The invisible motion of still objects - Ran Tivony

Translator: Tun Lin Aung + 1 Reviewer: sann tint

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

ခင်ဗျားကို ဝိုင်းထားတဲ့ သက်မဲ့များစွာဟာ လုံး၀ ငြိမ်နေကြောင်း ထင်ကောင်းထင်မှာပါ။

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

ဒါပေမဲ့ ဒါတွေထဲက ဘယ်ဟာကို ဖြစ်ဖြစ် အက်တမ် တည်ဆောက်ပုံထိ ဆင်းကြည့်ပါက

and you'll see a world in constant flux.

တရပ်စပ် လှုပ်ရှားပြောင်းလဲနေတဲ့ လောကကို မြင်ပါလိမ့်မယ်။

Stretching,

ပြန့်ကားလိုက်

contracting,

ကျုံ့ဝင်လိုက်

springing,

တွန့်လိမ်လိုက်

jittering,

drifting atoms everywhere.

ခါနေလိုက်ပေါ့။

တလှုပ်လှုပ်သွားနေကြတဲ့ အက်တမ်တွေဟာ နေရာတိုင်းပါပဲ။

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

ဒီလှုပ်ရှားမှုက ၀ရုန်းသုံးကားထင်ရပေမဲ့ ကျပန်းတော့မဟုတ်ပါ။

Atoms that are bonded together,

အတူတကွ ဓာတ်စည်း နှောင်လျက်

and that describes almost all substances,

အရာတိုင်းလောက်နီးပါးကို ဖော်ပြတဲ့ အက်တမ်တွေဟာ

move according to a set of principles.

စည်းမျဉ်း စည်းကမ်းတွေအတိုင်း လှုပ်ရှားကြပါတယ်။

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

ဥပမာ၊ အက်တမ်တွေကို ဖက်စပ်စည်းနဲ့ စည်နှောင်တဲ့ မော်လီကျူးတစ်လုံးယူပါ။

There are three basic ways molecules can move:

မော်လီကျူးတွေ လှုပ်ရှားတဲ့ အခြေခံနည်းလမ်း ၃ ခုရှိပါတယ်

rotation,

လည်တာ၊

translation,

သွားတာနဲ့

and vibration.

တုန်ခါတာ တွေပါ။

Rotation and translation move a molecule in space

လည်ခြင်းနဲ့ အဖြောင့်သွားခြင်းက မော်လီကျူးရဲ့အက်တမ်တွေချင်း

while its atoms stay the same distance apart.

အကွာအဝေး မပြောင်းဘဲ နေရာလွတ်မှာ ရွေ့ပါတယ်။

Vibration, on the other hand, changes those distances,

တစ်ဘက်က တုန်ခါခြင်းကတော့ အဲဒီ အကွာအဝေး ပြောင်းလဲပါတယ်။

actually altering the molecule's shape.

တကယ်တော့ မော်လီကျူး ပုံသဏ္ဌာန် တစ်လှည့်စီပြောင်းတာပါ။

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

မော်လီကျူးမှန်ရင်၊ ၎င်း ရွေ့နိုင်တဲ့ နည်းကွဲအရေအတွက်ကို ရေတွက်နိုင်ပါတယ်။

That corresponds to its degrees of freedom,

ဒါက ၎င်းရဲ့ လွတ်လပ်မှုအဆင့်တွေ အတိုင်းဖြစ်ပါတယ်

which in the context of mechanics

ဒါကို မက္ကဲနစ်ဘာသာရပ်ထဲမှာတော့

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

အဖွဲ့အစည်းတစ်ရပ်လုံးကို နားလည်သွားအောင် ကျုပ်တို့ ထည့်တွက်ဖို့လိုတဲ့

to understand the full system.

