هل سمعتم بعالم تخذلكم فيه رياضيات المرحلة الابتدائية؟ عالم لا يخضع لقوانين الجبر البسيطة، حيث لا يكون ناتج جمع الواحد و الإثنين يساوي ثلاثة.
للإستماع للمقالة:
لنوجه بصرنا نحو هذا العالم الغريب، "أي عالم الذرة" حيث لا تتصل قطع الأحجية كما اعتدنا لها أن تتصل! ولا تستقر الأحداث كما ألفنا لها أن تستقر! ولنتمكن من دخوله، علينا أن نسلط الضوء على إحدى عجائبه "العيب الكتلي للنواة".
فلنتخذ ذرة الهيليوم لكي تكون المرشد الذي سيأخذ بأيدينا خلال هذه الرحلة، ولنبدأ قليلاً باسترجاع ما نعرفه عنها...
كما نعلم، العدد الذري للهيليوم هو 2، و بالتالي فإنه يحتوي على بروتونين و نيوترونين في نواته. بالإضافة إلى إلكترونين سالبين يدوران حولها (في الذرة المتعادلة).
و لجعل حياتنا أسهل، سنتجاهل الإلكترونين في عرضنا لقضية كتلة الانوية. حيث أنهما لا يعدان من مكونات النواة وكتلتهما يمكن ان نعتبرها مهملة.
بعد أن استقصينا الإلكترونين، فالنعد لذرة الهيليوم. يتبقى مصدر الكتلة للنواة، و هو النيوترونان و البروتونان. و الآن، فالنختبر رياضياتنا، بروتونان و نيوترونان، يبدوا الأمر بسيطاً:
كتلة النواة = 2 مضروباً في كتلة البروتون + 2 مضروباً في كتلة النيوترون
و الآن، لنلق نظرة على الكتلة المقاسة مخبرياً:
ما الغريب في ذلك؟
بالمقارنة بين الرقمين، نرى أن كتلة النواة التي تم قياسها مخبرياً أصغر من تلك التي قمنا بحسابها
بفارق 0.051x 10^(-27) kg "و الذي يسمى بالعيب الكتلي للنواة"، و هو فارق لا يمكن الإستهانة به في الساحة الذرية!
قد يظن البعض أن الاختلاف ناتج عن فرق في دقة الأرقام. إلا أنه مهما بلغت الأرقام من دقة، سنصل إلى النقطة ذاتها، حيث كتلة مكونات النواة منفصلةً أكبر من تلك التي تم قياسها للمكونات عندما
لتفسير ذلك، يأتي دور عالمنا الشهير أينشتاين و نسبيته الخاصة (E = mc^2) حيث:
الطاقة = الكتلة × سرعة الضوء^2
أي أننا لا يمكننا الفصل بين الطاقة والكتلة عند الحديث عن اي منهما. أو بعبارة أخرى، يمكن للكتلة أن تتحول إلى طاقة، و الطاقة أيضا بوسعها التحول إلى كتلة![3]
في مرحلة تكوّن الأنوية ترتبط النيوترونات و البروتونات بقوةٍ تسمى "بالقوة النووية القوية"، و هي قوية جدا بحيث تجعل للنواة حجما صغيراً "لا يتعدى قطر النواة 0.01% من القطر الكلي للذرة"[4]. ولكي تتم هذه الرابطة لا بد من تحول بغض الكتلة إلى طاقة ربط بين البروتونات والنيوترونات، حتى تبقى النواة متماسكة بقوة.
وكما أخبرنا أينشتاين، لا يمكن فصل الكتلة عن الطاقة، أي أن فقدان الكتلة سببه تحولها إلى طاقة ربط بين البروتونات والنيوترونات!
المصادر:
كتابة:
أمل مرزوق
"طالبة فيزياء، بجامعة البحرين، يشكل الفلك محور اهتماماتي ومنه تندرج هواياتي كرصد الأفلاك، القراءة، وعبر روابط غريبة.. الإلكترونيات، تعلم اللغات والكتابة، وغيرها، أسعى لجعل علم الفيزياء في متناول الجميع، بمحاولة نقله بلغة بسيطة قادرة على تغيير النظرة الشائعة نحوه"
مراجعة وتدقيق:
علي ميرزا عيسى
"فيزيائي، وهاوي فلك"
Comments