عليها “القوة النووية”.

3
تخيل أن معك نواتي هيدروجين ( بروتونين ) و تُريد أن تلصقهما معاً لتكوّن ذرة هيليوم, ستحتاج إلى ضغط كبير جداً لتتغلب على قوة التنافر ولكن بمجرد أن تصل المسافة بينهما إلى 2 فيمتومتر سيظهر تأثير القوة النووية وينجذب البروتونين و مثل أي جسمين ينجذبان ينتُج طاقة عند إصطدامهما , هذا بالضبط ما يحدث داخل النجوم و يسمى “الإندماج النووي” , درجة الحرارة والضغط الكبيرين داخل النجوم تضغط على ذرات الهيدروجين لتحولها إلي هيليوم وينتج من هذا التفاعل طاقة كبيرة في صورة فوتونات ( ضوء ) , وفي النجوم الكبيرة ينضغط الهيليوم لتنتج عناصر أكبر و هكذا كلما كان حجم النجم كبيراً تتكوّن داخله عناصر أكبر إلى أن نصل إلى عنصر الحديد، فذرّات الحديد لا يمكن أن تندمج داخل النجوم وتُنتَج العناصر الأصقل من الحديد في إنفجار سوبر نوفا (supernova), اثناء هذا الإنفجار تصل درجة الحرارة إلى أقصى قيمة لها في الكون وتتكون كل العناصر الصقيلة خلال ثواني.

4أماكن تواجد العناصر داخل النجوم

يتميز عنصر الحديد بأنه الأكثر إستقراراً بين العناصر, فالعناصر الأصغر من الحديد يكون إندماجها سهلاً نسبياً, والعناصر الأكبر من الحديد يكون إنقسامها سهلاً نسبياً ولكن إذا وصل عدد النيوترونات إلى 1057ستصبح الذرة مستقرة وهذا ما يسمى بالنجم النيوتروني الذي يبلغ قطره حوالي 20 كيلومتر وينتج من إنفجار سوبر نوفا
و قد يكون هذا تفسيراً للأية الكريمة (…. وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ … ) (الحديد: من الآية 25)

5رسم بياني يوضح إستقرار العناصر ويظهر الحديد في قمة المنحنى

بعض العناصر الصقيلة تكون غير مستقرة لدرجة أنها تتحلّل بحيث تُطلق النواة جسيمات ألفا ( α ) أو بيتا ( β ) أو جاما (γ ) و تسمى عناصر مشعّة مثل اليورانيوم و الراديوم
جسيم ألفا: عبارة عن نواة هيليوم ( بروتونين ), يتحول االعنصر التي يطلق جسيم الفا إلى عنصر يسبقه بخانتين في الجدول الدوري, و إذا تعرض أي عنصر إلى أشعّة ألفا فإن هذا العنصر يصبح مشعاً أيضاً
جسيم بيتا: في هذه الحالة يتحول نيوترون إلى بروتون وينطلق إلكترون (جسيم β) وإلكترون مضاد, يتحول العنصر الذي يطلق جسيم بيتا إلى العنصر الذي يليه في الجدول الدوري.
جاما: عبارة عن فوتون ( ضوء ) لا يتحول العنصر الذي يطلق جسيم جاما إلى عنصر أخر.
تستقبل الأرض عبر غلافها الجوي ملايين من هذه الجسيمات بعضها يأتي من الفضاء البعيد و يسمى الإشعاع الكوني ( cosmic ray ) وبعضها يأتي من الشمس و يسمي الإشعاع الشمسي ( solar ray ) يحجب المجال المغناطيسي للأرض الأشعاع الشمسي و يدفعه إلى القطبين الشمالي والجنوبي مكوناً ما يسمى بالشفق القطبي.

