الحوار المتمدن - موبايل
الموقع الرئيسي


رحلة الكون عبر الزمن(11) قوانين الحفظ والبقاء

سامح سعيد عبود

2009 / 6 / 29
الطب , والعلوم


إذا كانت قوانين حفظ وبقاء كل من المادة والكتلة والطاقة قد ثبتت صحتها بما لا يدع مجالاً للشك، فإن الجسيمات الأولية قد ثبت بشأنها أيضا العديد من قوانين الحفظ والبقاء للعديد من خواص هذه الجسيمات بل وأيضا أنواع هذه الجسيمات، وهذه القوانين فى حقيقتها هى تفريعات للقانون الأساسى لحفظ و بقاء المادة، والذى يعنى ثبات كميتها وأزليتها وأبديتها، ونستطيع أن نذكر منهم على سبيل المثال لا الحصر.
(ا) قانون حفظ وبقاء الشحنة
الذى ينص على أن الجسيمات تتكون وتتلاشى كأزواج، ودون اى إستثناء بحيث يكون لكل منها شحنة مختلفة، ولاشك أن هذا أسهل ما يمكن أن أورده من الأمثلة الدالة على حفظ وبقاء الخواص التى تتصف بها الجسيمات الأولية، فنحن على الأقل نعلم ما هى الشحنات الكهربية، وما العلاقات التى تربط بينها و بين الأجسام المشحونة بها، وهو ما لا يحتاج لشرح بعكس الكثير من الخواص التى تحتاج لشرح مفصل، وهى أيضا خواص تشملها قوانين الحفظ و البقاء.
(ب) حفظ و بقاء الجسيمات الأولية
تنقسم الجسيمات الأولية إلى جسيمات خفيفة أو بسيطة، و جسيمات ثقيلة أو معقدة، الجسيمات الخفيفة مثل الإلكترونات، و الجسيمات الخفيفة المضادة مثل البوزيترونات وهى الجسيمات المعادلة للإلكترونات فى المادة الضد وشحنتها موجبة على عكس الإلكترون و الجسيمات الثقيلة مثل البروتونات و الجسيمات الثقيلة المضادة مثل البروتونات الضد وهى الجسيمات المعادلة للبروتونات فى المادة الضد وشحنتها سالبة على عكس البروتون.
فإن قانون حفظهما ينص على "أن المجموع الجبرى لكل من هذه الجسيمات و أضداد هذه الجسيمات لابد و أن يكون عدد ثابت لا يتغير أبداً، فالعدد الكلى للجسيمات الأولية الخفيفة مطروحا منها العدد الكلى للجسيمات الأولية الخفيفة مطروحا منها العدد الكلى للجسيمات الاولية الخفيفة المضادة يعتبر رقم بقاء لا يتغير أبداً ، كذلك العدد الكلى للجسيمات الثقيلة مطروحا منها العدد الكلى للجسيمات الثقيلة المضادة يعتبر رقم بقاء لا يتغير
الحقيقة والتى لابد وأن نعرفها هى إنه مهما تناهى جسيم فى الصغر فأنه لا يتلاشى من دون أثر، و لا يمكن أن ينشأ من لاشىء أو عدم، فهو فى الحقيقة يتحول من شكل لآخر، دون فقد فى أى من خصائصه الأساسية، فأى تلاشى لأى جسيم، لابد و أن يؤدى لظهور جسيم مادى آخر، أو عدد من الجسيمات تساوى كتلتها وطاقتها، و مقادير خواصها المختلفة مجموع كتل وطاقات وخواص الجسيم المتلاشى دون زيادة أو نقصان، وفى جميع عمليات التحول يبقى مجموع صفات الجسيم و خواصه ما قبل التحول مساوية لمجموع الجسيمات ما بعد التحول وخواصها من شحنات و كتل و طاقات .. الخ
(ج) شكل حركة الجسيم تحدد نوعه و وظيفته.
هناك أيضا أحد الخواص الأساسية و التى تتمتع بدورها بالحفظ والبقاء، وهذه الخاصية هى اللف، وهى خاصية مرتبطة بحركة ذاتية للجسيم الأولى حول نفسه يصعب شرحها، إلا أنها تشبه حركة المغزل ، الا أن المدهش إن هذه الحركة الذاتية للجسيم الأولى حول نفسه التى يوجد عليها تحدد نوعه فيما إذا كان هذا الجسيم من جسيمات الكتلة أم من كمات الطاقة، وهنا نصادف فى الطبيعة أن الحركة ليست فقط سمة من سمات المادة، بل أن شكل الحركة نفسه هو من يحدد طبيعة المادة ..
