اقترح الكيميائي جون دالتون النظرية التي تقول أنَّ جميع المواد والأجسام تتكون من جسيماتٍ تدعى الذرات، ولا تزال هذه النظرية مقبولةً في المجتمع العلمي منذ أكثر من قرنين من الزمن. كل واحدة من هذه الذرات تتكون من نواةٍ صغيرة بشكل لا يصدق وإلكترونات أصغر تدور حولها على مسافة بعيدة عن المركز.
تخيل أننا قمنا بتكبير طاولةٍ ملايير المرات، ستصبح ذراتها بحجم البطيخ. ورغم ذلك، ستكون النواة صغيرة جدا لتتم رؤيتها، وكذلك الحال بالنسبة للإلكترونات التي تدور حولها. لماذا إذن لا تمر أصابعنا من خلال الذرات؟ ولماذا لا يمر الضوء عبر هذه الثغرات؟
لمعرفة السبب، يجب أن ننظر إلى الإلكترونات. لسوء الحظ، تم تبسيط الكثير من الأشياء التي تعلمناها في المدرسة، فالإلكترونات لا تدور حول النواة كما تدور الكواكب حول الشمس. بدلًا من ذلك، تخيل الإلكترونات مثل سربٍ من النحل أو الطيور، حيث يصعب تعقب الحركات الفردية بسبب سرعتها، لكن لا يزال بإمكانك رؤية الشكل العام للسرب.
“رقص” الإلكترونات
في الواقع، الإلكترونات ترقص ـ ليست هناك عبارةٌ أفضل لوصف الأمر، لكنه ليس رقصًا عشوائيًّا ـ هو أشبه بقاعة رقص، حيث تتحرك حسب مجموعة أنماط، وتتبع خطواتٍ وضعتها معادلةٌ رياضيةٌ سُمِّيت على اسم إروين شرودينجر.
تختلف هذه الأنماط، فبعضها بطيئةٌ ورقيقة والأخرى سريعةٌ وحيوية. يحافظ كل إلكترون على نفس النمط، لكن يمكنه أن يغيره في بعض المرات ما لم يكن إلكترونًا آخر يتبع هذا النمط بالفعل. لا يمكن أن يتبع إلكترونان اثنان نفس النمط في الذرة: هذه القاعدة تسمى “مبدأ الاستثناء”.
عندما ينتقل الإلكترون إلى نمطٍ أسرع فهو يستهلك الطاقة، وعندما ينتقل إلى نمطٍ أبطأ فهو يفقد الطاقة. لذلك عندما تسقط الطاقة، على شكل ضوء، على الإلكترون فهو يأخذ بعضها وينتقل إلى نمطٍ أسرع. إذن لن يمر شعاع الضوء عبر الطاولة حيث أن جميع الإلكترونات حريصةٌ على استيعاب طاقة الضوء.
لماذا نشعر بصلابة الطاولة؟
ستجدون في العديد من المواقع أن هذا راجعٌ للتنافر ـ جسمان لهما شحنةٌ سالبةٌ سيتنافران ـ وهذا غير صحيح. نشعر بصلابتها بسبب الإلكترونات “الراقصة”.
إذا لمست الطاولة، الإلكترونات الموجودة في ذرات أصابعك تصبح قريبةً من الإلكترونات الموجودة في ذرات الطاولة. وبما أن إلكترونات الذرة تصبح قريبةً جدًّا من نواة الذرة الأخرى فإن أنماط حركاتها تتغير.
وهذا بسبب أن الإلكترون في مستوى طاقةٍ منخفض حول النواة لا يمكنه أن يقوم بنفس نمط الحركة حول النواة الأخرى، لأن هذا النمط يقوم به واحدٌ من الإلكترونات الخاصة بها.
القادم الجديد يجب أن يقوم بدورٍ شاغرٍ وأكثر نشاطًا. هذه الطاقة يجب أن يتم توفيرها هذه المرة من طرف أصابعك وليس الضوء.
تقريب ذرتين اثنتين، فقط، من بعضهما يتطلب طاقة، حيث يجب على جميع الإلكترونات أن تنتقل إلى مستويات شاغرة من الطاقة العالية. محاولةً تقريب جميع ذرات الطاولة وذرات الأصابع معًا تتطلب الكثير من الطاقة ـ أكثر مما يمكن لعضلاتك أن تتحمله، ونتيجةً لذلك تشعر بمقاومةٍ لأصابعك، وهكذا تبدو الطاولة صلبةً عندما تلمسها.
- ترجمة: محمد أمين امكرود
- تدقيق: بدر الفراك
- المحرر: عامر السبيعي
- المصدر
