من معادن غير قابلة للتدمير تقريبًا، مثل التنغستنإلى السحب الرقيقة في السماء، تشكل الذرات كل شيء حولنا. لكن هل تتلامس هذه الذرات مع بعضها البعض؟ كما هو الحال مع معظم مواضيع الفيزياء الذرية، فإن الإجابة أكثر تعقيدًا مما قد تتوقعه.
قبل أن نتمكن من الإجابة على هذا السؤال، من المهم تحديد ما نعنيه بكلمة “اللمس”. كريستوفر بيرد، أستاذ مشارك في الفيزياء في جامعة غرب تكساس إيه آند إم.
وقال بيرد لـ Live: “على المستوى البشري، ما نعنيه عادة عندما نقول أن جسمين متلامسين هو أن السطح الخارجي المحدد جيدًا لأحد الجسمين يقع في نفس الموقع مثل السطح الخارجي المحدد جيدًا للجسم الآخر”. العلوم في البريد الإلكتروني. “[But] هذا النوع من اللمس ليس له معنى على المستوى الذري لأن الذرات ليس لها أسطح خارجية محددة بشكل جيد.”
ان ذرة ليست جسمًا صلبًا ولا أصغر وحدة معروفة للعلماء. وبدلا من ذلك، تتكون الذرة من العديد من العناصر جزيئات مختلفة التي تتفاعل وفق قواعد محددة. الذرة في جوهرها عبارة عن نواة محاطة بسحابة من الإلكترونات.
لكن نظرة فاحصة تكشف أن هذه النواة تتكون من بروتونات ونيوترونات، والتي تتكون من جسيمات تسمى الكواركات والجلونات. تحتوي ذرات العناصر المختلفة على أعداد مختلفة من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. على سبيل المثال، تحتوي ذرة الهيدروجين على بروتون واحد وإلكترون واحد وصفر نيوترونات، بينما يحتوي اليورانيوم على 92 بروتونًا و92 إلكترونًا وما يصل إلى 146 نيوترونًا. (يمكن أن تختلف أعداد النيوترونات الموجودة في عنصر ما تبعًا لنظائره).
متعلق ب: هل الأكوان الكمومية موجودة بالفعل؟
وقال بيرد إن سحابة الإلكترونات الموجودة في الذرة تجعل من الصعب تحديد حدود دقيقة “لللمس”. وبدلاً من ذلك، من المفيد تعريفها على أنها النقطة التي تؤدي إلى تأثير فيزيائي أو كيميائي، مثل إنشاء روابط كيميائية. وقال إن هذا قد ينشأ عندما تتداخل السحب الإلكترونية للذرات بشكل كبير.
وأوضح بيرد: “إنها تتلامس عندما تتداخل مدارات الإلكترون لذرة واحدة بشكل كافٍ مع مدارات الإلكترون للذرة الأخرى بحيث تبدأ التأثيرات الفيزيائية أو الكيميائية في الحدوث”. “ربما يكون هذا أحد أفضل التعريفات فيما يتعلق بالمقياس الذري.”
يمكن أن يكون هذا “اللمس” نتيجة لقوى مختلفة، بما في ذلك الكهرومغناطيسية, جاذبية و ميكانيكا الكم. وقال بيرد إن السوائل والمواد الصلبة تتلامس عادة من خلال تكوين روابط كيميائية، وتتلامس الغازات عن طريق الارتداد عن بعضها البعض.
يمكن أن يحدث شكل آخر من أشكال التلامس عندما تصطدم الجسيمات بسرعات عالية، كما هو الحال في مسرع الجسيمات مثل CERN مصادم هادرون الكبير وقال في سويسرا تشيكوان صن، مرشح دكتوراه في مركز الفيزياء النظرية التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
قال صن لـ Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: “عندما تصطدم الذرات مع بعضها البعض بطاقة عالية بما يكفي بحيث تتداخل سحبها الإلكترونية، فقد تخضع النوى لاصطدامات مرنة أو غير مرنة”. “إذا كان الاصطدام مرنًا، فإن النواة ببساطة تغير اتجاهاتها وتجد إلكتروناتها مرة أخرى وتصبح نفس الذرة التي كانت عليها. إذا اصطدمت النوى بشكل غير مرن، فإنها تنقسم إلى بروتونات ونيوترونات وقد تشكل نوى مختلفة.”
في CERN (المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية)، تتصادم الجسيمات عند طاقات عالية جدًا لتفكيك الجسيمات وحتى تكوين جسيمات دون ذرية جديدة، مثل هيغز بوزون. ومن المحتمل أن تكون هناك اصطدامات مماثلة في الكون المبكر.
وقال بيرد إنه في نهاية المطاف، على الرغم من أن الذرات لا تتلامس بنفس الطريقة التي نتلامس بها، إلا أن التلامس الذري هو ما يشكل الحياة كما نعرفها.
وقال: “لا يمكن للكرسي أو الصخرة أن تتماسك على شكل كرسي أو صخرة إذا كانت ذرات الجسم لا تتلامس مع بعضها البعض من خلال روابطها الكيميائية”. “تنشأ جميع التأثيرات المادية من شكل ما من أشكال تلامس الذرات لبعضها البعض، بما في ذلك التفاعلات الكيميائية والاهتزازات والموجات الصوتية والحرارة وما إلى ذلك.”
