مَا هِيَ الذَّرَّاتُ؟
تستكشف كوكو وأولو عالم الذرات الصغير جدًا، وكيف اكتشف العلماء وجودها رغم عدم رؤيتها بالعين المجردة.
About this story
تستكشف كوكو وأولو عالم الذرات الصغير جدًا، وكيف اكتشف العلماء وجودها رغم عدم رؤيتها بالعين المجردة.
What you'll learn
- فهم أن كل شيء مصنوع من ذرات
- إدراك حجم الذرات الصغير جدًا
- معرفة كيف يكتشف العلماء الأشياء غير المرئية
أُولُو، عِنْدِي سُؤَالٌ يُحَيِّرُنِي طَوَالَ الْيَوْمِ. مُعَلِّمَتِي قَالَتْ إِنَّ كُلَّ شَيْءٍ مَصْنُوعٌ مِنْ ذَرَّاتٍ. لَكِنْ مَا هِيَ الذَّرَّةُ أَصْلًا؟
آه، هَذَا مِنْ أَجْمَلِ الْأَسْئِلَةِ فِي عِلْمِ الْعُلُومِ يَا كُوكُو. لِنَذْهَبْ إِلَى مُخْتَبَرِ الْعُلُومِ. أَظُنُّ أَنَّنَا نَحْتَاجُ بَعْضَ الْأَدَوَاتِ لِنَشْرَحَ هَذَا جَيِّدًا.
حَسَنًا، وَصَلْنَا. تَفُوحُ هُنَا رَائِحَةُ الْأَقْلَامِ وَشَيْءٍ فَوَّارٍ. إِذًا، مَا هِيَ الذَّرَّةُ بِالضَّبْطِ؟
كُلُّ مَا تَرَاهُ أَوْ تَلْمِسُهُ أَوْ تَشُمُّهُ مَصْنُوعٌ مِنَ الْمَادَّةِ. وَكُلُّ مَادَّةٍ مَصْنُوعَةٌ مِنْ لَبِنَاتٍ صَغِيرَةٍ جِدًّا تُسَمَّى الذَّرَّاتِ. كُلُّ شَيْءٍ، هَذِهِ الطَّاوِلَةُ، وَالْهَوَاءُ، حَتَّى أَنَا وَأَنْتِ، مَصْنُوعٌ مِنَ الذَّرَّاتِ.
مَهْلًا، إِذًا أَنَا مَصْنُوعَةٌ مِنْ ذَرَّاتٍ الْآنَ؟ هَذَا شَيْءٌ غَرِيبٌ حَقًّا لِلتَّفْكِيرِ فِيهِ.
هَذَا صَحِيحٌ تَمَامًا. الذَّرَّاتُ صَغِيرَةٌ جِدًّا لَا تَسْتَطِيعِينَ رُؤْيَتَهَا حَتَّى بِمِجْهَرٍ عَادِيٍّ. مَلَايِينُ الذَّرَّاتِ يُمْكِنُ أَنْ تَتَّسِعَ عَلَى شَعْرَةٍ وَاحِدَةٍ مِنْ فَرْوَتِكِ.
مَلَايِينُ؟ هَذَا صَغِيرٌ جِدًّا لَا أَسْتَطِيعُ حَتَّى تَخَيُّلَهُ. كَيْفَ عَرَفَ الْعُلَمَاءُ إِذًا أَنَّهَا مَوْجُودَةٌ؟
تَفْكِيرٌ رَائِعٌ. اسْتَخْدَمَ الْعُلَمَاءُ أَدَوَاتٍ قَوِيَّةً جِدًّا وَتَجَارِبَ ذَكِيَّةً عَبْرَ مِئَاتِ السِّنِينَ لِيَكْتَشِفُوا ذَلِكَ. لَمْ يَسْتَطِيعُوا رُؤْيَةَ الذَّرَّاتِ مُبَاشَرَةً، لَكِنَّهُمْ لَاحَظُوا سُلُوكَ الْمَادَّةِ وَاسْتَنْتَجُوا مِنَ الْأَدِلَّةِ.
مِثْلَ الْمُحَقِّقِينَ، لَكِنْ فِي عَالَمِ الْعِلْمِ.
