آمن الإغريق القدماء بأن كل شيء يتكوّن من حفنة قليلة من العناصر الأساسية. كانت فكرتهم صحيحة في جوهرها، أما التفاصيل فلم تكن كذلك؛ إذ إن العناصر الأساسية - الأرض والهواء والنار والماء - التي رأوا أن كل شيء يتألف منها، تتألف هي الأخرى بدورها مما نعرفه اليوم باسم العناصر الكيميائية. فالماء الصافي يتألف من عنصرين كيميائيين؛ هما الهيدروجين والأكسجين، والهواء يتألف في معظمه من النتروجين والأكسجين، مع مسحة من الكربون والأرجون. تحتوي قشرة الأرض على معظم العناصر التسعين الموجودة في عالمنا بصورة طبيعية، وأبرزها الأكسجين والسليكون والحديد، والمختلطة بالكربون والفسفور والكثير من العناصر الأخرى التي لم يسبق لك على الأرجح أن سمعت بها على غرار الروثينيوم والهولميوم والروديوم.

 تتفاوت العناصر من حيث وفرتها تفاوتاً عظيمًا، وكقاعدة عامة، فإن أول العناصر التي تتبادر إلى ذهنك هي من أكثر العناصر شيوعًا، بينما تلك التي لم يسبق لك أن سمعت بها من قبل قطُّ، هي العناصر الأندر. ومن ثَمَّ فإن الأكسجين هو أول ما يتبادر إلى ذهنك؛ فمع كل شهيق، يدخل جسدك ملايين مليارات المليارات من ذرات الأكسجين، وهو ما يفعله الخمسة مليارات شخص الذين يعيشون على سطح الكوكب، إضافة إلى عدد لا يُحصى من الحيوانات، كما يتبقى الكثير والكثير من ذرات الأكسجين لتأدية أعمال أخرى.

ومع الزفير، تخرج هذه الذرات من جسدك بصحبة ذرات الكربون مكونة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون؛ ذلك الوقود الذي تعيش عليه الأشجار والنباتات. أعداد هذه الذرات هائلة، ويشغل عنصُرَا الأكسجين والكربون مكانًا في القاموس اللغوي لكل شخص. قارن هذا بعناصر كالأستاتين أو الفرانسيوم؛ فحتى لو كنت قد سمعت بهذين العنصرين من قبل، فمن غير المرجح أن تكون قد صادفت أيهما في الطبيعة؛ إذ يقدر أن ثمة أقل من أوقية واحدة من الأستاتين في قشرة الأرض، أما الفرانسيوم فقد زُعم أنه في أي لحظة بعينها لا يوجد منه إلا نحو ۲۰ ذرة على الأرجح في العالم حولنا.

الذرة هي أصغر جزء من العنصر يمكن التعرُّف منه على هوية هذا العنصر. وأغلب هذه العناصر - على غرار الأكسجين الذي تتنفسه والكربون الموجود في جلدك -  تكون في النجوم منذ نحو خمسة مليارات عام، حين كانت الأرض في طور التكوين. الهيدروجين والهليوم أقدم من ذلك؛ فأغلب ذرات الهيدروجين تكوَّنَتْ بعد الانفجار العظيم بوقت يسير، ثم وفَّرَتْ بعد ذلك الوقود للنجوم، التي تكوَّنَتْ داخلها بقية العناصر الأخرى.

