حالات المادة ثلاث أم ست حالات؟

السلام عليكم ورحمة الله تعالى وبركاته
والآن مع الحالة الأولي للمادة
كثافة بوز – أينشتين ( أبرد مادة فى الكون )

)
من المعلوم أن أشهر مقياس نعرفه
لدرجة الحرارة هو مقياس سيلزيوس والذي يبدأ عند درجة انصهار الثلج والتي
اعتبرت الدرجة صفر، ويصل إلي 100 درجة عند غليان الماء، ونحن نسمع كثيراً
عن درجات حرارة تقع تحت الصفر، هذا صحيح، فهناك مقياس أعم وأشمل لدرجات
الحرارة، وهو مقياس كلفن Kelvin أو المقياس المطلق، وهذا المقياس يبدأ
تدريجه عند درجة حرارة تعادل - 273.15 سيلزيوس، أي أن الصفر المطلق أو
الكلفين يعادل – 273.15 سيلزيوس، وهذه الدرجة الكلفينية أو المطلقة هى أقل
درجة حرارة فى الكون فلا يستطيع أي جزء من الكون أن يصل إلي درجة حرارة
أقل من هذه الدرجة، وأعتبر هذه الدرجة – إن صح التعبير – من وجهة نظري هى
درجة تجمد الكون، فعند هذه الدرجة تتوقف كافة أشكال الحركة الكونية بدأ من
الذرات وحتى النجوم وتتوقف كافة أشكال التفاعلات الكيميائية والفيزيائية،
ويتوقف بثها للإشعاع الضوئي.

تنشأ كثافة بوز – أينشتاين عندما يتم تبريد المادة بوسائل تبريد متطورة
جداً وغاية فى التعقيد إلي درجة تقترب كثيراً من الصفر المطلق، قد تصل
أحياناً إلي 50 ميكروكلفن – أي أصغر من الدرجة المطلقة أو واحد كلفن
بحوالي عشرين ألف مرة – وقد يستغرق الأمر من التبريد للوصول إلي هذه
الدرجة الغاية فى الصغر عدة سنوات أو حتى عدة عقود كما حدث مع الفيزيائي
الهولندي كلبنر Kleppner عندما حاول فى عام 1976 فى الوصول إلي هذه الحالة
مع الهيدروجين ونجح أخيراً فى الوصول إليها فى يونية عام 1998.

[size=9]بدأ كلپنر ملاحقة كُثافة بوز-آينشتاين في الهدروجين منذ
عام 1976 في سباق مع مجموعة هولندية، ويعلق على ذلك بقوله: "لقد استغرق
ذلك وقتًا أطول قليلاً مما توقع أيٌّ منا."

تخيل أنك تمكنت من تقليص نفسك حتى صرت بحجم الجزئ، حينها ستستطيع بكل
سهولة رؤية حركة الذرات وهى تبدو ككرات زجاجية تقفز هنا وهناك وترتد عن
بعضها باستمرار فى فضاء خال تقريباً، وفجأة تلاحظ أن حركة هذه الذرات بدأت
فى الهدوء شيئاً فشيئاً، علي الفور يدرك طالب العلوم أن هذه الذرات تحدث
لها عملية تبريد، حيث تبدأ الذرات فى تقليل سرعتها وتقترب من بعضها البعض،
وباستمرار عملية التبريد يزداد تقارب هذه الذرات من بعضها، ثم تري فجأة فى
مركز المنطقة أن هناك ذرتان من أبطأ الذرات تبدأن فى الإندماج معاً ليكونا
فى النهاية كرية كبيرة الحجم ومعتمة، ثم تعمل هذه الكرية كالمصيدة حيث
تبدأ فى التهام بقية الذرات المحيطة بها، وفي مفاجأة مروعة تختفي جميع
الذرات من حولك ولا يتبقي سوي كتلة ضخمة لا تتحرك، فماذا حدث للذرات
المنفردة ؟ وما هو هذا الجسم المعتم الغامض ؟