အပြောင်းအလဲ အရေအတွက်တွေလို့ အခြေခံအားဖြင့် ဆိုလိုပါတယ်။

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

သုံးဘက်တိုင်း ဟင်းလင်ပြင်ကို x, y, z ဝန်းရိုးတွေနဲ့ သတ်မှတ်ပါတယ်။

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

အဖြောင့်သွားခြင်းက မော်လီကျူးကို ဝန်ရိုး မရွေးဘဲ ဦးတည်သလို ရွေ့လျားခွင့်ပြုပါတယ်။

That's three degrees of freedom.

ဒါဟာ လွတ်လပ်မှု အဆင့် ၃ ဆင့်ပါ။

It can also rotate around any of these three axes.

၎င်းက ဝန်းရိုးသုံးခုအနက် ဘယ်ဝန်ရိုးမဆို၌ လည်ပြီးလည်း နေနိုင်ပါတယ်။

That's three more,

ဒါက နောက်ထပ် ၃ ဆင့်ပါ

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

ကာဗွန်ဒိုင်အောက်ဆိုင်လို linear မော်လီကျူး မဟုတ်ရင်ပေါ့..။

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

ဒီမော်လီကျူးမှက ၎င်းရဲ့ဝန်ရိုးမှာ မွှတ်လည်တဲ့ ပုံစံတွေထဲက တစ်ခုသာရှိပါသည်။

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

ဒါကိုတော့ ထည့်မတွက်တဲ့ အကြောင်းက အက်တမ်တွေ တည်နေရာ မပြောင်းကြလို့ပါ။

Vibration is where it gets a bit tricky.

တုန်ခါခြင်းက နည်းနည်း လှည့်ကွက်ရှိပါတယ်။

Let's take a simple molecule, like hydrogen.

ဟိုက်ဒြိုဂျင်လို ရိုးရှင်းတဲ့ မော်လီကျူးဆို..

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

အက်တမ်နှစ်လုံးကို အတူတကွ စည်းနှောင်ထားတဲ့ ဓာတ်စည်းအလျားဟာ တရပ်စပ် ပြောင်းနေပါမယ်။

as if the atoms were connected by a spring.

အက်တမ်တွေကို စပရင် တစ်ခုနဲ့ ချိတ်ဆက်ပေးလိုက်သလိုပါပဲ။

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

ဒီ အကွာအဝေးပြောင်းလဲမှုက ငယ်လွန်းပါတယ်။ ၁ မီတာရဲ့ ၁ ဘီလျှံပုံ ၁ ပုံအောက် ငယ်တာပါ။

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

အက်တမ်ပိုများလေ မော်လီကျူးမှာ ဓာတ်စည်းတွေ ပိုများလေ ဒီတော့ တုန်ခါပုံတွေ ပိုများလေပါ။

For example, a water molecule has three atoms:

ဥပမာ၊ ရေ မော်လီကျူးတစ်လုံးမှာ ရှိတဲ့ အက်တမ်သုံးလုံးဟာ

one oxygen and two hydrogens, and two bonds.

အောက်စီဂျင် တစ် ဟိုက်ဒြိုဂျင် နှစ် ဖြစ်ပြီး ဓာတ်စည်း နှစ်ခုပါ။

That gives it three modes of vibration:

ဒီဟာက တုန်ခါမှု ပုံစံ သုံးမျိုးဖြစ်ပါတယ်။

symmetric stretching,

ခေါက်ချိုးညီ ဆန့်ကားခြင်း၊

asymmetric stretching,

ခေါက်ချိုး မညီ ဆန့်ကားခြင်းနဲ့

and bending.

ကွေးကျုံ့ခြင်းပါ။

More complicated molecules have even fancier vibrational modes,

ပိုရှုပ်တဲ့ မော်လီကျူးတွေမှာ တုန်ခါပုံတွေက ချစ်စရာလေးတွေတောင် ရှိသွားပါတယ်။

like rocking,

ယိမ်းသလို၊

wagging,

ပျံသလိုနဲ့

and twisting.