6

بعض الإشعاع الكوني يخترق الغلاف الجوي و يصل إلى سطح الأرض مسبباً أضراراً يمتص نبات التبغ المواد المشعّة ويسبب سرطان الرئة عند تدخينه في السجائر. يحتوي باطن الأرض علي مواد مشعّة كاليورانيوم المشع والبوتاسيوم المشع هذا ما يبقي الأرض ساخنة وهو سبب توهج الحمم البركانية.

7

ولكن للمواد المشعة فوائد أيضاً, يتحول غاز النيتروجين إلى كربون مشع بسبب الإشعاع الكوني و تمتص أجسام الكائنات الحية الكربون المشع ( لا يسبب أضراراً ) وتبقى نسبته في الجسم ثابتة (لأسباب غير معروفة) عندما يموت الكائن الحي تبدأ نسبة الكربون المشع في النقصان تبعاً للمعادلة التالية:
N (t) = N (0) e- t / τ
حيث τ هو فترة عمر العنصر المشع تختلف من عنصر إلى أخر, و N (t) هو عدد الذرّات المشعة بعد تر’ زمنية t و N (0) هو عدد الذرات عند بداية الفترة الزمنية.
وبأخذ عينة من الجسم يمكن تحديد الوقت الذي مات فيه الكائن الحي, بهذه الطريقة يحدد العلماء متى انقرضت الحيوانات كالديناصورات, و يمكن تحديد عمر الحضارات بأخذ عينة من أدوات هذه الحضارات المصنوعة من الخشب ومعرفة متى ماتت الشجرة التي أُخذ منها الخشب, بطريقة مشابهة يمكن تحديد عمر الصخور و بالتالي نحدد عمر الجبال أو عمر القمر.
يمكننا أيضاً بإستخدام المعادلة السابقة معرفة كتلة الذرة و عدد الذرات في مادة مشعة بأن نقيس كتلة المادة في بداية التجربة ثم نتركها فترة زمنية معينة حتى يقل عدد الذرات المشعة و يسهل عدّها و بالتعويض في المعادلة نحصل على عدد الذرات الذي بدأنا به و بقسمة الكتلة على هذا العدد يمكننا معرفة كتلة الذرة.
على الرغم من كل ما عرفه العلماء عن الذرّة لا تزال الذرة مليئة بالالغاز التي تنتظر إكتشافها

المصادر:

  • كتاب motionmountain الجزء الخامس
  • الفيلم الوثائقي the atom من إنتاج BBC
  • الهيئة العالمية للإعجاز العلمي
  • en.wikipedia.org
  • schoolphysics

Comments

comments

13 Comments

Leave a Reply
  1. مقال رائع جدا .. مثل هذه المقالات هي ما يثري المحتوى العربي :)

  2. المقال بدى لي وكأنه صفحة من كتاب فيزياء او انه تلخيص لعدة صفحات به بعض العناوين الرئيسية وبعض التفاصيل الصغيرة لا يعطي فهما واضحا
    اتمني لو كان اطول وأكثر تفسيرا
    مشكور علي المجهود أخي الكريم

  3. رحلة حلوة اوى و فكرة الموضوع جميلة جدا و هى طريقة الربط باشياء ليس لها علاقة ببعض إلا بعض الخيوط .. اتمنى لك التوفيق

  4. كلام رائع جدا
    لكن جملة ان نسبة نظائر الكربون تبقى ثابتة وان السبب غير معلوم خاطئة النسبة ثابتة والسبب معلوم
    بكل بساطة مصدر الكربون في الجسم هو من الاكل الذي نحصل عليه من الطبيعة حيث نسبة النظائر ثابته وبذلك نسبة الكربون لاتتغير طلما ان هناك تجديد وادخال طعام

  5. من أفضل المواضيع التى طرحت فى الموقع , بعيدا عن ما كنتم تعرضوه من فن التصوير بالماء والهواء والثلج والتصوير بالكهرباء .. موضوع فيزيائى جميل