فكر ثانيةً في نَفَس من الأكسجين وما يدخل إلى رئتيك من ملايين مليارات المليارات من الذرات. هذا من شأنه أن يمنحك فكرةً عن مدى صغر حجم الذرة. ثمة سبيل آخر ويتمثل في النظر إلى النقطة التي تنتهي بها هذه العبارة يحتوي الحبر الذي تتكون منه هذه النقطة على 100 مليار ذرة كربون، ولرؤية إحدى هذه الذرات بالعين المجردة ستحتاج إلى تكبير النقطة حتى يصل قطرها إلى 100 متر. منذ مائة عام كان من المعتقد أن الذرات أجسام غير قابلة للاختراق، وكأنها كرات بلياردو ضئيلة الحجم، لكننا نعرف اليوم أن كل ذرة لها بنية داخلية معقدة. في مركز الذرة هناك النواة الكثيفة المضغوطة، التي تمثل كتلة الذرة كلها تقريبا وتحمل شحنة كهربية موجبة في النطاق الخارجي للذرة هناك جسيمات خفيفة بالغة الصغر تُسمَّى «الإلكترونات». للإلكترون شحنة سالبة، والجذب المتبادل بين الشحنتين المتعارضتين هو ما يُبقي الإلكترونات السالبة الشحنة على دورانها حول النواة المركزية الموجبة الشحنة. انظر إلى النقطة التي تنتهي بها العبارة مرة أخرى. ذكرت سلفًا أنك كي ترى إحدى الذرات بالعين المجردة ستحتاج إلى تكبير النقطة حتى يصل قطرها إلى 100 متر. هذا حجم هائل، لكن من الممكن تصوره. لكن كي ترى نواة الذرة، ستحتاج إلى تكبير النقطة إلى أن يصل قطرها إلى 10 آلاف كيلومتر؛ أي يصير قطرها مماثلا لقطر الأرض من القطب للقطب.

المساحة بين النواة المركزية المضغوطة والإلكترونات البعيدة التي تدور حولها تتألف في الأغلب من فضاء خاو. هذا ما تؤكده كُتُب عدة، وهو أمر صحيح من منظور الجسيمات التي تؤلّف الذرات، حيث أن هذا نصف القصة وحسب. فهذا الفضاء مليء بمجالات كهربية ومغناطيسية قوية لدرجة تجعلها قادرة على منعك تمامًا من محاولة دخول فراغ الذرة وهذه المجالات هي ما تعطي المادة صلابتها، حتى رغم (الخواء) الذي يُفترض أن تكون عليه ذراتها. وبينما أنت جالس تقرأ هذه الكلمات، يفصل بين جسدك وبين ذرات الكرسي الذي تجلس عليه مسافة قدرها ذرة واحدة بفعل هذه القوى.

رغم ما عليه هذه القوى الكهربية والمغناطيسية من شدة، إلا أنها تافهة للغاية مقارنة بالقوى العاملة بالفعل داخل نواة الذرة. فإذا تمكَّنَّا من خلخلة تأثيرات هذه القوى العاتية فسيكون بمقدورنا إطلاق العنان للقوة النووية، وإذا تمكَّنا من خلخلة القوتين الكهربية والمغناطيسية فسنحصل على تأثيرات الحياة الكيميائية والبيوكيميائية المحيطة بنا في كل مكان. هذه التأثيرات اليومية تحدث بسبب الإلكترونات الموجودة في النطاقات الخارجية للذرات، بعيدًا عن النواة. قد تتبادل الإلكترونات الموجودة في الذرات المتقاربة أماكنها، وبذا تتكون الجزيئات. إن الأعمال المذهلة لهذه الإلكترونات هي عصب علم الكيمياء، وعلم الأحياء، والحياة إجمالاً. هذا الكتاب لا يدور حول هذه الموضوعات التي تتعامل مع السلوك الجمعي للذرات المتعددة، بل على العكس، نحن نريد أن نبحر داخل الذرة ونفهم ما يوجد بها.

مواضيع ذات صلة

Normal modes

Waves in three dimensions

Probability amplitudes for particles

The random walk

Nuclei and particles

الزخات الهوائية Air Showers

النيوترينات Neutrinos

النيوكليونات Nucleons

النوى الثقيلة Heavy Nuclei

المركبة الكهرومغناطيسية

الميونات Mouns

الأشعة الكونية الثانوية Secondary Cosmic Rays