فالجسيمات ذات اللف نصف هى جسيمات الكتلة مثل البروتونات والإلكترونات والنيوترونات وغيرها التى تصنع الوجود كله من حولنا، أما الجسيمات من اللفوف الأخرى فهى جسيمات حمل القوى أو كمات الطاقة أو المجال، مثل الجلونات والفوتونات والجرافيتونات والبوزونات، و هى التى ينشأ عن تبادلها بين جسيمات و أجسام الكتلة الفعل أو الحركة .. فالحركة الذاتية للجسيم حول نفسه أذن هى التى تعطيه خواصه و وظائفه وهى التى تجعله جسيم من جسيمات الكتلة أم كم من كمات الطاقة ..كما تفصل سرعة الضوء أيضا بين جسيمات الكتلة و كمات الطاقة كما سبق وأشرنا.
(د ) خضوع جسيمات المادة لمبدأ هام هو مبدأ الاستبعاد.
و الذى ينص على إن أى جسيمين من جسيمات الكتلة لا يمكن أن يوجدا فى نفس الحالة أى إنها لا يمكن أن يكون لهما معا نفس الموضع و لا نفس السرعه فى حين لا تخضع كمات الطاقة لنفس المبدأ مما يعنى توفرها بكثرة فى الطبيعة على عكس جسيمات الكتلة.
ولو كان العالم مخلوقا دون مبدأ الاستبعاد ، فإن الكواركات لم تكن لتشكل بروتونات ونيوترونات منفصلة جيدة التحدد، ولما كانت البروتونات والنيوترونات هى و الإلكترونات لتشكل ذرات منفصلة جيدة التحدد، و إنما كانت كلها ستتقلص لتشكل ما هو بالتقريب حساءاً كثيفا متسقا.
(ه) هل تدور الإلكترونات فى مدارات معينة حول النواة كما تدور الكواكب حول النجوم ؟
وضع نيلز بوهر النموذج الأحدث لتركيب الذرة بعد سلسلة من النماذج التى وضعها علماء سابقين عليه مثل راذر فورد وطومسون وهى نماذج لم تلقى قبولا من العلماء، إلا أن تطوير النموذج انتهى فى الحقيقة إلى أن الإلكترونات لا تدور فى مدارات معينة حول النواة كما تدور الكواكب حول النجوم فما هو البديل إذن عن المدارات التى كنا نظن أن الإلكترونات تدور فيها حول النواة ؟ تتواجد الإلكترونات فى سحابات حول النواة، و ليست هذه السحابات إلا توزيعات إحتمالات تواجد الإلكترون فى الذرة، باعتبار أننا لا يمكن لنا تحديد مكان الإلكترون بدقة وفقا لمبدأ عدم اليقين الذى صاغه هيزنبرج.
نحن نعرف بأن طاقة الوضع للإلكترون فى الذرة تتحدد بمقدار بعده عن النواة، و إن مجموع الطاقات المسموح بها لتواجد الإلكترونات حول النواة يناظر مجموع المسافات المسموح بها من النواة، وبالتالى فعلينا تصور وجود الإلكترون فى سحابة إحتمال، وتكون السحابة أكثر كثافة فى الأماكن التى يكون فيها إحتمال تواجد الإلكترون أكبر إحتمالاً، وتكون السحابة أكثر شفافية فى الأماكن الأقل إحتمالاً . هذه السحابات المفترضة منا ، تشكل فى الحقيقة طبقات معينة على مسافات محددة من النواة، بحيث تتقارب مع بعضها البعض كلما بعدنا عن النواة، حيث الطبقات الأقرب للخارج، و التى تزداد إتساعا كلما بعدنا عن النواة، بحيث لا تسمح إلا بتواجد عدد معين من الإلكترونات يتعين بمقدار ضعف مربع رقم الطبقة الرئيسية حول النواة، حيث ن رقم الطبقة الرئيسية حول النواة مبتدئين من النواة، بحيث لا تسمح الطبقة الأولى الأقرب إلى النواة إلا بتواجد إلكترونين حيث ن= 1، و الثانية 8 إلكترونات حيث ن2 = و الثالثة 18 إلكترونا حيث ن= 3وهكذا، إلا أن الأمر لا يسير على هذا المنوال البسيط، حيث أن ضرورات الواقع تتحكم لاحداث تشكيلات أعقد، تعبر عنها قوانين أخرى مكملة، فما هى هذه الضرورات؟
