ما مدى صغر الذرة؟

ما مدى صغر الذرة؟ وما الذي يوجد بداخلها؟
يتضح أن الجواب مذهل، حتى بالنسبة للذين يعتقدون أنهم يعرفون. هذه الرسوم المتحركة السريعة الوتيرة تستخدم استعارات مثيرة (تخيلوا عنيبة بحجم ملعب كرة قدم!) لاستيعاب المحتوى الداخلي لوحدات البناء التي تشكل عالمنا.

الدرس من إعداد: جوناثان بيرجمان، تحريك: كوغنيتيف ميديا.

(موسيقى)

ربما تعلمون أن كل شيء يتكون من

أجزاء صغيرة جدا تسمى الذرات.

وقد تعلمون أيضا أن كل ذرة تتكون من جسيمات أصغر

تدعي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات.

وقد سمعتم بالطبع أن الذرات صغيرة.

ولكن أراهن أنكم لم تفكروا قط في مدى صغر الذرة.

حسنا، الجواب أنها حقا صغيرة جدا.

وستتساءلون، ما مدى صغر الذرات؟

ولتفهموا هذا، دعنا نطرح هذا السؤال:

كم عدد الذرات موجود في الليمون الهندي؟

حسنا دعنا نفترض أن الليمون الهندي يتكون من ذرات النيتروجين فقط،

وهذا ليس صحيحا طبعا، لكن هناك ذرات نيتروجين في الليمون الهندي.

حسنا، لمساعدتك على تصور هذا، دعونا نضخم كل الذرات

إلى حجم عنبية.

إذن بأي قدر من الكبر يجب أن يكون الليمون الهندي؟

حسنا يفترض أن يكون بنفس حجم .. حسنا، في الواقع، بحجم الأرض.

وذلك جنوني! تقصد القول أنه إن ملأت الأرض بالعنب البري،

سيكون لدى نفس عدد ذرات النتروجين في الليمون الهندي؟

وهذا صحيح! فما مدى كبر الذرة إذن؟

حسنا، إنها حقا صغيرة بالفعل.

وتعلمون ماذا؟

الأمور تصبح أكثر جنونية.

دعونا ننظر الآن داخل كل ذرة - أي العنيبة، صحيح؟ -

ما الذي ترونه هناك؟

في مركز الذرة شيء يدعى النواة،

والتي تحتوي على البروتونات والنيوترونات،

وفي الخارج وسوف تشاهد الإلكترونات.

فما مدى كبر الذرة إذن؟

حسنا، إذا كانت الذرات مثل العنب البري في الأرض، ما مدى كبر النواة إذن؟

قد تتذكرون الصور القديمة للذرة من صف علومكم،

حيث رأيتم هذه النقطة الصغيرة في الصفحة بسهم يشير إلى النواة.

حسنا، تلك الصور، لم ترسم بسلم،

فهي خاطئة نوعا ما.

ما مدى كبر النواة إذن؟

فإن قمتم بفتح العنيبة إذن

وبحثتم عن النواة،

تعلمون ماذا؟ سوف تكون غير مرئية.

صغيرة جدا لنراها!

طيب. دعونا نضخم حجم الذرة - العنيبة -

بحجم منزل.

تخيلوا كرة بعلو منزل بطابقين.

دعونا ننظر للنواة في مركز الذرة.

وتعلمون ماذا؟ ستكون بالكاد مرئية.

ولتفهم أذهاننا مدى كبر النواة،

نحن بحاجة إلى تضخيم العنيبة إلى حجم ملعب كرة قدم.

إذن، تخيلوا كرة بحجم ملعب كرة قدم،

وفي مركز الذرة تماما

سوف تجدون النواة، وتستطيعون رؤيتها!

ستكون بحجم كرة رخامية صغيرة.

وهناك أكثر من ذلك، إن لم أك قد أبهرتكم حتى الآن.

دعونا نعتبر الذرة لمزيد من الوقت. إنها تحتوي على البروتونات والنيوترونات والإلكترونات.

البروتونات والنيوترونات تعيش داخل النواة،

وتحوي كل كتلة الذرة تقريبا.

وعلى الحافة بعيدا توجد الإلكترونات.

فإن كانت الذرة بحجم ملعب كرة قدم،

بنواة في مركزه، والإلكترونات على الحافة،

ما الذي يوجد بين النواة والإلكترونات؟

المثير للدهشة، أن الجواب هو مساحة فارغة.

(ضجيج الرياح)

وهذا صحيح. فراغ!

بين النواة والإلكترونات، هناك مناطق شاسعة من المساحات الفارغة.

حسنا، تقنيا هناك بعض الحقول الكهرومغناطيسية،

ولكن من حيث الأشياء والمواد فإنه فارغ.

تذكرون هذه المنطقة الشاسعة من المساحة الفارغة

داخل العنيبة، والتي هي داخل الأرض،

والتي هي في الحقيقة الذرات في الليمون الهندي.

طيب، شيء آخر، إن كان ممكنا أن أصبح أكثر غرابة.

بما أنه عمليا كل كتلة الذرة هي النواة -

الآن، هناك مقدار من الكتلة في الإلكترونات،

ولكن معظمها في النواة -

ما مدى كثافة النواة؟

حسنا، الجواب جنوني.

كثافة نواة نموذجية

هو أربع ضرب 10 مرفوعة إلى قوة 17 كيلوغرام للمتر المكعب.

لكن من الصعب تصور ذلك. طيب، سأذكر ذلك بالوحدات الإنجليزية.

اثنان ونصف ضرب 10 مرفوعى إلى 16

رطلا في كل قدم مكعب.

حسنا، لا يزال من الصعب نوعا ما استيعابه.

حسنا، هنا ما نريد منك القيام به.

اصنع صندوقا مربعا بطول قدم واحدة.

والآن دعونا نأخذ كل النوى من سيارة قياسية.

الآن، السيارات في المتوسط تزن طنين.

كم عدد نوى السيارات التي عليك وضعها في الصندوق

ليكون صندوقك المربع بضلع قدم واحد بنقس كثافة النواة؟

هل هي سيارة واحدة؟ اثنتان؟ ماذا عن 100؟

كلا وكلا وكلا.

والجواب أكبر بكثير.

إنها 6.2 مليار.

وهذا يساوي تقريبا عدد الناس في الأرض.

حتى إذا كان الجميع في الأرض يمتلكون سياراتهم الخاصة -

وذلك غير صحيح -

ووضعنا كل هذه السيارات في مربعك،

سيكون ذلك بقدر كثافة نواة.

لذلك فما أقوله هو أنه إن أخذت كل سيارة في العالم
ووضعتها في مربعك ذي طول قدم واحد،

ستحصل على كثافة نواة واحدة.

حسنا، دعونا نسترجع.

الذرة هي حقا صغيرة جدا.

فكروا في ذرات الليمون الهندي مثل العنب البري بالنسبة للأرض.

النواة صغيرة بشكل جنوني.

الآن انظروا إلى داخل العنيبة، وضخموها إلى حجم ملعب كرة قدم،

والنواة هي الآن كرة رخام صغيرة في الوسط.

تتكون الذرة من مناطق شاسعة من المساحات الفارغة.

وهذا غريب.

لدى النواة كثافة عالية بشكل جنوني.

فكروا في جميع تلك السيارات إن وضعت في مربعك ذي طول قدم واحد.

أعتقد أنني قد تعبت.

(تثاؤب)