المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 مولکول اسرارآميز - قسمت اول 
مولکول اسرارآميز - قسمت اول زنگ تفريح فيزيك
اولين ترکيب‌هاي شيميايي عالم

 

 
عالم در ابتدا به روشي شیمیايي از حالت آشفته‌ی گازی به ساختار ستاره‌ای تبدیل شد، تغییراتی که برای انسان قابل مشاهده نیست.
 
سؤال جالب برای علاقه‌مندان به علم: قوی‌ترین اسید ممکن چیست که آنقدر واکنش‌پذیر باشد که pHِ آن با کاغذ pHسنج قابل اندازه‌گیری نيست؟  
 

یا یک سؤال دیگر: اولین مولکولی که قبل از آب و حتی مولکول هیدروژن در عالم شکل گرفت چه بود؟ 
 
یک راهنمایی برای پاسخ به این سؤال‌ها: جواب هر دو سؤال یک ماده است!
 
پاسخ این دو سؤال ماده‌ا‌ی عجیب به نام هیبرید هلیوم (HeH+) است. Jerome Loreau از دانشگاه بروکسل این ماده را «مولکول اسرارآمیز» می‌نامد (یا به بیان بهتر، یون اسرارآمیز؛ چرا که بار الکتریکی دارد). این نام‌گذاری چندان هم بی‌دلیل نیست. به احتمال زياد در کلاس‌های درس شیمی آموخته‌اید که هلیوم گاز نجیبی است که با هیچ ماده‌ای وارد واکنش نمی‌شود. اما این کاملاً غلط است، زیرا این گاز تحت شرایط خاص قادر به انجام واکنش است. هیبرید هلیوم به قدری گمنام و عجیب است که بسیاری از اخترشناسان تا به حال اسم آن را هم نشنیده‌اند. جالب است بدانید که این مولکول نقشی کلیدی در روند تحول عالم داشته است. این ماده آغازگر علم شیمی و تولد ستارگان، سیارات و شروع حیات بوده است.
 

عجیب‌ترین نکته درمورد هیبرید هلیوم این است که ما نمی‌توانیم آن را ببینیم؛ به نوعی نامرئی است. اما هیبرید هلیومدر این مورد تنها نیست. مولکول‌های نسل اولِ دیگر نیز غیر قابل مشاهده هستند، و این مواد نامرئی تکه‌های گم‌شده‌ی پازلی هستند که در کنار هم تصویری از یک دوران مهم در تاریخ عالم به دست می‌دهند: عصر تاریکی.

 


عصر تاریکی
در ابتدای عالم، درست بعد از انفجار بزرگ (Big Bang)، فضا ترکیبی آشفته و در هم تنیده از ماده و تابش بود. با انبساط عالم، به تدریج دمای آن کاهش پیدا کرد. 380 هزار سال پس از انفجار بزرگ، با رسیدن دما به 4000 کلوین، پروتون‌ها توانستند به  به الکترون‌ها  بپيوندند و تشکیل اتم هیدروژن شدند. هیدروژن تشکیل شده شفاف بود و به پرتوها اجازه‌ی عبور از خود را می‌داد. و این اتفاق منجر به آغاز عصر تاریکی شد.  
 
پرتوهای منتشر شده از آن دوران بصورت تابش زمینه‌ي کیهانی هنوز قابل تشخیص هستند. اين تابش مدرکی محکم برای نظريه‌ي انفجار بزرگ در دهه‌ی 1960 بود. اما از طرف دیگر، هیچ ماده‌ای از به دوران انفجار بزرگ قابل مشاهده نیست؛ تنها چیزی که اخترشناسان مي‌توانند رصد کنند، تعدادی کهکشان با فاصله‌ي زماني چند صد میلیون سال نسبت به انفجار بزرگ است. سؤال این است که در این بین چه اتفاقی رخ داده است؟ این دوره‌ی ناشناس همان عصر تاریکی است. 
 
با وجود اینکه قادر به دیدن عصر تاریکی نیستیم، اما حدس‌هايی در مورد اتفاقاتی که در این دوران افتاده داریم. مدل‌های انفجار بزرگ به طور دقیق برآنند که عالم در ابتدا از هیدروژن، هلیوم، مقدار کمی دوتریوم (یک ایزوتوپ سنگین هیدروژن)، و مقدار بسیار ناچیزی لیتیم ساخته شده است. زمانی که دمای جهان به قدر مناسب کاهش یافت تا اتم هیدروژن شکل بگیرد، این عناصر تشکیل دهنده‌ی عالم نیز شروع به انجام برهم‌کنش‌هایی با هم، و ایجاد مولکول‌ها کردند. به بیان دیگر، روزی که عالم به عصر تاریکی وارد شد، علم شیمی نیز متولد شد.

 

 

 

 


فيليپ استنسيل Phillip Stancil از دانشگاه گرجستان می‌گوید: فرآیند شیمیایی که اتفاق افتاده، بسیار ساده است؛ مانند اتفاقی که در یک آزمایشگاه شیمی رخ می‌دهد. 
 
همانند Loreau از دانشگاه بروکسل،استنسيل Stancil نیز روی هیبرید هلیوم مطالعه می‌کند، اما وی با دید بازتری به تحولات ماده در آغاز جهان نگاه می‌کند.
 

 

 

  هیبرید هلیوم اولین پیوند بین اتمی در عالم، به صورت جاذبه‌ی الکتریکی بین اتم هلیوم و پروتون است که همان هسته‌ی هیدروژن باشد. وجود یونِ هیدروژن یا همان تک پروتون در این مولکول باعث می‌شود هیبرید هلیوم به شدت اسیدی باشد و بتواند با هر ماده‌ای وارد واکنش شود. به وجود آمدن هیبرید هلیومدر ابتدای عالم باعث تشکیل اولین مولکول هیدروژن (دو اتم هیدروژن که با هم پیوند برقرار می‌کنند) شد. در ادامه‌ی این روند، مولکول‌های دیگری از جمله هلیوم لیتیم و H3+ که یک مولکول تشکیل شده از سه اتم هیدروژن ایجاد شدند. هردوی این مولکول‌ها بسیار ناپایدار هستند و به همین دلیل در طبیعت یافت نمی‌شوند.

 


Corey S. Powell

 

منابع مفيد:

 

آينه‌ي فضايي


انفجار بزرگ


انفجار بزرگ به زبان ساده - دانشگاه ويسکازين

 

 صفحه‌ي رسمي رصدخانه‌ي آلما


صفحه‌ي رسمي جيمز وب

 

1393/8/8لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1160
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1160