حالات المادة ثلاث في اعتقادك ..أنت مخطئ بل ست

في هذا الموضوع لن نتطرق للحالات الثلاثة المعروفة.

حالات المادة الست

من المعروف لدى معظم الناس وخاصة طلاب المدارس ان حالات المادة ثلاث حالات وهي الحالة الصلبة والحالة السائلة والحالة الغازية ولقد تبعت هذه الثورة العلمية والتكنولوجية اكتشاف حالات المادة الثلاث الاخرى , وقد اعتاد العلماء تسمية هذة الحالات تبعا لترتيب اكتشافها فلقد سميت الحالة الصلبة للمادة بالحالة الاولى , وسميت الحالة السائلة بالحالة الثانية , وسميت الحالة الغازية بالحالة الثالثة , ثم تلاهم بعد ذلك أثناء اكتشاف الطاقة النووية ظهور الحالة الرابعة للمادة ألا وهي البلازما ثم في عام 1938 اكتشفت الحالة الخامسة للمادة ألا وهي السيولة (الميوعة الفائقة ) وأخيرا عام 1995 تم التوصل للحالة السادسة ألا وهي (كثافة بوز- أينشتاين ) وسنتحدث عنها بالتفصيل.

الحالة الرابعة: البـلازما
وهي الحالة الرابعة للمادة والمكونة من مزيج من الذرات والجزيئات والألكترونات الحرة ونسبة عالية جدا من الأيونات الموجبة ويمكن القول أنها المادة الموجودة بدرجة تأين عالية وهو وسط جيد النقل للكهرباء بسبب وجود الشحنات الكهربائية الحرة تم أكتشاف الحالة الرابعة للمادة عام 1829 على يد(كروكس ) اطلق عليها (لنغمايز) عام 1928 أسم البلازما تمثل البلازما الحالة الأكثر أنتشارا في الكون وتشمل قرابة 99%من كتلته توجد بعدة أشكال الأشكال الطبيعية للبلازما هي :البرق,طبقة الأيونوسفير, الشفق القطبي الشمالي , الرياح الشمسية , السحب والغازات ,بين النجوم , الشمس وبقية النجوم.
الأشكال الصناعية والمخبرية للبلازما هي: اللهب ,قوس التفريغ الكهربائي ,المصابيح الوماضة ,منتجات الدفع النفاث للصواريخ الفضائية ,بلازما التحكم بتطور التفاعل في المفاعلات النووية الحرارية.

الحالة الخامسة:الميوعة الفائقة(أغرب حالات المادة)