بِالضَّبْطِ مِثْلَ الْمُحَقِّقِينَ. الْآنَ، دَعِينِي أُرِيكِ شَيْئًا. أَتَرَيْنَ هَذِهِ الْكُرَاتِ الْمُلَوَّنَةَ فِي طَقْمِ النَّمَاذِجِ هُنَاكَ؟
نَعَمْ، الْحَمْرَاءُ وَالزَّرْقَاءُ وَالْبَيْضَاءُ. نَسْتَخْدِمُهَا أَحْيَانًا لِبِنَاءِ نَمَاذِجِ الْجُزَيْئَاتِ فِي الصَّفِّ.
مُمْتَازٌ. كُلُّ كُرَةٍ مِنْهَا تُمَثِّلُ ذَرَّةً وَاحِدَةً. وَالذَّرَّةُ نَفْسُهَا مُكَوَّنَةٌ مِنْ أَجْزَاءٍ أَصْغَرَ بِدَاخِلِهَا. يُوجَدُ مَرْكَزٌ يُسَمَّى النَّوَاةَ، وَجُسَيْمَاتٌ صَغِيرَةٌ تُسَمَّى الْإِلِكْتْرُونَاتِ تَدُورُ حَوْلَهَا.
إِذًا الذَّرَّةُ مِثْلُ نِظَامٍ شَمْسِيٍّ صَغِيرٍ؟ لَهَا مَرْكَزٌ وَأَشْيَاءُ تَدُورُ حَوْلَهُ؟
هَذِهِ طَرِيقَةٌ رَائِعَةٌ لِتَخَيُّلِ الْأَمْرِ. النَّوَاةُ فِي الْمَرْكَزِ تَحْمِلُ مُعْظَمَ كُتْلَةِ الذَّرَّةِ. أَمَّا الْإِلِكْتْرُونَاتُ الَّتِي تَدُورُ فِي الْخَارِجِ، فَهِيَ الَّتِي تُتِيحُ لِلذَّرَّاتِ أَنْ تَتَّصِلَ بِذَرَّاتٍ أُخْرَى.
وَعِنْدَمَا تَتَّصِلُ الذَّرَّاتُ، مَاذَا يَحْدُثُ؟
عِنْدَمَا تَتَّحِدُ الذَّرَّاتُ مَعًا، تُكَوِّنُ جُزَيْئَاتٍ. عَلَى سَبِيلِ الْمِثَالِ، ذَرَّتَا هِيدْرُوجِينٍ وَذَرَّةُ أُكْسِجِينٍ تَتَّحِدُ لِتُكَوِّنَ جُزَيْئَةَ مَاءٍ وَاحِدَةً.
إِذًا الْمَاءُ الَّذِي أَشْرَبُهُ كُلَّ يَوْمٍ هُوَ مَجْمُوعَةُ فِرَقٍ صَغِيرَةٍ مِنَ الذَّرَّاتِ مُمْسِكَةٌ بِأَيْدِي بَعْضِهَا؟
أُحِبُّ هَذَا الْوَصْفَ كَثِيرًا. نَعَمْ، هَذَا صَحِيحٌ تَقْرِيبًا. تَشْكِيلَاتٌ مُخْتَلِفَةٌ مِنَ الذَّرَّاتِ تُكَوِّنُ مَوَادَّ مُخْتَلِفَةً تَمَامًا. لِذَلِكَ يَبْدُو الْمَاءُ وَالْهَوَاءُ مُخْتَلِفَيْنِ جِدًّا، مَعَ أَنَّهُمَا غَيْرُ مَرْئِيَّيْنِ عَلَى مُسْتَوَى الذَّرَّاتِ.
لَكِنْ إِذَا كَانَ كُلُّ شَيْءٍ مَصْنُوعًا مِنَ الذَّرَّاتِ، لِمَاذَا تَبْدُو الصَّخْرَةُ مُخْتَلِفَةً جِدًّا عَنِ الْغَيْمَةِ مَثَلًا؟
لِأَنَّ الْأَمْرَ يَعُودُ إِلَى نَوْعِ الذَّرَّاتِ وَمَدَى تَقَارُبِهَا مَعَ بَعْضِهَا. فِي الصَّخْرَةِ، تَكُونُ الذَّرَّاتُ مُتَقَارِبَةً جِدًّا وَمُتَمَاسِكَةً بِقُوَّةٍ. أَمَّا فِي الْغَيْمَةِ، فَالْجُزَيْئَاتُ مُتَبَاعِدَةٌ وَتَطْفُو بِحُرِّيَّةٍ.