ما حدث بالفعل هو نشأة هذه الحالة من المادة، وهى أكثر أشكال المادة برودة
فى الكون، والتي تمتاز باندماج جميع ذرات هذه المادة مهما اختلفت أنواعها
فى كرية ضخمة، بل وتتوقف كافة أشكال الحركة الذرية والجزيئية للمادة،
وحينها يستحيل عملياً التمييز بين أي ذرتين مختلفتين فى هذه الحالة وذلك
ببساطة لأن جميع المواد فى هذه الحالة تسلك نفس السلوك وهو انعدام الحركة،
ولنتصور صعوبة فهم هذه الحالة، فإن الأشياء من حولنا عند هذه الدرجة
ستتحول إلي شئ موحد، فلن يكون لديك قلم أو كوب أو حتى الورقة التي تقرأها
الآن بالشكل المعروف، ويتكون ما يطلق عليه الذرة العملاقة.

شبكات دوامات تم تصويرها في كُثافة من ذرات الروبيديوم
التي تم تحريكها. لا تدور الكُثافة (a) حتى يصبح التحريك قويا لدرجة تكفي
لتوليد دوّامة كاملة (b)، يكون فيها لكل ذرة كمّ واحد من الاندفاع الزاوي.
ومع زيادة سرعة التحريك يزيد الدوران بإضافة دوامات أخرى. تبين الأمثلة في
هذه الصورة ثماني دوّامات (c) و12 دوّامة (d). وفي مراكز الدوامات المعتمة
يكون الدوران الأكثر سرعة وتكون كَثافة الغاز الأقل قيمة.

تعود البداية إلي عشرينيات القرن الماضي حيث كان هناك فيزيائياً هندياً
يدعي ساتياندرا ناث بوزه يدرس إحدى الظواهر الجديدة الخاصة بالضوء، وتوصل
لفكرة عبقرية تتلخص فى كيفية تقوية وترابط الضوء لينتج شعاعاً ضوئياً
مترابطاً – الذي عرف فيما بعد بالليزر – ولقد كانت من عبقرية هذه الفكرة
حينها أن قوبلت بالمعارضة الشديدة، لذلك لم يستطيع نشر هذه الفكرة فى أي
مجلة علمية، لذا أرسلها إلي الفيزيائي الشهير ألبرت أينشتاين الذي اقتنع
جداً بالفكرة واستخدم نفوذه ليجد لها مكاناً للنشر.

لم يكتف أينشتاين فى مساعدة بوزه فى نشر أبحاثه بل أضاف إليها شيئاً آخر،
فلقد رأي أن فرضيات بوزه تسري أيضاً علي الذرات، ولكن بشرط عند درجات
الحرارة المنخفضة، كان هذا فى عام 1924، ولقد تم الحصول علي هذه الحالة
لأول مرة فى التاريخ مع الروبيديوم صباح يوم 5 يونية عام 1995 فى المعهد
المشترك للفيزياء الفلكية المختبرية بالولايات المتحدة الأمريكية علي يد
كل من كورنيل، ووايمان، وكيتيرله مما أهلهم للفوز بجائزة نوبل فى الفيزياء
لعام 2001.

لمزيد من المعلومات برجاء الضغط علي الرابط التالي
http://www.oloommagazine.com/Article...s.aspx?ID=1413

أرجو أن يحوز علي اعجابكم ولا تنسونا من صالح دعائكم و بإذن الله موعدنا مع الحالة الثانية للمادة السيولة أو الميوعة الفائقة

السلام عليكم ورحمة الله تعالى وبركاته
الحالة الثانية للمادة
السيولة الفائقة ( أغرب حالات المادة )

تعد هذه الحالة هى الحالة الثانية
للمادة بعد كثافة بوز – أينشتين، فهي تظهر فى السوائل عند درجة حرارة اعلي
قليلاً من الدرجة التي تحدث عندها الحالة الأولي، حيث تنتاب هذه السوائل
حالة من الجنون عند اقتراب درجة حرارتها من الصفر المطلق، إذ أنها تتدفق
إلي أعلي دون مقاومة وتنساب بلا توقف علي جوانب الأوعية الحاوية لها مهملة
قوي الاحتكاك والجاذبية، كما أنه بإمكان هذه السوائل اختراق الجدران
والدوران بلا توقف من تلقاء نفسها دون أن تنخفض سرعتها، حقاً إنها بالفعل
أغرب حالات المادة.

