في أي من أكبر المكتبات في العالم ، تبدو الغرف وأرفف الكتب ممتدة إلى الأبد. يبلغ عدد المجلدات في
مكتبة الكونغرس عشرات الملايين. يقدم كل منهم قصصًا مختلفة ، وتحليلات تفصيلية ، ووثائق تاريخية - كلها مع آرائهم الخاصة. لكن كل هذه الملايين من الكتب المكتوبة باللغة الإنجليزية تتكون من عدة عشرات الآلاف من الكلمات ، وتتكون كل كلمة من مزيج من 26 حرفًا فقط - من الألف إلى الياء [
بالإضافة إلى المسافات وعلامات الترقيم والأرقام - تقريبًا. perev. ].
في هذه الأثناء ، نعيش جميعًا محاطًا بمجموعة كبيرة ومذهلة من المواد - بما في ذلك ما يتكون من أنواع عديدة من الهياكل البيولوجية التي تشكل أجسامنا وجميع أجسام الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الأخرى. يتكون الكوكب الذي نعيش عليه من جميع أنواع الأحجار ، بعضها صلب وهش ، وبعض البلاستيك ، بألوان وقوام مختلف. بالإضافة إلى الماء ، لدينا الكحول والأحماض والسكريات والزيوت بأشكال مختلفة. تعطي الأطعمة المعدة بالفرن نكهات مختلفة نتنفسها من الهواء. يجب إضافة المواد الاصطناعية ، بما في ذلك مجموعة متنوعة من المواد البلاستيكية ، إلى الأملاح والطباشير والسبائك. ولكن من المهم أن نتذكر أن الثروة الهائلة لمكتبة المواد تتكون من مجموعة صغيرة (وإن كانت متنوعة تمامًا) من الجزيئات ، والتي بدورها تتكون من مائة ذرة فقط - عناصر من H إلى U وما بعدها (من الهيدروجين إلى اليورانيوم وما بعده).
يعتمد تعقيد اللغة المكتوبة مثل اللغة الإنجليزية على الكلمات ، ويبدأ تعقيد المواد بالجزيئات. وبالمثل ، يمكن ترميز تعليمات بناء مجموعة ضخمة من الأشكال البيولوجية في DNA -
حمض deoxyribonucleic - وعلى وجه التحديد ، في خيوط المقاطع الثلاثة الجزيئية ، تتكون من أربعة جزيئات بسيطة ، nucleobase. يعتمد سبب التعقيد على حقيقة رياضية بسيطة - يمكن أن تنشأ مجموعة متنوعة من المجموعات من عدد صغير من المكونات. عنصر واحد لا يكفي. يمكن أن تتكون من عشر كلمات مختلفة فقط من الحرف "أ" ، والتي لن يتجاوز طولها عشرة أحرف: "أ" و "أأ" و "أأأ" وما إلى ذلك. ولكن من أصل 26 حرفًا ، يمكن بالفعل الحصول على 26 كلمة مكونة من حرفين ، أي 676 ، والكلمات ذات العشرة أحرف - 141 167 095 653 376 على الإطلاق ، أكثر بكثير مما هو مطلوب للغة. فقط بضع عشرات الآلاف من الكلمات ، التي تم اختيارها من ملايين عديدة أو بلايين الإمكانات ، كافية لإنشاء كل الأدب الإنجليزي. تسمح نفس مبادئ النمو الأسي في عدد التوليفات لبيئتنا بالتشكل من مائة نوع من الذرات ، والتي يمكن أن تتكون من عدد لا يحصى من الجزيئات ، تتراوح في الحجم من بضع ذرات إلى مئات وآلاف.
بدءًا بالكلمات أو الجزيئات ، يمكنك التحرك في اتجاهين لأغراض البحث. يمكنك محاولة فهم كيفية تجميع الأشياء المعقدة من مكوناتها: ما الذي يكمن وراء وجود كتاب واحد أو مجموعة كتب؟ من أين أتت هذه المادة أو فئة المواد؟ أو يمكنك التحرك في اتجاه مختلف ، وتحديد مصدر الحروف والذرات ، اللبنات الرئيسية.
الغرض من هذا والمقالات اللاحقة هو الإجابة على السؤال الثاني ، من الجزيئات وصولاً إلى مصادرها. بالطبع ، من المثير للاهتمام دراسة مجموعة كبيرة ومتنوعة من المواد الموجودة في الطبيعة ، والتي يوجد منها العديد من الكتب في مكتبة الكونغرس. ولكن ، من ناحية أخرى ، اتضح أن أصل الجزيئات والذرات موضوع أقل اتساعًا. بالطبع ، لا يمكن القول أن الإجابة على هذه الأسئلة بسيطة ومباشرة. يكشف العديد من التفاصيل المذهلة وغير المتوقعة للفيزياء الذرية والنووية وفيزياء الجسيمات (أو الطاقات العالية). كما هو الحال مع مصدر أحرف الأبجدية ، فإن
نتائج العثور على إجابة لهذا السؤال تبدو أكثر إثارة للاهتمام مما كان يمكن تخيله في البداية. يؤدي إلى اكتشافات لا تقتصر على الخصائص البسيطة للمواد. يقود الفيزياء إلى فهم الضوء والشمس والنجوم الأخرى وتاريخ الأرض والمكان والزمان والكون الذي تسافر فيه الأرض والشمس.
ولكن قبل ذلك عليك التفكير في سؤالين آخرين. كيف نعرف أن جميع المواد تتكون من جزيئات؟ تاريخيا ، تم الحصول على الإجابة على هذا السؤال من خلال سلاسل منطقية معقدة ومجموعة متنوعة من التجارب العلمية. حتى وقت قريب ، كان من الممكن تخمين وجود الجزيئات ، ليس بشكل مباشر ، بل بشكل مقنع للتحدث على أساس التحليلات العلمية الماكرة والتجارب الكيميائية. اليوم يمكننا أن نعطي إجابة أكثر وضوحا - لأنه اليوم يمكننا
"رؤية" الجزيء . نراهم من خلال المجاهر ، على الرغم من أنها ليست أنواعًا كلاسيكية يمكن وضعها على الطاولة والنظر فيها من خلال العدسات. هذه
مجاهر قوة ذرية ، وطريقة عرضها أشبه بقراءة برايل. لكنهم يقومون بمهمتهم. إنها تسمح للعلماء بالتقاط صور فوتوغرافية للمواد ، ودراسة هيكلها بالتفصيل ، وتأكيد التنبؤات السابقة التي تم إجراؤها على حسابها. حتى أنهم سمحوا
بحل الألغاز السابقة لجزيئات معينة. تسمح لك الطرق الجديدة بالتحقق مباشرة من جميع الحجج غير المباشرة. لا يعني ذلك أننا شككنا فيها ، لأنها تستخدم في كثير من الأحيان بنجاح في التنبؤ بنتائج التفاعلات الكيميائية وفي تطوير وإنشاء مواد جديدة! ومع ذلك ، من الجيد أن تعرف أن هذه المناقشة ليست مجردة: الجزيئات موجودة بالفعل ، وبمساعدة التقنيات الحديثة يمكننا اكتشافها مباشرة.
في المقالة التالية ، سننظر في الذرات ، وما تتكون منها ، وكيف تصنع الجزيئات منها.