ما هي حالات المادة الخمسة؟ وما هي حالة تكاثف بوز-آينشتاين؟

تعلمنا منذ الصغر بأن المادة تكون موجودة على شكل حالات ثلاث: صلبة وسائلة وغازية، لكن هل تعلم بأن هنالك خمسة حالات للمادة! تعرّف عليها معنا. 

المادة هي عبارة عن جميع الأشياء التي يتكون منها كوننا الواسع، فكل شيء يأخذ حيزاً ويمتلك كتلةً يسمى مادة. 

تتكون جميع أنواع المواد من الذرات، كما تتكون الذرة من بروتونات ونيوترونات داخل نواتها، بالإضافة إلى الإلكترونات التي تدور حول النواة. 

مجموعة الذرات التي تتحد مع بعضها البعض تقوم بتكوين ما يسمى بالجزيئات، وهي وحدة البناء الأساسية في تكوين جميع أنواع المواد التي نعرفها – والتي لا نعرفها أيضاً. 

كما أن جميع الذرات والجزيئات تترابط فيما بينها عن طريق شكل من أشكال الطاقة، والتي تسمى بالطاقة الكامنة. وهي عبارة عن طاقة تكون مخزّنة في داخل الأجسام أو المواد. 

حالات المادة الخمسة. 

في الطبيعة، يوجد هنالك أربعة حالات للمادة وهي : الصلبة والسائلة والغازية والبلازما. أما بالنسبة للحالة الخامسة، فهي حالة تنشأ بتدخل من الإنسان وتسمى “تكاثف بوز-آينشتاين”. 

1. الحالة الصلبة.

حالات المادة الخمسة الحالة الصلبة
تكون جزيئات المادة متراصة في الحالة الصلبة

في الحالة الصلبة, تكون الجزيئات المكوّنة للمادة مرصوصة بجانب بعضها البعض بحيث تكون حركتها محدودة بشكل كبير.

تكون الإلكترونات المحيطة بكل ذرة من الذرات في حالة حركة دائمة, لذلك تكون الحركة الإهتزازية للذرات قليلة جداً. كما أنها تكون ثابتة في مكانها, ولهذا السبب تكون الطاقة الكامنة للمادة في الحالة الصلبة قليلة.

تمتلك المادة في الحالة الصلبة شكلاً ثابتاً لا يتغير من تلقاء نفسه. كما تمتلك حجماً ووزناً ثابتين ولا تأخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه, بل تبقى على شكلها الأصلي.

عدا عن ذلك, فالمادة الصلبة تمتلك كثافة عالية, بمعنى أن جزيئاتها تكون مرصوصة مع بعضها البعض بشكل كبير جداً. لذلك من الصعب القيام بعملية ضغط المادة الصلبة لتقليل حجمها.


2. الحالة السائلة.

حالة المادة السائلة
تكون الجزيئات متراصة بشكل أقل في الحالة السائلة

عندما تكون المادة موجودة في الحالة السائلة, تكون الجزيئات المكونة للمادة متراصة بشكل أقل من الجزيئات في الحالة الصلبة لنفس المادة.

يساعد هذا الأمر على إعطاء الجزيئات بعض الحرية للحركة حول بعضها البعض. كما أن هذا الأمر يجعل السوائل تمتلك شكلاً غير محدد, لذا فهي تتخذ شكل الوعاء الذي توضع فيه ولا تحافظ على شكلها الأصلي.

تمتلك المادة السائلة كثافة أقل من المادة الصلبة, حيث أن جزيئاتها تكون مرصوصة بشكل أقل, ومع أن المادة في الحالة السائلة تمتلك كثافة أقل من الحالة الصلبة, لكن تبقى عملية ضغط السوائل لتقليل حجم المادة السائلة صعبة أيضاً.


3. الحالة الغازية.

حالات المادة الخمسة الحالة الغازية
تكون الجزيئات متباعدة في الحالة الغازية

عند تواجد المادة في الحالة الغازية, تمتلك الجزيئات المكونة للمادة الحرية المطلقة في الحركة. كما أنها تمتلك طاقة حركية عالية.

لا يمتلك الغاز شكلاً أو حجماً محدداً, وفي حال لم يكن الغاز محصوراً في مكان مغلق, ستقوم جزيئاته بالإنتشار بشكل عشوائي, أما في حال كان الغاز موجوداً في مكان مغلق, سيتمدد الغاز ليقوم بملئ جميع الحيز الموجود.

عند وضع الغاز في مكان محصور والقيام بضغطه عن طريق تقليل حجم المكان المحصور فإن المسافة من بين الجزيئات ستقل, لذا تعتبر الغازات قابلة للإنضغاط ولتقليل حجمها.


4. حالة البلازما.

حالة البلازما
حالة التأين في البلازما

لا تعتبر حالة البلازما من الحالات التي نراها كثيراً فيما حولنا على كوكب الأرض, لكنها قد تكون أكثر حالات المادة تواجداً في الكون كله, فالنجوم هي عبارة عن كرات ضخمة مشتعلة تكون في حالة من البلازما.

في الوضع الطبيعي تكون الذرة مستقرة, لكن ماذا لو إمتلكت الإلكترونات طاقة كافية لتنفصل عن النواة؟ عندها تصبح الذرة في حالة تسمى التأين, وعندما تكون الذرات المكونة للمادة في حالة متأينة تصبح في حالة البلازما.

تتأثر المادة في هذه الحالة مع المجالات الكهرومغناطيسية وتعتبر موصلة للكهرباء. كما أن الغازات النبيلة مثل (الهيليوم والنيون والأرجون والزينون) تتحول إلى حالة البلازما عند تأينها وتقوم بإصدار الضوء.


5. حالة تكاثف بوز-آينشتاين.

تم التوصّل إلى حالة تكاثف بوز-آينشتاين عن طريق العلماء عام 1995, عن طريق إستخدام أشعة الليزر والمغناطيسات.

حيث قام العلماء أثناء تجربتهم بتبريد عينة من عنصر الروبيديوم (Rubidium). وهو عبارة عن عنصر فلزّي, إلى درجة حرارة قريبة من درجة الصفر المطلق (درجة الصفر المطلق تساوي -273 درجة مئوية).

وعند هذه الحرارة شديدة الإنخفاض, إقتربت الجزيئات المكونة للمادة من الوقوف عن الحركة بشكل تام, حيث لم يتبقى لدى هذه الجزيئات أي طاقة حركية تقريباً.

بسبب هذا الأمر, بدأت الذرات تتجمع مع بعضها البعض حتى أصبحت بما يشبه ذرة واحدة عملاقة.

تعتبر حالة تكاثف بوز-آينشتاين مهمة للعلماء لدراسة العديد من الأمور مثل:

  • ميكانيكا الكم على مستوى الماكرو.
  • دراسة أشعة الضوء.
  • دراسة السوائل الفائقة, وهي عبارة عن سوائل تجري دون أي إحتكاك.
  • محاكاة ما يحدث داخل الثقوب السوداء.

هل أعجبك مقال “ما هي حالات المادة الخمسة؟”… قد يعجبك أيضاً : متى ستكون نهاية العالم؟ وكيف يمكن أن تحدث؟

لمعرفة المزيد عن الحالة الخامسة للمادة, يمكنك قراءة المصدر التالي (باللغة الإنجليزية) : من هنا.

قد يعجبك ايضاَ