وبسایت منتشر کننده: سایت علمی بیگ بنگ
نوشته: راجر بارلو/ استاد دانشگاه هادرزفیلد- محقق و مدیر مؤسسه بین‌المللی برنامه‌های شتاب‌دهنده
مترجم: رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: thecoversation.com
بیگ بنگ: جان دالتونِ شیمیدان، نظریهای بر این مضمون ارائه کرد که تمام مواد و اشیاء از ذراتی به نام اتم ساخته شدهاند و این نظریه حتی تا بعد از دو قرن، توسط جامعه علمی مورد قبول میباشد. اتمها از هستهای بسیار کوچک و الکترونهایی به مراتب کوچکتر تشکیل شدهاند که این الکترونها با فاصلهای زیاد به دور هسته در حال گردشاند.
به گزارش بیگ بنگ، میزی را تصور کنید که میلیاردها بار بزرگتر از اندازۀ معمولی خود است؛ در این حالت اتمهای این میز به اندازه هندوانه خواهند بود. اما با این وجود، هسته واقع در مرکز و الکترونهای در حال گردش به دور آن، هنوز قابل مشاهده نخواهند بود. پس چرا هنوز انگشتان ما و حتی نوری از میان فواصل موجود در این اتم ها عبور نمیکند؟
برای فهمیدن آن، ما باید به الکترونها توجه کنیم. متأسفانه بیشتر آنچه که ما در مدارس آموختهایم بسیار برای ما سادهسازی شدهاند. بر خلاف آنچه که ممکن است در مدارس به شما آموخته باشند، در واقع حرکت الکترونها به دور هسته اتم، به شکل حرکت زمین به دور خورشید نیست. به جای آن، الکترونها را مانند دستهای از زنبورها یا پرندگان تصور کنید که حرکت جداگانه این موجودات قابل مشاهده نمیباشد اما با این وجود شما حرکت کلی آنها را در دسته، مشاهده میکنید.
الکترونها می رقصند!
در حقیقت، الکترونها میرقصند. کلمۀ بهتری برای توصیف آن وجود ندارد. اما الگوی این رقص تصادفی نیست. بلکه چیزی شبیه به سالن رقص که در آن الگوی مشخصی برای حرکت زوجین وجود دارد و این الگو با معادلهای به نام معادله شرودینگر مشخص شده است. این الگوها انواع مختلفی دارند. برخی از آنها کند و ملایم مانند حرکات رقص والتز و برخی از آنها سریع و پرانرژی مانند حرکات رقص چارلستون میباشند.
هر الکترون الگوی خاص به خود را دنبال میکند اما گاهی اوقات این الگو تغییر پیدا میکند و این تغییر زمانی اتفاق میافتد که الکترونی دیگر در حال استفاده از الگوی حرکتی جدید مورد نظر نباشد. هیچ دو الکترونی در یک اتم از الگوی حرکتی یکسانی تابعیت نمیکنند. این قانون با نام اصل طرد پاولی شناخته میشود. با اینکه الکترونها هیچ وقت خسته نمیشوند، تغییر الگوی حرکت به یکی از انواع سریعتر آن، مصرف انرژی را به دنبال دارد و زمانی که الکترونی الگوی حرکتی کندتری را انتخاب میکند، انرژی از دست میدهد.
پس زمانی که انرژی بصورت تابش نور بر یک الکترون میتابد، الکترون انرژی جذب کرده و الگوی حرکتی سریعتری را انتخاب میکند. از آنجایی که الکترونها مشتاق جذب انرژی و تغییر الگوی حرکتی خود میباشند، باریکۀ نور قادر به عبور از میان اتمهای اشیاء (میز) نمیباشد. بعد از مدت زمان بسیار کوتاهی، الکترونها این انرژی جذب شده را، احتمالا به شکل نور، از دست میدهند. تغییرات در الگوی حرکتی الکترونها و از دست دادن دوباره انرژی بصورت نور باعث بازتاب نور و رنگها شده و ما میز را بصورت جامد مشاهده میکنیم.
مقاومت در زمان لمس
پس چرا وقتی ما میز را لمس میکنیم، محکم به نظر میرسد؟ احتمالا پاسخ بسیاری از پایگاههای اینترنتی این است که دلیل این اتفاق، دافعه میباشد و دو ذره با بار منفی، یکدیگر را دفع میکنند. اما این پاسخ نادرست میباشد و نشان میدهد نباید به دنیای اینترنت اعتماد کرد. دلیل سختی میز، رقص الکترونها میباشد. اگر شما میز را لمس کنید، الکترونهای موجود در اتمهای دستانتان به الکترونهای میز نزدیک میشوند. با نزدیک شدن الکترونهای یک اتم به هسته اتمی دیگر، الگوی رقص آن دچار تغییر میشود.
دلیل این اتفاق این است که الکترونی در سطح انرژی پایین اتمی، قادر به انجام الگوی حرکتی قبلی در نزدیکی اتم جدید نیست. زیرا آن فضا توسط الکترونی از هسته مقابل گرفته شده است. الکترون تازه وارد باید در نقشی جدید و پرانرژی ظاهر شود. این انرژی توسط نور تأمین نمیشود بلکه توسط نیروی وارده توسط انگشتان شما در زمان لمس میز تامین میشود.
بنابراین در نزدیک کردن دو اتم به یکدیگر انرژی مصرف میشود زیرا که تمام الکترونهای دو اتم ناچار به تغییر الگوی حرکتی خود به سطحی بالاتر و پرانرژیتر میباشند. نزدیک کردن تمام اتمهای انگشت و میز به یکدیگر مقادیر بسیار بالایی از انرژی را میطلبد که این مقدار بیش از توان ماهیچهای شما میباشد. به این دلیل شما میز را در زمان لمس آن محکم حس میکنید.
وبسایت منتشر کننده: سایت علمی بیگ بنگ
نوشته: راجر بارلو/ استاد دانشگاه هادرزفیلد- محقق و مدیر مؤسسه بین‌المللی برنامه‌های شتاب‌دهنده
مترجم: رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ
منبع: thecoversation.com
