اتم

از ویکی نجوم
پرش به: ناوبری، جستجو

فرضیه اتمی[ویرایش]

این فکر که ماده از اتم ها تشکیل شده است به زمان یونانیان قرن پنجم پیش از میلاد بر می گردد.پژوهشگران طبیعت آن عصر در این فکر بودند که ماده پیوسته است یا نه. می‌توان قطعه سنگی را به صورت سنگ ریزه درآورد و سنگ ریزه ها را به صورت ماسه.ماسه را می‌توان نرم تر کرد و سپس با ساییدن پودرش کرد. به نظر برخی یونانیان قرن پنجم پیش از میلاد کوچکترین بخش سنگ اتم بود که نمی شد دیگر آن را تقسیم کرد.ارسطو، مشهورترین فیلسوف یونان قدیم، با ایده اتم ها موافق نبود.اون در قرن چهارم پیش از میلاد به شاگردان خود می آموخت که ماده از ترکیب های مختلف چهار عنصر- خاک، باد، آتش و آب- شکل گرفته است.این دیدگاه منطقی به نظر می رسید زیرا در جهان اطراف ما ماده به یکی از چهار شکل جامد(خاک)، گاز(باد)، مایع(آب)، و حالت شعله(آتش) وجود دارد. یونانیان آتش را عامل تغییر به حساب می آوردند، زیرا سبب تغییر در موادی می شود که می سوزند. اندیشه های ارسطو درباره سرشت ماده بیش از 2000سال غالب بود.

جان دالتون، هواشناس انگلیسی و معلم مدرسه،در اوایل قرن نوزدهم ایده اتم را حیاتی دوباره بخشید.او با طرح این موضوع که همه مواد از اتم ها ساخته شده اند با موفقیت سرشت واکنش های شیمیایی را توجیه کرد. با این همه، در این زمان او و دیگران دلیل روشنی برای وجود اتم ها در دست نداشتند. سپس در سال 1827، رابرت براون، گیاه شناس اسکاتلندی، متوجه چیز بسیار عجیبی در میکروسکوپ خود شد. او مشغول بررسی دانه های گرده معلق در آب بود که متوجه شد دانه ها مدام حرکت می کنند و این سو و آن سو می جهند. ابتدا فکر می کرد که این دانه ها نوعی از حیات متحرکند، اما بعدا دریافت که ذرات گرد و غبار و دوده معلق در آب نیز همین حرکت را دارند. این جنبش دائمی ذرات- که اکنون حرکت براونی خوانده می شود- ناشی از برخورد ذره های مرئی و اتم های نامرئی است.اتم ها به واسطه بسیار کوچ ک بودن نامرئی اند. براون گرچه نمی‌توانست اتم ها را ببیند، می‌توانست تاثیر آنها را بر ذرات مشاهده کند.درست مثل اینکه تماشاچیان فوتبال حاضر در ورزشگاه توپ بسیار عظیمی را به این سو و آن سو پرتاب کنند. از هواپیمایی که در ارتفاع زیاد پرواز می کند مردم را نمی بینید زیرا از توپ عظیع قابل رویت بسیار کوچکترند. ذرات گرده ای که براون مشاهده کرد از این رو حرکت می کردند که اتم های تشکیل دهنده آب اطرافشان(در واقع، ترکیب های اتمی که مولکول نامیدیم) دائما آنها را تکان می دادند.

آلبرت اینشتین در سال 1905، یعنی همان سال اعلام نظریه نسبیت خاص، همه این موارد را توضیح داد. تا زمان توجیه اینشتین- که یافتن جرم اتم ها را امکان پذیر ساخت- بسیاری از فیزیکدانان برجسته درباره وجود اتم ها تردید داشتند.بنابراین، می بینیم که واقعیت وجود اتم ها تا اوایل قرن بیستم تثبیت نشده بود. ریچارد فاینمن، فیزیکدان آمریکایی، در سال 1963 با این اظهار نظر بر اهمیت اتم ها تاکید کرد، اگر فاجعه ای باعث از بین رفتن همه معلومات علمی شود و فقط یک جمله را بتوان به موجودات نسل بعد منتقل کرد، کوتاهترین گزاره حاوی بیشترین اطلاعات به صورت زیر خواهد بود: "همه چیز از اتم ها ساخته شده است، ذرات ریزی که دائم حرکت می کنند، هنگامی که فاصله بین آنها کم باشد یکدیگر را جذب می کنند، اما اگر بخواهیم آنها را به هم بفشاریم یکدیگر را دفع خواهند کرد". همه مواد- کفش، کشتی، کلم، و پادشاهان و هر چیزی که فکرش را بکنید- از اتم ها ساخته شده اند. این فرضیه اتمی است، که اکنون مبنای اصلی تمام علوم است.<ref name="multiple"> فیزیک مفهومی / تالیف پل جی. هیوئیت / مترجم منیژه رهبر / انتشارات فاطمی </ref>

ویژگی های اتم[ویرایش]