تظهر هذة الحالة في السوائل عند درجة حرارة اعلى قليلاً من الدرجة التي تحدث عندها حالة كثافة بوز-اينشتاين, حيث تنتاب هذه السوائل حالة من الجنون عند اقتراب درجة حرارتها من الصفر المطلق , إذ أنها تتدفق الى أعلى دون مقاومة وتنساب بلا توقف على جوانب الأوعية الحاوية لها مهملة قوى الاحتكاك والجاذبية ,كما أنه بإمكان هذه السوائل اختراق الجدران والدوران بلا توقف من تلقاء نفسها دون ان تنخفض سرعتها , حقا إنها أغرب حالات المادة لقد تمكن علماء الفيزياء من إسالة -أي تحويل المادة الى سائل- جميع الغازات المعروفه في نهاية القرن التاسع عشر ماعدا واحد فقط هو غاز الهيليوم ,فلقد قاوم الغاز جميع المحاولات لتسييله مما جعل البعض يعتقد بأنه غاز دائم لايمكن ان يوجد في حالة السيولة أو الصلابة ,ولكن في عام 1908تمكن الولندي كامرلنج أونز من إسالته, وفي عام 1938 لاحظ كلا من السوفيتي كابيستا والكندي اّلن ان الهيليوم المسال عندما يصل لدرجة 2.2كلفن تحدث له بعض السلوكيات الشاذة , فهو ينساب دون لزوجة مطلقاً ويمكنه القيام بحيل مثل الانزلاق لاعلى صعوداً على الجدران والخروج من الوعاء المفتوح, كما أنه لايبدي أي مقاومة لاأي جسم يمر من خلاله ولايلتصق بأي جسم مثل السوائل العادية المعروفة و تعد اغرب خصائص الهيليوم الفائق السيولة في كونه ينساب بسرعة وحرية اكبر في الأنابيب الضيقة اكثر منها في الأنابيب المتسعة على العكس تماما من السوائل العادية ,بل من الهيليوم المسال نفسه عند درجة حرارة أعلى قليلا ,فمثلا ففي الماء أو الزيت لا يمكن لهما السريان عبر الأنابيب الرفيعة إلا بمساعدة قوة ضغط عليه, فمثلا عند وضع الماء في حقنة طبيةلن يندفع الماء من الإبرة الرفيعة إلا إذا ضغطنا علي مكبس الحقنة ,ولكن مع الهيليوم فائق السيولة فإنه يندفع من تلقاء نفسه بمجرد وضعه في الحقنة وتزداد غرابة و إثارة الهيليوم عند وضعه في كأس زجاجي ووضع الكأس على قرص دوار, فإنه من المتوقع كما في السوائل العادية أن يدور الهيليوم المسال مع دوران الكأس حيث تكون سرعة الدوران في وسط السائل أبطأ من أطرافه المتصلة بجدار الكأس من الداخل, و لكن حدث العكس تماما فلقد كانت سرعة دوران الهيليوم فائق السيولة في الوسط أكبر بكثير من سرعة دورانه عند الحافة مخالفا بذلك قوانين بقاء الحركة, و تظهر هذه الحركه الغريبه في الوسط على شكل دوامات, و عند تقليل سرعة الدوران قليلا تحدث مفاجأة أخرى, حيث تتوقف حافة السائل تماما عن الحركة بينما يظل وسط السائل في حالة دوامات عنيفه. سمة ظاهرة أخرى محيرة و غريبة تتعلق بانتقال الحرارة داخل الهيليوم الفائق السيولة, فإن انتقال الحرارة خلاله لحظي و هائل السرعة بعكس السوائل العادية كما تزيد سرعة انتقال الحرارة كلما كان الفرق في درجة الحرارة صغيرا وهو مناقض لقوانين الديناميكا الحرارية, حيث تنتقل الحرارة بسرعة أكبر كلما زاد الفرق في الحرارة بين الجزء البارد و الجزء الساخن في الحالات العادية, لذا فالهيليوم الفائق السيولة لا يمكن وضعه في حالة غليان, إذ أن ارتفاع درجة الحرارة في أي جزء منه تعمل على نقل الحرارة إلى جميع أجزاء السائل بالتساوي. إن السوائل الفائقة السيولة تبدي سلوكيات شاذة و غريبة عن كل ماهو معروف بالنسبة للسوائل, ولم يتمكن الفيزيائيين لعقودا عديدة من تفسير هذه السلوكيات بناءا على قوانين السوائل العادية و حتى قوانين الفيزياء التقليدية, و منذ عدة سنوات استطاع الفيزيائيين تفسير بعض هذه الظواهر الغريبة من خلال قوانين فيزيائية معقدة تسمى ميكانيكا الكم

الحالة السادسة : كثافة بوز-أينشتين (ابرد مادة في الكون)

من المعلوم أن أشهر مقياس نعرفه لدرجة الحرارة هو مقياس سيلزيوس و الذي يبدأ عند درجة انصهار الثلج و التي اعتبرت الدرجة صفر, ويصل إلى 100 درجة عند غليان الماء, ونحن نسمع كثيرا عن درجات حرارة تقع تحت الصفر,هذا صحيح, أو المقياس المطلق, وهذا المقياس يبدأ تدريجه عند kelvin فهناك مقياس أعم و أشمل لدرجات الحرارة, وهو مقياس كلفن درجة حرارة تعادل-273.15 سيلزيوس, أي أن الصفر المطلق أو الكلفين يعادل-273.15 سيلزيوس, وهذه الدرجة الكلفينية أو المطلقة هي أقل درجة حرارة في الكون فلا يستطيع أي جزء من الكون أن يصل إلى درجة حرارة أقل من هذه الدرجة, و أعتبر أن هذه الدرجة-إن صح التعبير-من وجهة نظري هي درجة تجمد الكون, فعند هذه الدرجة تتوقف كافة أشكال الحركة الكونية بدأ من الذرات و حتى النجوم و تتوقف كافة أشكال التفاعلات الكيميائية و الفيزيائية, و يتوقف بثها للإشعاع الضوئي. تنشأ كثافة بوز -أنيشتاين عندما يتم تبريد المادة بوسائل تبريد متطورة جداً وغاية في التعقيد الى درجة تقترب كثيراً من الصفر المطلق , قد تصل أحيانا الى 50ميكروكلفن -أي أصغر من الدرجة المطلقة أو واحد كلفن بحوالي عشرين ألف مرة -وقد يستغرق الأمر من التبريد للوصول الى هذه الدرجة الغاية في الصغر عدة سنوات أو حتى عدة عقود كما حدث مع الفيزيائي الهولندي(kleppner) كلبنر عندما حاول في عام 1976 في الوصول الى هذه الحالة مع الهيدروجين ونجح أخيراً في الوصول إليها في عام 1998.

منقــول - بتصــرف -