بسم الله الرحمن الرحيم
لماذا لا تنهار الذرات إذا كانت في الغالب مساحة فارغة؟
الذرات ليست في الغالب مساحة فارغة لأنه لا يوجد شيء اسمه مساحة فارغة تمامًا. بدلا من ذلك ، الفضاء مليء بمجموعة متنوعة من الجسيمات والحقول. إن امتصاص جميع الجسيمات والحقول من حجم معين لن يجعل المساحة فارغة تمامًا لأن الجسيمات الجديدة ستظل تطفو إلى الوجود بسبب طاقة الفراغ. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن إزالة حقل Higgs. حتى لو تجاهلنا كل أنواع الحقول والجسيمات باستثناء الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات ، نجد أن الذرات لا تزال غير فارغة. تمتلئ الذرات بالإلكترونات. صحيح أن نسبة كبيرة من كتلة الذرة تتركز في نواتها الصغيرة ، لكن هذا لا يعني أن بقية الذرة فارغة. بدلا من ذلك ، فإنه يشير إلى أن بقية الذرة لها كثافة منخفضة نسبيًا.
يظهر هذا الرسم البياني الرياضي نمط توزيع موجة الكثافة لإلكترون واحد متحمس مرتبط في ذرة هيدروجين. تمثل الألوان الأفتح مناطق ذات كثافة أعلى. لاحظ أن إلكترونًا واحدًا يملأ الذرة بأكملها. لا توجد مناطق فارغة تمامًا (حتى المناطق المظلمة بها كثافة غير صفرية). صورة المجال العام ، المصدر: كريستوفر س. بيرد.
يتم تدريس المفهوم الخاطئ للذرة الفارغة من خلال كتب علمية غير صحيحة في المستوى الابتدائي ويستند إلى الصورة الخاطئة للإلكترونات على شكل كرات. في هذا الرأي ، تتكون الذرة من كرات إلكترونية تدور حول نواة الذرة التي هي نفسها كرة. في هذه الصورة ، فإن المسافة بين الإلكترونات والنواة هي مساحة فارغة. في حين أن هذه الصورة (نموذج بوهر) سهلة التخيل ، فقد ثبت أنها خاطئة منذ ما يقرب من قرن. الإلكترونات (بالإضافة إلى جميع الجسيمات) تشبه جزئيًا الجسيمات وتشبه الموجة جزئيًا ، حسب الحالة. عندما ترتبط بالذرات في حالة غير مضطربة ، تتصرف الإلكترونات مثل الموجات. هذه الموجات هي موجات كثافة احتمالية ثلاثية الأبعاد تنتشر لملء الذرة بأكملها. لا تنتشر الإلكترونات بشكل موحد ، بل تتبع أنماط توزيع محددة تسمى "المدارات". يدعم شكل المدارات جميع التفاعلات الكيميائية. كمثال على بعض المدارات ، يظهر توزيع كثافة الإلكترون المفرد على اليمين للهيدروجين في الحالات القليلة الأولى الأدنى. تشير النقاط الأخف إلى المناطق التي يكون فيها الإلكترون أعلى كثافة. لاحظ أن كل صورة تمثل إلكترونًا واحدًا. تعتبر البقع والأشرطة الضوئية المختلفة في صورة واحدة جزءًا من حالة موجة إلكترون واحد. لأن الإلكترونات المقيدة تنتشر إلى موجات ذات كثافة ضبابية ، فلا يوجد "حافة" محددة للذرة. ينتشر الإلكترون بالفعل لملء كل الفراغ ، على الرغم من أنه بعيدًا عن الذرة فهو رقيق بما يكفي ليكون مهملاً. ومن المثير للاهتمام أن الإلكترونات في الذرة تنتشر حتى تتداخل مع النواة نفسها. هذا التداخل بين نواة الإلكترون يجعل من الممكن تأثير التقاط الإلكترون ، حيث يمكن للبروتون في النواة أن يتفاعل مع الإلكترون ويتحول إلى نيوترون. إذا كانت الذرات في الغالب مساحة فارغة ، فيمكننا إزالة هذا الفضاء وتقليص الذرات. في الواقع ، لا تحتوي الذرات على أي مساحة فارغة. بدلاً من ذلك ، تمتلئ بالكامل بالإلكترونات المنتشرة ، مما يجعل تقلص الذرات مستحيلاً.