  6. موضوع جيد ، لكن هناك ملاحظتان
    الأولى العناصر الثقيلة وليس الصقيلة ، الا اذا كنت تقصد مصطلحا علميا جديدا
    الملاحظة الثانية ماهي الذرة التي قطرها 20 كلم؟ لم توضح ذلك

    • شكراً لأهتمامك
      بالنسبة للملحوظة الاولى فهي خطأ غير مقصود
      بالنسبة للملحوظة الثانية فالمقصود من العنوان هو النجم النيتروني

  7. مقال مليئ بالمعلومات لكن اشك ان الاشخاص الدين ليس لديهم دراية بعلم الفيزياء سيفهمون الموضوع باكمله لانك لم تفسر بما فيه الكفاية , مع فائق الاحترام للجهد الدي بدلته .

  8. جداً رائع و ممتع ومثير للإهتمام
    لدي سؤال عما إذ كانت النباتات الآخرى تمتص الشعاع الكوني , أو أن هذا حصراً على نبات التبغ فقط ؟

  9. المقال جيد ومجهود تشكر عليه
    ولكن هناك بعض الأخطاء العلمية التي يجب التنويه إليها
    1- قلت (ومثل أي جسمين ينجذبان ينتُج طاقة عند إصطدامهما ) التصحيح و مثل أي جسمين يندمجان فينتُج عن ذلك طاقة … وليس عند إصطدامهما ,,
    2 – قلت ( وفي النجوم الكبيرة ينضغط الهيليوم لتنتج عناصر أكبر و هكذا كلما كان حجم النجم كبيراً تتكوّن داخله عناصر أكبر إلى أن نصل إلى عنصر الحديد، )
    التفاعل الإندماجي يعتمد أساسا علي درجة الحرارة فكلما كانت درجة الحرارة أعلي فاحتمال تكون العناصر الأثقل يكون كبيرا يكون كلامك صحيحا إذا كانت هناك علاقة طردية بين حجم النجم ودرجة الحرارة. … لا أدري
    3 – قلت ( ولكن إذا وصل عدد النيوترونات إلى 1057ستصبح الذرة مستقرة وهذا ما يسمى بالنجم النيوتروني ) … لاتعليق ماهي الذرة التي تحتوي علي 1057 نيوترون .
    4 – قلت ( جسيم بيتا: في هذه الحالة يتحول نيوترون إلى بروتون وينطلق إلكترون (جسيم β) وإلكترون مضاد) والتصحيح وينطلق إلكترون (جسيم β السالب) ومضاد النيوترينو
    5 – قلت ( جاما: عبارة عن فوتون ( ضوء )
    لكي لا يكون المعني ملتبسا الفوتون هو أشعة كهرو مغناطيسية طولها الموجي قصير جدا ولا يقع في منطقة الضوء المرئي فالفوتون ليس ضوء.
    6 – قلت ( يمتص نبات التبغ المواد المشعّة ويسبب سرطان الرئة عند تدخينه في السجائر )
    هذا صحيح أيضا ولكي لا يكون المعني ملتبسا فإن التبغ يمتص بعض العناصر الثقيلة المشعة من التربة
    7 قلت ( حتوي باطن الأرض علي مواد مشعّة كاليورانيوم المشع والبوتاسيوم المشع هذا ما يبقي الأرض ساخنة ) التصحيح ليس بسبب هذه المواد المشعة يكون باطن الأرض ساخنا – باطن الأرض ساخن لأن الأرض كلها انفصلت عن الشمس ( الساخنة جدا ) وبمرور ملايين السنين برد السطح الخارجي ما يسمي بالقشرة الأرضية وبقي باطنها ملتهبا وعنما تثور البراكين تخرج الحمم الملتهبة.
    8 – معادلة الإضمحلال المذكورة في الأس يوجد عمر النصف
    الذي هو الزمن اللازم لكي يضمحل عدد الأنوية النشطة إلي النصف
    هذه الملاحظات البسيطة لا تقلل من جهدك المشكور ومقالك الرائع
    لك تحياتي

اترك رد