حيث أن الإلكترون ذو طابع مزدوج (جسيم/موجة) فلابد أن يكون حجم هذه الطبقات، يتناسب مع الأطوال الموجية الكاملة للإلكترونات التى تسمح بتواجدها فيها بلا زيادة أو نقصان ، فلو عرفنا طول الموجة المادية للإلكترون الناتجة عن حركته، وعرفنا مساحة مسطح الطبقة ، لعرفنا ضرورة عدم إتساعها إلا لعدد معين من الإلكترونات لا يمكن أن تسمح بأكثر منه .
وفى الذرات الأكثر تعقداً من الهيدروجين حيث يظهر أكثر من إلكترون فى الذرة، فإن الإلكترونات تتبادل الفعل مع النواة، حيث يتبادلا التجاذب، إلا أن حركة الإلكترون حولها تدفع به بعيداً عن النواة وفقا لقوة الطرد المركزية الناتجة عن دورانها حول النواة ، كما تتنافر الإلكترونات فيما بينها، و تندفع بعيداً عن بعضها البعض لأنها تحمل شحنات سالبة متشابهة.
و حسب مبدأ الاستبعاد السابق الذكر، فإن كل طبقة لن تتسع إلا إلى إلكترونين فقط يختلفان فى إتجاه اللف .. وبالتالى فأن ما تحدثنا عنه من طبقات رئيسية منذ قليل ينقسم إلى طبقات فرعية يتسع كل منها إلى إلكترونين فقط ، حيث تكون كل طبقة رئيسية منقسمة لطبقات فرعية تتقاطع مع الطبقة الرئيسية التى تنقسم إليها.
والمبدأ الآخر الذى يتحكم فى ترتيب الإلكترونات حول النواة، هو إنه يتم توزيع الإلكترونات على الطبقات المختلفة فى الحالة المستقرة للذرة المتعددة الإلكترونات، بحيث تكون طاقة الذرة عندئذ أصغر ما يمكن، وعليه تمتلىء المدارات الذرية حسب إزدياد طاقتها، على أن لا يتعارض هذا مع مبدأ باولى الذى ينص على تكون الذرة أكثر ثباتا من غيرها، إذ كان فيها أقل قدر ممكن من طاقة الوضع.
وهذا المبدأ هو الذى يفسر لماذا لا تمتلئ الطبقات الخارجية للذرات المعقدة بالكامل رغم إتساعها لذلك، و كما تترتب الجسيمات الأولية وفق أوضاع محددة، وعلى مسافات معينة، تحددها الأطوال الموجية لجسيمات الكتلة و كمات الطاقة التى تحملها جسيمات حمل القوى، التى تربط الجسيمات الأولية، و كل هذا بترتيب واضح، نستطيع تفسيره وبضرورات محددة، هى الارتباط الشامل الذى لا فكاك منه بين مظاهر الجسيم المختلفة من طاقة وحركة وكتلة وموجة السابق إيضاحه فيما سبق، كما نجد أيضا أن الذرات حين ترتبط ببعضها تتواجد فى أوضاع محددة داخل الجزىء، وعلى مسافات معينة من بعضها البعض، وتنتظم وفق ضرورات محددة، وتتبادل الفعل بينها بواسطة القوى الكهرومغناطيسية التى تربط بينها، وتجعل إلكتروناتها تتشابك فيما بينها عند اكتسابها أو افتقادها لكمات الطاقة التى تحمل تلك القوى.





التعليق والتصويت على الموضوع في الموقع الرئيسي


اخر الافلام

.. ظاهرة فلكية تحول ليل مدينة برتغالية إلى نهار


.. جامعة العلوم التطبيقية تقيم يوم المهن بمشاركة أكثر من 50 مؤس



.. تفاعلكم الحلقة كاملة | ماسك يوقع شهادة الوفاة الرسمية لتويتر

.. تفاعلكم | إيلون ماسك يوقع شهادة الوفاة الرسمية لتويتر




.. 3 سيناريوهات لإصابة علي معلول في وتر أكيليس.. اعرفها من د.مص