إِذًا الذَّرَّاتُ أَشْبَهُ بِالْحُرُوفِ الْأَبْجَدِيَّةِ. تَسْتَخْدِمُ نَفْسَ الْحُرُوفِ لَكِنْ تَحْصُلُ عَلَى كَلِمَاتٍ مُخْتَلِفَةٍ تَمَامًا حَسَبَ طَرِيقَةِ تَرْتِيبِهَا.
يَا كُوكُو، قَدْ يَكُونُ هَذَا أَجْمَلَ تَشْبِيهٍ سَمِعْتُهُ مُنْذُ سَنَوَاتٍ. أَنْتِ مُحِقَّةٌ تَمَامًا. هُنَاكَ نَحْوُ مِئَةٍ وَثَمَانِيَةَ عَشَرَ نَوْعًا مَعْرُوفًا مِنَ الذَّرَّاتِ، نُسَمِّيهَا الْعَنَاصِرَ. كُلُّ شَيْءٍ فِي الْكَوْنِ مَبْنِيٌّ مِنْ تَشْكِيلَاتٍ لِهَذِهِ الْعَنَاصِرِ.
مِئَةٌ وَثَمَانِيَةَ عَشَرَ فَقَطْ؟ وَتُكَوِّنُ كُلَّ شَيْءٍ؟ النُّجُومَ، وَالْمُحِيطَ، وَحَتَّى سَاندِوِيتْشِي فِي الْغَدَاءِ؟
كُلُّ شَيْءٍ بِلَا اسْتِثْنَاءٍ. نَظَّمَ الْعُلَمَاءُ كُلَّ الْعَنَاصِرِ فِي جَدْوَلٍ يُسَمَّى الْجَدْوَلَ الدَّوْرِيَّ. لِكُلِّ عُنْصُرٍ اسْمُهُ وَرَمْزُهُ وَخَصَائِصُهُ. الْكَرْبُونُ وَالْأُكْسِجِينُ وَالذَّهَبُ وَالْحَدِيدُ كُلُّهَا أَمْثِلَةٌ عَلَى الْعَنَاصِرِ.
سَمِعْتُ بِهَذِهِ الْأَسْمَاءِ مِنْ قَبْلُ. إِذًا مُجَوْهَرَاتُ الذَّهَبِ هِيَ فَقَطْ كَمِّيَّةٌ كَبِيرَةٌ مِنْ ذَرَّاتِ الذَّهَبِ مُلْتَصِقَةٍ بِبَعْضِهَا؟
بِالضَّبْطِ. الذَّهَبُ الْخَالِصُ مَصْنُوعٌ بِالْكَامِلِ مِنْ ذَرَّاتِ الذَّهَبِ. وَهَذَا مَا يَجْعَلُ كُلَّ عُنْصُرٍ فَرِيدًا. ذَرَّاتُ الذَّهَبِ تَتَصَرَّفُ دَائِمًا كَالذَّهَبِ، وَذَرَّاتُ الْأُكْسِجِينِ تَتَصَرَّفُ دَائِمًا كَالْأُكْسِجِينِ.
هَذَا يَجْعَلُ رَأْسِي مُمْتَلِئًا بِطَرِيقَةٍ جَمِيلَةٍ. إِذًا الذَّرَّاتُ هِيَ أَصْغَرُ لَبِنَاتِ كُلِّ شَيْءٍ، وَلَهَا نَوَاةٌ وَإِلِكْتْرُونَاتٌ، وَتَتَّحِدُ لِتُكَوِّنَ جُزَيْئَاتٍ، وَهُنَاكَ مِئَةٌ وَثَمَانِيَةَ عَشَرَ نَوْعًا؟
أَنْتِ تُصْغِينَ بِانْتِبَاهٍ شَدِيدٍ. قَبْلَ أَنْ نُنْهِيَ حَدِيثَنَا، أُرِيدُكِ أَنْ تُجَرِّبِي شَيْئًا. انْظُرِي حَوْلَ هَذَا الْمُخْتَبَرِ وَاخْتَارِي شَيْئًا وَاحِدًا. ثُمَّ أَخْبِرِينِي مِمَّ تَظُنِّينَ أَنَّهُ مَصْنُوعٌ عَلَى مُسْتَوَى الذَّرَّاتِ.