اتم ها، اجزای اصلی ماده، به طور شگفت آوری ریزند. یک اتم همانقدر کوچک تر از شماست که ستاره ای با اندازه متوسط از شما بزرگتر است. یک راه بیان این مطلب آن است که بگوییم ما حد وسط اتم ها و ستگارانیم.تعداد اتم ها بسیار زیاد است. تقریبا حدود 100,000,000,000,000,000,000,000 اتم در هر گرم آب(یک چکه) وجود دارد. با نماد گذاری علمی یعنی 1023 اتم.عدد1023 بسیار بزرگ است، بیش از تمام قطره های آب موجود در دریاچه ها و رودخانه های جهان. بنابراین تعداد اتم های موجود در هر چکه آب بیش از قطره های آب دریاچه ها و رودخانه هاست.در جو زمین حدود 1022 اتم در هر لیتر هوا وجود دارد.طُرفه آنکه، حجم جو زمین هم حدود1022 لیتر هواست. تعداد اتم های موجود در هر لیتر هوا و حجم هوای موجود در جو اعدادی بی نهایت بزرگند. اتم ها به قدری کوچک و تعداد آنان به اندازه ای زیاد است که تعداد اتم های موجود در ریه های شما در هر لحظه به اندازه تعداد دم های هوایی است که در جو زمین وجود دارد.

اتم ها این سو و آن سو می روند. اتم ها دائم در حرکتند. آنها از محلی به محل دیگر می روند. آهنگ مهاجرت در اجسام جامد کند است؛ این اهنگ در مایعات تند تر و در گازها از همه بیشتر است. مثلا، چند قطره رنگ غذا در لیوان آب به سرعت در سراسر لیوان پخش می شود.این موضوع برای لیوانی پر از رنگ غذا که در اقیانوس ریخته شود نیز صادق است. این رنگ به اطراف پخش می شود و بعدا می‌توان آن را در هر بخش از اقیانوس های جهان یافت.

اتم ها و مولکول ها در جو بسیار سریعتر از اقیانوس پخش می شوند. اتم ها و مولکول ها در هوا با سرعتی ده برابر سرعت صوت این سو و آن سو می روند. آنها به سرعت پخش می شوند، بنابراین اکسیژن اطراف شما شاید چند روز پیش در آن سوی کشور بوده است.

اتم ها جاودانه اند. سن بسیاری از اتم های موجود در بدن شما تقریبا به اندازه سن خود عالم است. مثلا، وقتی نفس می کشید، فقط تعداد کمی از اتم هایی که فرو برده اید از راه بازدم خارج می شوند.بقیه اتم ها وارد بدن شما می شوند و بخشی از وجودتان را تشکیل می دهند، سپس به راه های مختلفی از بدنتان خارج می شوند. شما "صاحب" اتم هایی نیستید که بدنتان را تشکیل می دهند، بلکه آنها را قرض می گیرید.همه ما در دریایی از اتم های همانند شریکیم، این اتم ها تا ابد به درون و بیرون ما مهاجرت می کنند.بنابراین، شاید برخی از اتم هایی که بینی شما را می خاراند، دیروز بخشی از گوش همسایه شما بوده است! اغلب مردم می دانند که ما از اتم های مختلف ساخته شده ایم.اما چیزی که بسیاری از افراد نمی دانند این است که ما از اتم های یکسانی ساخته شده ایم- یعنی اتم هایی که هنگام دم و بازدم ما و هنگامی که عرق ما تبخیر می شود چرخه فردی به فرد دیگر را طی می کنند. ما اتم ها را در مقیاسی عظیم بازیافت می کنیم. پس، خاستگاه اتم های سبک به مبدا عالم بر می گردد، و بیشتر اتم های سنگین از خورشید و زمین پیرترند. اتم هایی در بدن شما وجود دارد که از اولین دقایق خلقت وجود داشته اند، و در سراسر عالم به صورت های بیشمار، بی جان و جاندار، واچرخانده شده اند.<ref name="multiple"> فیزیک مفهومی / تالیف پل جی. هیوئیت / مترجم منیژه رهبر / انتشارات فاطمی </ref>

ساختار اتمی[ویرایش]

تقریبا همه جرم اتم در هسته اش جمع شده است، که فقط چند کادریلیونیم(1015) حجم آن را اشغال می کند.بنابراین هسته بی نهایت چگال است.اگر می‌توانستیم هسته های اتمی ساده ای را کنار هم در قطعه ای به قطر 1 سانتی مترقرار دهیم، جرم آن 133,000,000 تن می شد! نیرو های عظیم دافعه الکتریکی مانع این نوع بسته بندی فشرده هسته های اتمی می شود زیرا هر هسته بار الکتریکی دارد و همه هسته های دیگر را دفع می کند.فقط در شرایط خاصی دو یا چند هسته تا مرحله تماس با یکدیگر به هم فشرده می شوند.اگر این اتفاق رخ دهد، امکان دارد نوع شدیدی از واکنش های هسته ای به وقوع بپیوندد.این واکنش، یعنی واکنش همجوشی گرما هسته ای، در مرکز ستارگان رخ می دهد و باعث درخشش آنها می شود.جز اصلی سازنده هسته نوکلئون است که خود از ذراتی بنیادی به نام کوارک تشکیل شده است. وقتی نوکلئون به لحاظ الکتریکی خنثی باشد، نوترون است؛ وقتی باردار باشد پروتون است. همه پروتون ها یکسان اند؛ آنها رونوشت یکدیگرند.نوترون ها نیز همین طورند: هر نوترون مانند دیگر نوترون ها است.در هسته های سبک تعداد نوترون ها و پروتون ها تقریبا برابر است؛ در هسته های سنگین تر تعداد نوترون ها از پروتون ها بیشتر است.بار الکتریکی پروتون ها مثبت است و دیگر بارهای مثبت را دفع می کند، اما بارهای منفی را جذب می کند. پس بارهای الکتریکی همنام یکدیگر را دفع و بارهای الکتریکی ناهمنام یکدیگر را جذب می کنند.به سبب همین بار مثبت پروتون ها در هسته که ابر الکترون های دارای بار منفی اطرافش را جذب می کند و اتم را تشکیل می دهد.

