Why is glass transparent? - Mark Miodownik

ما سبب شفافية الزجاج؟ - مارك ميوداونيك

المترجم: Abd Al-Rahman Al-Azhurry المدقّق: khalid marbou

Take a look out your window,

ألق نظرة من نافذتك

put on your glasses if you wear them.

ضع نظارتك إن كان لديك واحدة.

You might want to grab a pair of binoculars, too,

ربما تحتاج إلى إحضار منظار أيضاً

or a magnifying lens.

أو عدسات مكبرة.

Now, what do you see?

والآن، ماذا ترى؟

Well, whatever it is,

حسناً، مهما يكن

it's not the multiple layers of glass

فهو ليس الطبقات المتعددة من الزجاج

right in front of you.

التي أمامك.

But have you ever wondered

ولكن هل تساءلت من قبل

how something so solid can be so invisible?

عن كيفية كون شيء بهذه الصلابة شفافاً لهذه الدرجة؟

To understand that,

لفهم ذلك

we have to understand what glass actually is,

علينا أن نفهم ما هو الزجاج بالضبط

and where it comes from.

ومن أي يأتي.

It all begins in the Earth's crust,

يبدأ الأمر عند قشرة الأرض

where the two most common elements are

أكثر عنصرين في هذه الطبقة

silicon and oxygen.

السيليكون والأوكسجين.

These react together to form silicon dioxide,

الذين يتفاعلان سوية ليشكلا ثنائي أوكسيد السيليكون

whose molecules arrange themselves

والذي تصطف جزيئاته

into a regular crystalline form known as quartz.

في شكل بلورة قياسية معروفة باسم "كوارتز".

Quartz is commonly found in sand,

يوجد الكوارتز غالباً في الرمل

where it often makes up most of the grains

حيث يشكل غالباً معظم الحبيبات

and is the main ingredient in most type of glass.

وهي المكون الأساسي لمعظم أنواع الزجاج.

Of course, you probably noticed that glass

ربما تكون قد لاحظت أن الزجاج

isn't made of multiple tiny bits of quartz,

ليس مكوناً من أجزاءٍ صغيرة متعددة من الكوارتز

and for good reason.

وهذا لسبب وجيه.

For one thing, the edges of the rigidly formed grains

أولاً، حواف الحبيبات المرتصة

and smaller defects within the crystal structure

وأصغر الشقوق في البنية البلورية

reflect and disperse light that hits them.

تعكس وتشتت الضوء الموجه عليها.

But when the quartz is heated high enough

ولكن عندما يسخن الكوارتز إلى درجة مناسبة

the extra energy makes the molecules vibrate

فتهتز الجزيئات بفعل الطاقة الزائدة

until they break the bonds holding them together

حتى تنفصم الروابط التي تجمعها سوية

and become a flowing liquid,

وتصبح سائلاً طافياً

the same way that ice melts into water.

بنفس الطريقة التي يذوب فيها الثلج إلى الماء.

Unlike water, though, liquid silicon dioxide

ولكن بخلاف الماء ، ثاني أكسيد السيليكون السائل

does not reform into a crystal solid when it cools.

لا يتحول إلى مادة صلبة بلورية عندما يبرد.

Instead, as the molecules lose energy,

بدلاً من ذلك، عندما تفقد الجزيئات الطاقة

they are less and less able

تقل قدرتها

to move into an ordered position,

على التحرك في مكان معين

and the result is what is called an amorphous solid.

والنتيجة ما يسمى بالمادة الصلبة غير المتبلورة.

A solid material with the chaotic structure of a liquid,

مادة صلبة ذات بنية فوضوية كبنية السائل

which allows the molecules to freely fill in any gaps.

الأمر الذي يسمح للجزيئات بالتحرك بحرية لملئ أي فراغ.

This makes the surface of glass uniform

وهذا ما يجعل سطح الزجاج موحداً

on a microscopic level,

على المستوى المجهري

allowing light to strike it

مما يسمح للضوء بالاصطدام به

without being scattered in different directions.

من دون أن يتناثر باتجاهات مختلفة.

But this still doesn't explain

لكن هذا لا يفسر

why light is able to pass through glass

قدرة الضوء على تجاوز الزجاج

rather than being absorbed as with most solids.

عوضاً من أن يمتصه كما يحصل مع معظم المواد الصلبة.

