The invisible motion of still objects - Ran Tivony

المترجم: fatima ma المدقّق: Ghalia Turki

Many of the inanimate objects around you probably seem perfectly still.

العديد من الجمادات المحيطة بنا تبدو ربما ساكنة تماماً

But look deep into the atomic structure of any of them,

لكن بالنظر إلى البناء الذري لأيٍ منها

and you'll see a world in constant flux.

سترى عالم من التغير المستمر

Stretching,

التمدد

contracting,

التقلص

springing,

الحركة المفاجئة

jittering,

drifting atoms everywhere.

عدم الثبات

اندفاع الذرات بكل مكان

And though that movement may seem chaotic, it's not random.

وقد تبدو تلك الحركة فوضوية، ولكنها ليست عشوائية.

Atoms that are bonded together,

تلك الذرات تجتمع مع بعضها

and that describes almost all substances,

وتشكل جميع المواد تقريباً

move according to a set of principles.

التحرك يعتمد على مجموعة من القواعد

For example, take molecules, atoms held together by covalent bonds.

كمثال، خذ الجزيئات تجتمع الذرات مع بعضها بروابط كيميائية

There are three basic ways molecules can move:

هناك ثلاث طرق أساسية لتحرك الجزيئات

rotation,

الدوران

translation,

التحول

and vibration.

والاهتزاز

Rotation and translation move a molecule in space

الدوران والتحول هو تحرك جزيء في الفضاء

while its atoms stay the same distance apart.

بينما تبقى ذراته بنفس الأبعاد

Vibration, on the other hand, changes those distances,

الاهتزاز، من ناحيةٍ أخرى يغير هذه الأبعاد

actually altering the molecule's shape.

بالحقيقة إنه يغير شكل الجزيء

For any molecule, you can count up the number of different ways it can move.

بالنسبة لأي جزيء، بإمكانك إحصاء عدد الطرق المختلفة التي يمكنه الحركة بها.

That corresponds to its degrees of freedom,

ذاك هو التوافق مع درجات استقلاليته

which in the context of mechanics

الذي يكمن في سياق آليته

basically means the number of variables we need to take into account

مما يعني أساساً عدد المتغيرات التي نحتاجها في العد

to understand the full system.

لفهم النظام كاملاً

Three-dimensional space is defined by x, y, and z axes.

الفضاء ثلاثي الأبعاد يُحدَد بمحاور x،y،z

Translation allows the molecule to move in the direction of any of them.

التحول يسمح للجزيء بالتحرك في اتجاه أي واحدٍ منها

That's three degrees of freedom.

هذه هي الدرجات الثلاث من الاستقلالية

It can also rotate around any of these three axes.

بإمكانه أيضاً الدوران حول أي من المحاور الثلاثة

That's three more,

هذه ثلاثة أخرى

unless it's a linear molecule, like carbon dioxide.

إلا إن كان جزيء خطي مثل ثاني أوكسيد الكربون

There, one of the rotations just spins the molecule around its own axis,

فهناك، واحدة من الدورات فقط تجعل الجزيء يدور حول محوره

which doesn't count because it doesn't change the position of the atoms.

والتي لا تُحسب لأنها لا تُغير موضع الذرات

Vibration is where it gets a bit tricky.

الاهتزاز هو حيث تجد بعض التعقيد

Let's take a simple molecule, like hydrogen.

لنأخذ جزيء بسيط كالهيدروجين

The length of the bond that holds the two atoms together is constantly changing

طول الرابط الكيميائي يحمل اثنين من الذرات معاً والتي تتغير بشكل ثابت

as if the atoms were connected by a spring.

كما لو أن الذرات قد ارتبطت بنابض

That change in distance is tiny, less than a billionth of a meter.

ذلك التغير في الأبعاد صغير جداً أصغر من البليون في المتر

The more atoms and bonds a molecule has, the more vibrational modes.

كلما زادت الذرات والروابط التي يملكها الجزيء زادت أوضاع الاهتزاز أكثر

For example, a water molecule has three atoms:

كمثال جزيء الماء يملك ثلاث ذرات

one oxygen and two hydrogens, and two bonds.

ذرة أوكسيجن وذرتي هيدروجين ورابطتين ذريتين

That gives it three modes of vibration:

والتي تمنح الجزيء ثلاث أشكال من الاهتزاز

symmetric stretching,

التمدد المتماثل

asymmetric stretching,

التمدد غير المتماثل

and bending.