الکترون ها جریان الکتریسیته را در مدارهای الکتریکی بوجود می آورند. آنها بسیار سبک اند، تقریبا 2000 بار سبک تر از نوکلئون ها، در نتیجه سهم چندانی در جرم اتم ندارند. یک الکترون در یک اتم با الکترون درون یا بیرون هر اتم دیگر یکسان است.الکترون ها، الکترون های دیگر را دفع می کنند، اما الکترون های یک اتم را جاذبه هسته دارای بار مثبت کنار هم نگه می دارد.

تعداد پروتون های هسته به لحاظ الکتریکی با تعداد مساوی الکترون هایی متوازن می شود که دور هسته می چرخند.خود اتم به لحاظ الکتریکی خنثی است، پس معمولا اتم های دیگر را جذب یا دفع نمی کند. اما وقتی اتم ها نزدیک هم باشند، الکترون های منفی هر اتم ممکن است گاهی به هسته مثبت اتم دیگر نزدیکتر باشند، که جاذبه خالصی را بین اتم ها بوجود می آورد. بدین سبب است که بعضی اتم ها با هم ترکیب می شوند و مولکول ها را به وجود می آورند.

این واقعیت که الکترون ها یکدیگر را دفع می کنند پیامد های شگفت انگیزی دارد.مثلا، وقتی اتم های دست شما اتم های دیوار را می فشارد، دافعه الکتریکی مانع عبور دست شما از دیوار می شود.همین دافعه الکتریکی مانع فرو رفتن ما در کف جامد اتاق می شود.همینطور حس لامسه ما را بوجود می آورد.<ref name="multiple"> فیزیک مفهومی / تالیف پل جی. هیوئیت / مترجم منیژه رهبر / انتشارات فاطمی </ref>


تصویر پردازی اتمی[ویرایش]

اتم ها بسیار کوچک تر از آن اند که بتوان آنها را با نور مرئی دید.می‌توانید آرایه ای از میکروسکوپ های اپتیکی را روی هم سوار کنید ولی هرگز یک اتم را نمی بینید زیرا نور متشکل از امواج است و اتم ها از طول موج نور مرئی کوچک ترند.اندازه ذره ای که با بیشترین بزرگنمایی می‌توان مشاهده کرد باید از طول موج نور مرئی بیشتر باشد.این موضوع را در مقایسه با امواج آب بهتر می‌توان فهمید. کشتی بسیار بزرگ تر از موج های آبی است که از کنار آن می گذرند. امواج آب ویژگی های کشتی را نمایان می سازند، امواج هنگام عبور از کشتی پراشیده می شوند.اما برای امواجی که از کنار زنجیر لنگر می گذرند پراشی صورت نمی گیرد. پس اطلاعات حاصل از آن اندک یا صفر است.همین طور امواج نور مرئی در مقایسه با امواج اتم درشت تر از آن اند که جزئیات اندازه و شکل اتم ها آشکار سازند.اتم ها به طرز باورنکردنی کوچک اند.

اما در شکل زیر تصویری از اتم ها مشاهده می کنید – تصویر تاریخی سال 1970 از زنجیره های تک تک اتم های توریم.این تصویر عکس نیست بلکه نگاشتی الکترونی است- این تصویر به کمک نور بدست نیامد، بلکه با باریکه نازکی از الکترون ها در میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) گرفته شده، که سازنده آن آلبرت کرو از انستیتو انریکو فرمی دانشگاه شیکاگو است.یک باریکه الکترون، مانند آنچه تصویر را روی صفحه تلویزیون های اولیه تشکیل می داد، باریکه ای از ذراتی است که ویژگی های موجی دارند.طول موج باریکه الکترون از طول موج نور مرئی کوچک تر است، و اتم ها از طول موج های کوچک باریکه الکترون بزرگ ترند. ریز نگار الکترونی کرو اولین تصویر از تک تک اتم ها با توان تفکیک بالاست.<ref name="multiple"> فیزیک مفهومی / تالیف پل جی. هیوئیت / مترجم منیژه رهبر / انتشارات فاطمی </ref>

Resized image2 843fc2bdebd221d0891ff5c1edf0a99c.jpg



جستاره ای دیگر[ویرایش]

منبع[ویرایش]

<references />