Skip to main content
Global

1.8: الكون الصغير جدًا

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    197571

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    من المحتمل أن تكون المناقشة السابقة قد أثارت إعجابك بأن الكون كبير للغاية وفارغ بشكل غير عادي. في المتوسط، يكون فارغًا 10000 مرة أكثر من جهاز Galaxy الخاص بنا. ومع ذلك، كما رأينا، حتى المجرة هي في الغالب مساحة فارغة. يحتوي الهواء الذي نتنفسه على\(10^{19}\) ذرات تقريبًا في كل سنتيمتر مكعب - وعادة ما نفكر في الهواء كمساحة فارغة. في الغاز بين النجوم في المجرة، هناك حوالي ذرة واحدة في كل سنتيمتر مكعب. يتم ملء الفضاء بين المجرات بكميات قليلة جدًا بحيث للعثور على ذرة واحدة، في المتوسط، يجب علينا البحث في متر مكعب من الفضاء. معظم الكون فارغ بشكل خيالي؛ الأماكن الكثيفة، مثل جسم الإنسان، نادرة للغاية.

    حتى المواد الصلبة الأكثر شيوعًا لدينا هي في الغالب الفضاء. إذا تمكنا من تفكيك مثل هذه المادة الصلبة، قطعة قطعة، فسوف نصل في النهاية إلى الجزيئات الصغيرة التي تتكون منها. الجزيئات هي أصغر الجسيمات التي يمكن تقسيم أي مادة إليها مع الاحتفاظ بخصائصها الكيميائية. جزيء الماء (\(\ce{H2O}\))، على سبيل المثال، يتكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين واحدة مرتبطة ببعضها البعض.

    الجزيئات، بدورها، مبنية من الذرات، وهي أصغر جزيئات العنصر الذي لا يزال من الممكن تحديده على أنه هذا العنصر. على سبيل المثال، ذرة الذهب هي أصغر قطعة ذهبية ممكنة. يوجد ما يقرب من 100 نوع مختلف من الذرات (العناصر) في الطبيعة. معظمها نادر، ولا يمثل سوى عدد قليل منها أكثر من 99٪ من كل شيء نتواصل معه. يتم سرد العناصر الأكثر وفرة في الكون اليوم في الجدول\(\PageIndex{1}\)؛ فكر في هذا الجدول على أنه «أعظم الضربات» للكون عندما يتعلق الأمر بالعناصر.

    الجدول\(\PageIndex{1}\): العناصر الوفيرة من الناحية الكونية
    العنصر الرمز عدد الذرات لكل مليون ذرة هيدروجين
    هيدروجين ح 1,000,000
    هيليوم هو 80,000
    كربون ج 450
    نيتروجين ن 92
    أكسجين O 740
    نيون جديد 130
    المغنيسيوم ملغ 40
    السيليكون سي 37
    كبريت ثانية 19
    الحديد عنصر الحديد 32
    تم ترتيب قائمة العناصر هذه بترتيب العدد الذري، وهو عدد البروتونات في كل نواة.

    تتكون جميع الذرات من نواة مركزية موجبة الشحنة محاطة بإلكترونات سالبة الشحنة. يوجد الجزء الأكبر من المادة في كل ذرة في النواة، والتي تتكون من بروتونات موجبة ونيوترونات محايدة كهربائيًا ترتبط جميعها بإحكام في مساحة صغيرة جدًا. يتم تعريف كل عنصر من خلال عدد البروتونات في ذراته. وبالتالي، فإن أي ذرة تحتوي على 6 بروتونات في نواتها تسمى الكربون، وأي ذرة تحتوي على 50 بروتونًا تسمى بالقصدير، وأي ذرة تحتوي على 70 بروتونًا تسمى الإيتربيوم. (للحصول على قائمة بالعناصر، انظر الملحق K.)

    عادةً ما تكون المسافة من نواة الذرة إلى إلكتروناتها 100000 ضعف حجم النواة نفسها. هذا هو السبب في أننا نقول أنه حتى المادة الصلبة هي في الغالب مساحة. الذرة النموذجية خالية بكثير من النظام الشمسي حتى نبتون. (المسافة من الأرض إلى الشمس، على سبيل المثال، هي 100 مرة فقط من حجم الشمس.) هذا هو أحد الأسباب التي تجعل الذرات ليست مثل الأنظمة الشمسية المصغرة.

    من اللافت للنظر أن علماء الفيزياء اكتشفوا أن كل ما يحدث في الكون، من أصغر نواة ذرية إلى أكبر المجموعات الفائقة من المجرات، يمكن تفسيره من خلال عمل أربع قوى فقط: الجاذبية والكهرومغناطيسية (التي تجمع بين أفعال الكهرباء والمغناطيسية)، واثنتان القوى التي تعمل على المستوى النووي. إن حقيقة وجود أربع قوى (وليس مليونًا أو واحدة فقط) قد حيرت الفيزيائيين وعلماء الفلك لسنوات عديدة وأدت إلى البحث عن صورة موحدة للطبيعة.

    محاكاة Phet: بناء الذرة

    لتكوين ذرة، جسيم بجسيم، تحقق من هذه الرسوم المتحركة الموجهة لبناء ذرة.