التقوس

More complicated molecules have even fancier vibrational modes,

الجزيئات الأكثر تعقيداً لديها أسلوب اهتزاز خيالي

like rocking,

كالتأرجح

wagging,

الارتجاج

and twisting.

الالتواء

If you know how many atoms a molecule has, you can count its vibrational modes.

في حال كنت تعلم عدد ما يملكه الجزيء من الذرات، بإمكانك إحصاء طرق اهتزازه

Start with the total degrees of freedom,

ابدأ مع الدرجة الإجمالية للحرية،

which is three times the number of atoms in the molecule.

والتي هي ثلاثة أضعاف عدد الذرات في الجزيء

That's because each atom can move in three different directions.

وذلك لأن كل ذرة تستطيع الحركة بثلاث اتجاهات مختلفة

Three of the total correspond to translation

ثلاث من المجموع الكلي يتوافق مع التحول

when all the atoms are going in the same direction.

بينما جميع الذرات تذهب بنفس الاتجاه

And three, or two for linear molecules, correspond to rotations.

وثلاثة أو اثنين للجزيئات الخطية تتوافق مع الدورات

All the rest, 3N-6 or 3N-5 for linear molecules,

وجميع الباقي 3N-6 أو 3N-5 جزيئات خطية

are vibrations.

هي اهتزازات

So what's causing all this motion?

إذاً ما الذي يسبب كل هذه الحركة؟

Molecules move because they absorb energy from their surroundings,

تتحرك الجزيئات لأنها تمتص طاقة من محيطها

mainly in the form of heat or electromagnetic radiation.

بشكل رئيسي الطاقة بشكلها الحراري أو الإشعاع الكهرومغناطيسي

When this energy gets transferred to the molecules,

عندما تتحول هذه الحرارة إلى الجزيء

they vibrate,

فإنها تهتز

rotate,

تدور

or translate faster.

أو تتحول بشكل أسرع

Faster motion increases the kinetic energy of the molecules and atoms.

الحركة الأسرع تزيد الطاقة الحركية للجزيء والذرات

We define this as an increase in temperature and thermal energy.

قمنا بتعريف ذلك كزيادة بدرجة الحرارة وبالطاقة الحرارية

This is the phenomenon your microwave oven uses to heat your food.

هذه هي الظاهرة التي يستخدمها المايكرويف الخاص بك لتسخين الحرارة

The oven emits microwave radiation, which is absorbed by the molecules,

يبعث الفرن إشعاعات المايكرويف والتي تُمتَص من قبل الجزيء

especially those of water.

خاصةً تلك الخاصة بالماء

They move around faster and faster,

فإنها تتحرك في الأرجاء أسرع وأسرع

bumping into each other and increasing the food's temperature and thermal energy.

تُصادم بعضها بعضاً، وتزيد حرارة الطعام والطاقة الحرارية

The greenhouse effect is another example.

تأثير البيوت البلاستيكية هو مثال آخر

Some of the solar radiation that hits the Earth's surface

يضرب بعض الإشعاع الشمسي سطح الأرض

is reflected back to the atmosphere.

ثم ينعكس عائداً إلى الغلاف الجوي

Greenhouse gases, like water vapor and carbon dioxide absorb this radiation

غاز البيوت البلاستيكية، كبخار الماء وثنائي أوكسيد الكربون يمتص هذه الإشعاعات

and speed up.

ويقوم بالتسريع

These hotter, faster-moving molecules emit infrared radiation in all directions,

حركة الجزيء الأسرع والأكثر حرارة هذه تبعث الأشعة تحت الحمراء بجميع الاتجاهات

including back to Earth, warming it.

بما في ذلك العودة إلى الأرض لتدفئتها.

Does all this molecular motion ever stop?

هل تتوقف حركة الجزيء أبداً؟

You might think that would happen at absolute zero,

ربما تعتقد أن ذلك قد يحدث عند الصفر المطلق

the coldest possible temperature.

أبرد درجة محتملة

No one's ever managed to cool anything down that much,

لم ينجح أحد أبداً بتبريد أي شيء لذلك الحد

but even if we could,

لكن حتى إن تمكنا من ذلك

molecules would still move due to a quantum mechanical principle

فربما قد يبقى الجزيء يتحرك بفضل مبدأ الكم الميكانيكي

called zero-point energy.

ويسمى طاقة نقطة الصفر

In other words, everything has been moving since the universe's very first moments,

بكلمات أخرى، فإن كل شيء يتحرك منذ اللحظات الأولى للكون

and will keep going long, long after we're gone.

وسيستمر لفترة طويلة، أطول من بقائنا