لقد تمكن علماء الفيزياء من إسالة – أي تحويل المادة إلي سائل – جميع
الغازات المعروفة فى نهاية القرن التاسع عشر ماعدا واحد فقط هو غاز
الهيليوم، فلقد قاوم هذا الغاز جميع المحاولات لتسييله مما جعل البعض
يعتقد بأنه غاز دائم لا يمكن أن يوجد فى حالة السيولة أو الصلابة، ولكن فى
عام 1908 تمكن الهولندي كامرلنج أونز K. Onnes من إسالته، وفي عام 1938
لاحظ كلا من السوفيتي كابيستا والكندي آلن أن الهيليوم المسال عندما يصل
لدرجة 2.2 كلفن تحدث له بعض السلوكيات الشاذة، فهو ينساب دون لزوجة مطلقاً
ويمكنه القيام بحيل مثل الانزلاق لأعلي صعوداً علي الجدران والخروج من
الوعاء المفتوح، كما أنه لا يبدي أي مقاومة لأي جسم يمر من خلاله ولا
يلتصق بأي جسم مثل السوائل العادية المعروفة.

وتعد
أغرب خصائص الهيليوم الفائق السيولة فى كونه ينساب بسرعة وحرية أكبر فى
الأنابيب الضيقة أكثر منها فى الأنابيب المتسعة علي العكس تماماً من
السوائل العادية، بل من الهيليوم المسال نفسه عند درجة حرارة أعلي قليلاً،
فمثلاً ففي الماء أو الزيت لا يمكن لهما السريان عبر الأنابيب الرفيعة إلا
بمساعدة قوة ضغط عليه، فمثلاً عند وضع الماء فى حقنة طبية لن يندفع الماء
من الإبرة الرفيعة إلا إذا ضغطنا علي مكبس الحقنة، ولكن مع الهيليوم فائق
السيولة فإنه يندفع من تلقاء نفسه بمجرد وضعه فى الحقنة.

وتزداد غرابة وإثارة الهيليوم عند وضعه فى كأس زجاجي ووضع الكأس علي قرص
دوار، فإنه من المتوقع كما فى السوائل العادية أن يدور الهيليوم المسال مع
دوران الكأس حيث تكون سرعة الدوران فى وسط السائل أبطأ من أطرافه المتصلة
بجدار الكأس من الداخل، ولكن حدث العكس تماماً فلقد كانت سرعة دوران
الهيليوم فائق السيولة فى الوسط أكبر بكثير من سرعة دورانه عند الحافة
مخالفاً بذلك قوانين بقاء الحركة، وتظهر هذه الحركة الغريبة فى الوسط علي
شكل دوامات، وعند تقليل سرعة الدوران قليلاً تحدث مفاجأة أخري، حيث تتوقف
حافة السائل تماماً عن الحركة بينما يظل وسط السائل فى حالة دوامات عنيفة.

سمة ظاهرة أخري محيرة وغريبة تتعلق بانتقال الحرارة داخل الهيليوم الفائق
السيولة، فإن انتقال الحرارة خلاله لحظي وهائل السرعة بعكس السوائل
العادية كما تزيد سرعة انتقال الحرارة كلما كان الفرق فى درجة الحرارة
صغيراً وهو مناقض لقوانين الديناميكا الحرارية، حيث تنتقل الحرارة بسرعة
أكبر كلما زاد الفرق فى الحرارة بين الجزء البارد والجزء الساخن فى
الحالات العادية، لذا فالهيليوم الفائق السيولة لا يمكن وضعه فى حالة
غليان، إذ أن ارتفاع درجة الحرارة فى أي جزء منه تعمل علي نقل الحرارة إلي
جميع أجزاء السائل بالتساوي.

إن السوائل الفائقة السيولة تبدي سلوكيات شاذة وغريبة عن كل ما هو معروف
بالنسبة للسوائل، ولم يتمكن الفيزيائيين لعقوداً عديدة من تفسير هذه
السلوكيات بناءاً علي قوانين السوائل العادية وحتى قوانين الفيزياء
التقليدية، ومنذ عدة سنوات استطاع الفيزيائيين تفسير بعض هذه الظواهر
الغريبة من خلال قوانين فيزيائية معقدة تسمي ميكانيكا الكم.