لننظر إلى أحد البالونات المربوطة بخيط، كتلك التي يمسك بها الأطفال. هذا البالون ممتلئ بغاز خفيف جدا؛ غاز الهيليوم، وتقول الفيزياء الحديثة إن الغاز كسائر أشكال المادة- مؤلّف من حشد من الأجزاء الصغيرة؛ أي -الذرّات أي ذرّات الهيليوم في هذا المثال- التي سنشبهها في الوقت الراهن بكرات صغيرة صلدة. هذه الذرات غير الملتصقة ببعضها بعضًا؛ فثمة حيّز فراغي كبير يتغلغل بين الكرة والأخرى، تتحرّك رواحًا ومجيئا بالاتجاهات كافة، مرتطمةً فيما بينها، ومرتدة عن جدران البالون. الآن وقد رسمنا هذا المشهد – بوسعنا الحديث عن الحرارة؛ فحرارة محتوى البالون من الغاز إذا أردنا قياسها بوحدات مناسبة، تساوي متوسط طاقة الهيجان في ذرات الغاز؛ إذ تنجم زيادة حرارة الغاز عن تصعيد سرعة الهيجان في الجسيمات التي يتكون منها، وعلى سبيل المثال والتوضيح، يأتي الأكسجين الذي في الغلاف الجوي المحيط بنا على هيئة ذرتين مرتبطتين تكونان جزيء الأكسجين، وتتحرّك هذه الثّقالات الصغيرة الناجمة في دوران بسرعة 500 م / ث ، وبمزيد من السرعة عند درجات حرارة عليا كما سنبين لاحقا. لا بد من الإشارة إلى أن لكتلة هذه الجسيمات أثرًا هنا، وأن لكل درجة حرارة معيّنة قيمةً توافقها لمتوسط السرعة، متناسبة عكسيا مع كتلة الجسيمات المعنية، بمعنى أنه إذا خلط هذان الغازان وبدرجات حرارة متساوية، تتحرك الجسيمات الأخف بفعل معدلات سرعة الجسيمات الكبرى.

وفي ضوء هذا المفهوم للحرارة، يمكن توقع بعض الآثار البالغة الأهمية عند ارتفاع درجة الحرارة في الغازات. لنبدأ إذن بتصوّر ما يلي: في الوسط محل النظر، نجد ذرّات متضامنة، أي جزيئات، بدلا من ذرات فردية. بزيادة درجة الحرارة من خلال تصعيد شدة اصطدام الجزيئات ببعضها بعضا، ا يصبح انفجار هذه الجزيئات أمرًا لا مفرّ منه، وهكذا، وكما نشاهد في الواقع، يمكن للحرارة، إذا بلغت الارتفاع المطلوب أن تدمر الروابط الكيميائية المتأصلة في تركيب الجزيئات كافّة؛ لذا فلا غرابة في أن نجد عند درجات الحرارة المرتفعة إما أجسامًا صغيرة، أو مزيجًا منها. لنتأمل الآن أثرًا آخر بالغ الأهمية في سياق بحثنا هذا، إلا أنه لا بد لنا قبل ذلك من تطوير نموذج الذرّة الذي شيدناه؛ فالذرة، وإن كانت تبدو كرة صغيرة للوهلة الأولى، فهي في الواقع مكونة من نواة ثقيلة ذات شحنة كهربائية موجبة محاطة بسحابة من الإلكترونات، تلك الجسيمات الخفيفة ذات الشحنة الكهربائية السلبية تتجاذب الإلكترونات والنواة؛ ليتكون مجموع متعادل كهربائيا كما هي المادة بطبيعة الحال، ويعرف هذا النموذج الجديد بالنموذج "الكوكبي"، نظرًا لمشابهته المجموعة الشمسية، حيث الشمس العظيمة تحلّ محلّ النّواة، محاطة بالكويكبات الصغيرة والخفيفة الوزن، محل الإلكترونات. لنعد الآن إلى دراسة حركة التنامي في درجات الحرارة في ضوء هذا النموذج الأكثر تعقيدا، الذي تشتد فيه قوة اصطدام الذرات، ويتحطّم ذلك الرابط الذي بين النواة والإلكترونات، كما توقعنا.

لنتوقف قليلا عند لحظة نشوء هذه الظاهرة الجديدة. ذلك أنه عند تعرض غاز ما لدرجة حرارة ملائمة، تفقد الذرات تدريجيا إلكتروناتها. تسمى الذرات التي فقدت جزءًا من إلكتروناتها الأيونات، وتعرف هذه الظاهرة بتأين الغاز. الجدير بالذكر أن الغاز بمجمله يبقى متعادل الشحنة الكهربائية، ولا سيّما أنّ الإلكترونات التي لا تزال حاضرة وإن باتت منفصلة - تصبح إلى حد ما منفصلة عن النوى التي كانت مرتبطة بها في السابق. يصبح ا المشهد وكأننا بصدد غازين مختلطين غاز من الإلكترونات، وغاز من الأيونات مع العلم أن خصائص هذا الوسط مختلفة تماما عن وسط غاز "عادي»، ولا سيّما أن الوسط الجديد موصل عال للكهرباء؛ وذلك بفضل الشحنات الكهربائية التي أصبحت متحركة كما تلاحظ آثار أخرى، مثل صدور مختلف الإشعاعات وبعض الحساسية إزاء الحقل المغناطيسي. بذلك، وإذا صعدنا درجة الحرارة بدءًا من الحالة الصلبة المتميّزة بتراص ذرّاتها، تنتقل أولا إلى الحالة السائلة التي تنزلق فيها الذرات فوق بعضها بعضا، ومن ثم إلى الحالة الغازية التي تصبح فيها الذرّات منفصلة، قبل الوصول أخيرا إلى هذه الحالة الفريدة التي أشرنا إليها آنفًا، التي تعرف بالبلازما. كما تعد في بعض الأحيان الحالة الرابعة" من حالات المادة، ومن الأمثلة اليسيرة جدًّا على هذه الحالة كيفية عمل أنبوب فلوري؛ إذ تعرّض كمية صغيرة من المادة لدرجة حرارة 100،000م فتصبح في حالة البلازما. كما ثمة مثال آخر، من الطبيعة، يمكن مشاهدته دائمًا في النجوم، ولا سيما شمسنا التي لا تزال دوما في حالة البلازما المتوهّجة؛ لذا سنهتم فيما يلي بما يحدث في لب البلازما الكامنة في قلب الشمس، وحيث درجات الحرارة التي تصل إلى 15 مليون درجة مئوية.

مواضيع ذات صلة

انعطاف صغير عند النجوم

التسخين بالحقن بذرات متعادلة

الاندماج النووي في المختبر

Broken symmetries

Antimatter

Nuclear forces

د. سميرة موسى علي، الإبداع في الفيزياء النووية

داخل النواة

أجهزة الإنذار الشخصية: عدادات الشارة

أجهزة الإنذار الشخصية: العدادات الجيبية

أجهزة الإنذار الشخصية Personnel Monitoring

أجهزة المسح الخاصة بالنيوترونات