The invisible motion of still objects - Ran Tivony

Translator: sadegh zabihi Reviewer: soheila Jafari

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

اکثر اجسام بی جان اطراف شما احتمالا کاملا بی حرکت به نظر می‌رسند.

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

اما به عمق ساختار اتمی هر یک از آنها نگاه کنید،

and you'll see a world in constant flux.

و جهانی با لرزش مداوم را خواهید دید.

Stretching,

کش آمدن،

contracting,

منقبض شدن،

springing,

جمع شدن،

jittering,

drifting atoms everywhere.

حرکات نامنظم،

و کشیده شدن اتم‌ها به هر طرف.

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

و با وجود اینکه این حرکات پریشان به نظر می‌رسند، اما اتفاقی نیستند.

Atoms that are bonded together,

اتم هایی که به هم متصل هستند،

and that describes almost all substances,

و تقریبا ذات هر ماده ای را تشکیل می دهند،

move according to a set of principles.

بر اساس قوائدی حرکت می‌کنند.

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

برای مثال، مولکول ها را در نظر بگیرید، اتم ها با پیوند کوالانسی کنار هم هستند.

There are three basic ways molecules can move:

اساسا سه روش برای حرکت مولکول ها وجود دارد:

rotation,

چرخش،

translation,

انتقال،

and vibration.

و لرزش.

Rotation and translation move a molecule in space

چرخش و انتقال مولکول را در فضا حرکت می دهند

while its atoms stay the same distance apart.

در حالی که اتم های آن نسبت به هم ثابت هستند.

Vibration, on the other hand, changes those distances,

در عوض، لرزش فاصله بین اتم ها را تغییر می دهد،

actually altering the molecule's shape.

و در واقع ابعاد مولکول را عوض می‌کند.

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

برای هر مولکول، می توانید تعداد راه های متفاوتی که می تواند حرکت کند را بشمارید.

That corresponds to its degrees of freedom,

و این تعداد برابر با تعداد درجات آزادی آن خواهد بود،

which in the context of mechanics

که از نظر مکانیکی

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

اساسا به معنی تعداد متغیرهایی است که باید به حساب بیایند

to understand the full system.

تا سیستم به درستی شناخته شود.

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

فضای سه بعدی بوسیله سه محور y ،x و z توصیف می‌شود.

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

انتقال به مولکول اجازه می دهد تا در جهت هر یک از محورها حرکت کند.

That's three degrees of freedom.

این سه درجه آزادی است.

It can also rotate around any of these three axes.

همچنین می تواند حول هر یک از محورها دوران کند.

That's three more,

واین سه درجه دیگر،

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

غیر از اینکه مولکول خطی باشد، مثل دی اکسید کربن.

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

در این حالت، دوران در یکی از جهات تنها به معنی چرخش مولکول حول محور خودش خواهد بود

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

که به حساب نمی آید، چونکه موقعیت اتم‌ها در این صورت تغییر نمی‌کند.

Vibration is where it gets a bit tricky.

توصیف حرکت لرزش کمی سخت‌تر است.

Let's take a simple molecule, like hydrogen.

یک مولکول ساده را در نظر بگیرید، مثلا هیدروژن.

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

طول پیوندی که دو اتم را کنار هم نگه داشته دائما در حال تغییر است

as if the atoms were connected by a spring.

انگار که اتم ها با فنر به هم وصل شده اند.

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

این تغییر طول خیلی کوچک است، کمتر از یک میلیاردم متر.

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

هرچه تعداد اتم ها و پیوندهای مولکول بیشتر باشد، حالت های لرزش بیشتری خواهد داشت.

For example, a water molecule has three atoms:

به طور مثال، یک مولکول آب سه اتم دارد:

one oxygen and two hydrogens, and two bonds.

یک اکسیژن و دو هیدروژن، و دو پیوند خواهد داشت.

That gives it three modes of vibration:

این باعث می شود که مولکول سه حالت لرزش داشته باشد:

symmetric stretching,

کشش متقارن،

asymmetric stretching,

کشش نامتقارن،

and bending.

و خم شدن.