لماذا لا تنهار الذرات إذا كانت في الغالب مساحة فارغة؟
الذرات ليست في الغالب مساحة فارغة لأنه لا يوجد شيء اسمه مساحة فارغة تمامًا. بدلا من ذلك ، الفضاء مليء بمجموعة متنوعة من الجسيمات والحقول. إن امتصاص جميع الجسيمات والحقول من حجم معين لن يجعل المساحة فارغة تمامًا لأن الجسيمات الجديدة ستظل تطفو إلى الوجود بسبب طاقة الفراغ. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن إزالة حقل Higgs. حتى لو تجاهلنا كل أنواع الحقول والجسيمات باستثناء الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات ، نجد أن الذرات لا تزال غير فارغة. تمتلئ الذرات بالإلكترونات. صحيح أن نسبة كبيرة من كتلة الذرة تتركز في نواتها الصغيرة ، لكن هذا لا يعني أن بقية الذرة فارغة. بدلا من ذلك ، فإنه يشير إلى أن بقية الذرة لها كثافة منخفضة نسبيًا.
يظهر هذا الرسم البياني الرياضي نمط توزيع موجة الكثافة لإلكترون واحد متحمس مرتبط في ذرة هيدروجين. تمثل الألوان الأفتح مناطق ذات كثافة أعلى. لاحظ أن إلكترونًا واحدًا يملأ الذرة بأكملها. لا توجد مناطق فارغة تمامًا (حتى المناطق المظلمة بها كثافة غير صفرية). صورة المجال العام ، المصدر: كريستوفر س. بيرد.
يتم تدريس المفهوم الخاطئ للذرة الفارغة من خلال كتب علمية غير صحيحة في المستوى الابتدائي ويستند إلى الصورة الخاطئة للإلكترونات على شكل كرات. في هذا الرأي ، تتكون الذرة من كرات إلكترونية تدور حول نواة الذرة التي هي نفسها كرة. في هذه الصورة ، فإن المسافة بين الإلكترونات والنواة هي مساحة فارغة. في حين أن هذه الصورة (نموذج بوهر) سهلة التخيل ، فقد ثبت أنها خاطئة منذ ما يقرب من قرن. الإلكترونات (بالإضافة إلى جميع الجسيمات) تشبه جزئيًا الجسيمات وتشبه الموجة جزئيًا ، حسب الحالة. عندما ترتبط بالذرات في حالة غير مضطربة ، تتصرف الإلكترونات مثل الموجات. هذه الموجات هي موجات كثافة احتمالية ثلاثية الأبعاد تنتشر لملء الذرة بأكملها. لا تنتشر الإلكترونات بشكل موحد ، بل تتبع أنماط توزيع محددة تسمى "المدارات". يدعم شكل المدارات جميع التفاعلات الكيميائية. كمثال على بعض المدارات ، يظهر توزيع كثافة الإلكترون المفرد على اليمين للهيدروجين في الحالات القليلة الأولى الأدنى. تشير النقاط الأخف إلى المناطق التي يكون فيها الإلكترون أعلى كثافة. لاحظ أن كل صورة تمثل إلكترونًا واحدًا. تعتبر البقع والأشرطة الضوئية المختلفة في صورة واحدة جزءًا من حالة موجة إلكترون واحد. لأن الإلكترونات المقيدة تنتشر إلى موجات ذات كثافة ضبابية ، فلا يوجد "حافة" محددة للذرة. ينتشر الإلكترون بالفعل لملء كل الفراغ ، على الرغم من أنه بعيدًا عن الذرة فهو رقيق بما يكفي ليكون مهملاً. ومن المثير للاهتمام أن الإلكترونات في الذرة تنتشر حتى تتداخل مع النواة نفسها. هذا التداخل بين نواة الإلكترون يجعل من الممكن تأثير التقاط الإلكترون ، حيث يمكن للبروتون في النواة أن يتفاعل مع الإلكترون ويتحول إلى نيوترون. إذا كانت الذرات في الغالب مساحة فارغة ، فيمكننا إزالة هذا الفضاء وتقليص الذرات. في الواقع ، لا تحتوي الذرات على أي مساحة فارغة. بدلاً من ذلك ، تمتلئ بالكامل بالإلكترونات المنتشرة ، مما يجعل تقلص الذرات مستحيلاً.