For that, we need to go all the way down

لهذا، نحن بحاجة إلى الغوص

to the subatomic level.

إلى المستوى دون الذري.

You may know that an atom consists of a nucleus

ربما تعلم أن الذرة مكونة من نواة

with electrons orbiting around it,

وإلكترونات تدور حولها

but you may be surprised to know

ولكنك ربما ستتفاجأ عندما تعلم

that it's mostly empty space.

أن معظمها فراغ.

In fact, if an atom were the size of a sports stadium,

في الواقع، إذا كان حجم الذرة من حجم ملعب رياضي

the nucleus would be like a single pea in the center,

فالنواة ستكون كحبة فاصولياء في الوسط

while the electrons would be like grains of sand

بينما تكون الالكترونات كحبات الرمل

in the outer seats.

في المقاعد الخارجية.

That should leave plenty of space

مما يترك مساحة وافرة

for light to pass through

ليمر الضوء من خلالها

without hitting any of these particles.

من دون أن يصطدم بهذه الجسيمات.

So the real question is not

إذاً فالسؤال ليس

why is glass transparent,

عن سبب كون الزجاج شفافاً،

but why aren't all materials transparent?

بل لماذا ليست كل المواد شفافة؟

The answer has to do with the different energy levels

الجواب متعلق بمستويات الطاقة المختلفة

that electrons in an atom can have.

التي يمكن أن يحصل عليها الالكترون في الذرة.

Think of these as different rows of seats

هي أشبه ما تكون بصفوف المقاعد

in the stadium stands.

في الملعب.

An electron is initially assigned to sit in a certain row,

يوجه الالكترون مبدأياً إلى الجلوس في صف معين

but it could jump to a better row,

لكن بإمكانه أن يقفز إلى مقعد أفضل

if it only had the energy.

فقط إذا كان يحتوي الطاقة الكافية لذلك.

As luck would have it,

ولأجل الحظ

absorbing one of those light photons

فامتصاص إحدى فوتونات الضوء

passing through the atom can provide

التي تمر عبر الذرة تزوده

just the energy the electron needs.

بالطاقة التي يحتاجها.

But there's a catch.

لكن هناك مفارقة.

The energy from the photon

فطاقة الفوتون

has to be the right amount

يجب أن تكون بالكمية المناسبة

to get an electron to the next row.

لتنقل الإلكترون إلى الصف التالي.

Otherwise, it will just let the photon pass by,

وإلا سيدع الفوتون يمر

and it just so happens that in glass,

هذا ما يحصل في الزجاج

the rows are so far apart

لأن الصفوف متباعدة جداً

that a photon of visible light

لدرجة أن فوتون الضوء المرئي

can't provide enough energy for an electron

لا يمكنه أن يعطي طاقة كافية للالكترون

to jump between them.

ليقفز بينها.

Photons from ultraviolet light, on the other hand,

من جهة أخرى، فوتونات الأشعة فوق البنفسجية

give just the right amount of energy,

تعطي الطاقة المناسبة تماماً

and are absorbed,

وتمتص

which is why you can't get a suntan through glass.

لهذا لا يمكنك أن تحصل على السمرة عبر الزجاج.

This amazing property of being both

هذه الخاصية المميزة

solid and transparent has given glass many uses

كونه صلباً وشفافاً أعطت الزجاج العديد من الاستعمالات

throughout the centuries.

عبر القرون.

From windows that let in light

بدءاً من النوافذ التي تسمح للضوء بالعبور

while keeping out the elements,

بينما تمنع مرور الأشياء الأخرى

to lenses that allow us to see both

إلى العدسات التي تسمح لنا برؤية

the vast worlds beyond our planet,

الكون الشاسع ما وراء كوكبنا

and the tiny ones right around us.

والأشياء الصغيرة حولنا.

It is hard to imagine

من الصعب تخيل

modern civilization without glass.

الحضارة الحديثة بدون الزجاج.

And yet for such an important material

وبالنسبة إلى مادة مهمة إلى هذه الدرجة

we rarely think about glass and its impact.

فنحن نادراً ما نفكر بالزجاج وتأثيره.

It is precisely because the most important

وهذا لأن أهم خاصية للزجاج

and useful quality of glass is

وأكثرها فائدة

being featureless and invisible

هي كونه خال من الصفات وشفافا

that we often forget that it's even there.

لدرجة أننا ننسى وجوده أحياناً.