More complicated molecules have even fancier vibrational modes,

مولکول های پیچیده تر حتی حالتهای لرزش جالب تری دارند.

like rocking,

مثل تاب خوردن،

wagging,

جنباندن،

and twisting.

و پیچاندن.

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

اگر بدانید هر مولکول چند اتم دارد، می توانید حالت های لرزش آن را بشمارید.

Start with the total degrees of freedom,

با تعداد درجات آزادی آن شروع کنید،

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

که سه برابر تعداد اتم های موجود در مولکول است.

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

و به این دلیل است که هر مولکول می تواند در سه جهت مختلف حرکت کند.

Three of the total correspond to translation

سه تا از آنها مربوط به انتقال است

when all the atoms are going in the same direction.

زمانی که همه اتم ها در یک جهت حرکت می‌کنند.

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

و سه تا، یا دو تا برای مولکول‌های خطی، مربوط به دوران است.

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

و بقیه ۳N-۶ یا ۳N-۵ برای مولکول‌های خطی،

are vibrations.

لرزش ها هستند.

So what's causing all this motion?

خوب چه چیزی این حرکات را به وجود می آورد؟

Molecules move because they absorb energy from their surroundings,

مولکول‌ها حرکت می‌کنند چون آنها انرژی را از اطرف خود جذب می‌کنند،

mainly in the form of heat or electromagnetic radiation.

و بیشتر آن از جنس انرژی گرمایی یا تشعشعات الکترومغناطیسی است.

When this energy gets transferred to the molecules,

زمانی که این انرژی به مولکول‌ها منتقل می‌شود،

they vibrate,

آنها تندتر می‌لرزند،

rotate,

تندتر می‌چرخند،

or translate faster.

و یا سریع تر جابجا می‌کنند.

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

حرکت با سرعت بیشترانرژی جنبشی مولکول ها و اتم ها را افزایش می‌دهد.

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

ما این اتفاق را به صورت افزایش دما و انرژی حرارتی می‌بینیم.

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

این همان پدیده ای است که اجاق ماکروویو شما برای گرم کردن غذا از آن استفاده می‌کند.

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

اجاق پرتوهای ماکروویو ساطع می‌کند و مولکول ها آن را جذب می‌کنند،

especially those of water.

مخصوصا مولکول‌های آب.

They move around faster and faster,

پس با سرعت بیشتری به حرکت در می‌آیند،

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

و با برخورد با یکدیگر دما و انرژی گرمایی غذا را افزایش می‌دهند.

The greenhouse effect is another example.

اثر گلخانه‌ای هم مثال دیگری است.

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

بعضی از پرتوهای خورشید که با سطح زمین برخورد می‌کنند

is reflected back to the atmosphere.

به سمت اتمسفر بازتاب داده می‌شوند.

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

گازهای گلخانه ای، مانند بخار آب و دی اکسید کربن این پرتوها را جذب می کنند

and speed up.

و و با سرعت بیشتری حرکت می کنند.

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

این مولکول‌های داغ تر و سریع تر پرتوهای فروسرخ را به همه طرف می تابانند،

including back to Earth, warming it.

از جمله به سمت خود زمین، و باعث گرم شدن آن می شوند.

Does all this molecular motion ever stop?

آیا این حرکات مولکولی متوقف هم می شود؟

You might think that would happen at absolute zero,

ممکن است فکر کنید که این اتفاق در صفر مطلق امکان پذیر است،

the coldest possible temperature.

پایین ترین دمای ممکن.

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

هیچ کس تا به حال نتوانسته چیزی را تا آن دما سرد کند،

but even if we could,

اما اگر هم می شد،

molecules would still move due to a quantum mechanical principle

مولکول‌ها به خاطر یک قانون مکانیک کوانتومی

called zero-point energy.

به نام انرژی نقطه صفر، هنوز هم به حرکت ادامه می دادند.

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

به بیان دیگر، از لحظه‌های آغازین کائنات همه چیز در حال حرکت بوده است،

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

و تا مدت‌ها هم به حرکت ادامه خواهد داد، مدت‌ها پس از رفتن ما.