حَسَنًا. تِلْكَ الْكَأْسُ الزُّجَاجِيَّةُ. إِنَّهَا شَفَّافَةٌ وَصَلْبَةٌ، فَرُبَّمَا هِيَ مَصْنُوعَةٌ مِنْ ذَرَّاتٍ مُتَقَارِبَةٍ جِدًّا وَمُرَتَّبَةٍ بِطَرِيقَةٍ تَسْمَحُ لِلضَّوْءِ بِالْمُرُورِ؟
هَذِهِ إِجَابَةٌ مُتَأَنِّيَةٌ حَقًّا. الزُّجَاجُ مَصْنُوعٌ فِي مُعْظَمِهِ مِنْ ذَرَّاتِ السِّيلِيكُونِ وَالْأُكْسِجِينِ مُتَّحِدَةٍ بِنَمَطٍ مُعَيَّنٍ. هَذَا النَّمَطُ هُوَ مَا يَمْنَحُهُ تِلْكَ الصَّفَاءَ وَالصَّلَابَةَ. إِجَابَةٌ مُمْتَازَةٌ يَا كُوكُو.
الْعِلْمُ رَائِعٌ حَقًّا. أَشْعُرُ أَنَّنِي كُنْتُ أَعِيشُ فِي عَالَمٍ مَلِيءٍ بِأَشْيَاءَ صَغِيرَةٍ سِرِّيَّةٍ طَوَالَ حَيَاتِي وَلَمْ أَكُنْ أَعْلَمُ.
هَذَا الشُّعُورُ لَا يَزُولُ أَبَدًا، حَتَّى بَعْدَ عُقُودٍ مِنَ الدِّرَاسَةِ. كُلَّمَا تَعَلَّمْتِ أَكْثَرَ، أَصْبَحَ الْعَالَمُ أَكْثَرَ رَوْعَةً. الْآنَ، قَبْلَ أَنْ تَذْهَبِي، هَلْ يُمْكِنُكِ أَنْ تُلَخِّصِي مَا اكْتَشَفْنَاهُ الْيَوْمَ؟
حَسَنًا. كُلُّ شَيْءٍ فِي الْكَوْنِ مَصْنُوعٌ مِنْ لَبِنَاتٍ صَغِيرَةٍ تُسَمَّى الذَّرَّاتِ. هِيَ صَغِيرَةٌ جِدًّا لِدَرَجَةِ أَنَّ مَلَايِينَ مِنْهَا تَتَّسِعُ عَلَى شَعْرَةٍ وَاحِدَةٍ. لِلذَّرَّةِ نَوَاةٌ فِي الْوَسَطِ وَإِلِكْتْرُونَاتٌ تَدُورُ حَوْلَهَا. وَعِنْدَمَا تَتَّحِدُ الذَّرَّاتُ تُكَوِّنُ جُزَيْئَاتٍ، مِثْلَ ذَرَّتَيْ هِيدْرُوجِينٍ وَذَرَّةِ أُكْسِجِينٍ تُكَوِّنُ الْمَاءَ. هُنَاكَ مِئَةٌ وَثَمَانِيَةَ عَشَرَ نَوْعًا مِنَ الذَّرَّاتِ تُسَمَّى الْعَنَاصِرَ، وَهِيَ مُرَتَّبَةٌ فِي شَيْءٍ يُسَمَّى الْجَدْوَلَ الدَّوْرِيَّ. بِبَسَاطَةٍ، الْكَوْنُ كُلُّهُ هُوَ فَقَطْ مِئَةٌ وَثَمَانِيَةَ عَشَرَ نَوْعًا مِنَ الْأَشْيَاءِ الصَّغِيرَةِ تَتَرَتَّبُ بِطُرُقٍ مُخْتَلِفَةٍ، وَهَذَا أَرْوَعُ شَيْءٍ تَعَلَّمْتُهُ هَذَا الْأُسْبُوعَ بِصَرَاحَةٍ. الْآنَ أُرِيدُ أَنْ أَعْرِفَ مَاذَا يُوجَدُ بِالضَّبْطِ دَاخِلَ النَّوَاةِ، لِأَنَّهُ إِذَا كَانَتِ الذَّرَّاتُ تَحْتَوِي عَلَى أَجْزَاءٍ أَصْغَرَ، فَرُبَّمَا هَذِهِ الْأَجْزَاءُ تَحْتَوِي عَلَى أَجْزَاءٍ أَصْغَرَ أَيْضًا.
هَذَا يَا كُوكُو بِالضَّبْطِ نَوْعُ السُّؤَالِ الَّذِي يَصْنَعُ عَالِمًا عَظِيمًا. أَظُنُّ أَنَّ أَمَامَنَا دَرْسًا مُشَوِّقًا جِدًّا فِي الْمُسْتَقْبَلِ.