တွန့်လိမ်သလို မျိုးတွေပါ။

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

မော်လီကျူးတစ်လုံးရှိ အက်တမ် အလုံးရေကို သိရင် တုန်ခါပုံတွေကို ရေတွက်နိုင်ပါတယ်။

Start with the total degrees of freedom,

စစခြင်း မော်လီကျူးထဲက အက်တမ် အရေအတွက်ရဲ့

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

သုံးဆဖြစ်တဲ့ အသားတင် လွတ်လပ်မှု အဆင့်တွေနဲ့ စစို့။

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

ဒါက အက်တမ်တစ်လုံးစီဟာ ကွဲပြားတဲ့ ဦးတည်ဘက် သုံးမျိုးကို ရွေ့နိုင်လို့ပါ။

Three of the total correspond to translation

မော်လီကျူးရဲ့ အက်တမ်အားလုံး ဦးတည်ဘက်တူ ရွေ့နေတဲ့အခါ

when all the atoms are going in the same direction.

သုံးဆင့် စလုံးက အဖြောင့်ရွေ့လျားခြင်းပါ။

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

linear molecule တွေအတွက်တော့ လည်ခြင်းအတွက် နှစ်ဆင့်၊ သုံးဆင့်ရှိပါတယ်။

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

နောက်ဆုံးကျန်တဲ့ တုန်ခါခြင်းဟာ linear moleculeတွေအတွက်

are vibrations.

3N-6 သို့မဟုတ် 3N-5 အဆင့်ရှိပါတယ်။

So what's causing all this motion?

ဒီရွေ့လျားမှု အားလုံးက အရင်းခံက ဘာလဲ။

Molecules move because they absorb energy from their surroundings,

မော်လီကျူးတွေ ရွေ့လျားတာက ပတ်ဝန်းကျင်မှ စွမ်းအင်ကို ၎င်းတို့က စုပ်ယူတာကြောင့်ပါ။

mainly in the form of heat or electromagnetic radiation.

အဓိကတော့ အပူနဲ့ လျှပ်စစ်သံလိုက်ဆိုင်ရာ ဖြာထွက်ခြင်း ပုံစံနဲ့ပါ။

When this energy gets transferred to the molecules,

ဒီစွမ်းအင်တွေက မော်လီကျူးတွေထံ ကူပြောင်းလာတဲ့အခါ

they vibrate,

တုန်ခါလိုက်ကြ၊

rotate,

လှည့်ပတ်လိုက်ကြ၊

or translate faster.

ပြီးတော့ ပိုမြန်မြန် အဖြောင့်သွားလိုက်နဲ့

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

ပိုမြန်ဆန်တဲ့ ရွေ့လျားခြင်းက မော်လီကျူးနဲ့ အက်တမ်တွေရဲ့အရွေ့စွမ်းအင် တိုးပါတယ်။

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

ဒါကို အပူချိန်နဲ့ အပူစွမ်းအင် တိုးခြင်းလို့ သတ်မှတ်ကြပါတယ်။

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

ဒါက စားစရာကို မိုက်ခရိုဝေ့ မီးဖိုထဲထည့် အပူပေးလေ့ရှိတဲ့ ဖြစ်စဉ်ပဲ ဖြစ်ပါတယ်။

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

မီးဖိုက မိုက်ခရိုဝေ့တွေကို ထုတ်မယ် ဒါကို မော်လီကျူးတွေက စုပ်ယူပါတယ်။

especially those of water.

အထူးအားဖြင့် ဒါမျိုးရေတွေ ဒါတွေက ပိုမြန်သထက်

They move around faster and faster,

မြန်အောင် လည်မယ် အချင်းချင်း တိုက်မိပြီး

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

စားစရာရဲ့ အပူချိန်နဲ့ အပူစွမ်းအင်ကို တိုးမြှင့်ပါတော့တယ်။

The greenhouse effect is another example.

နောက်ထပ် ဥပမာ တစ်ခုဟာ ဖန်လုံအိမ်အာနိသင်ပါ။

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

ကမ္ဘာမြေမျက်နှာပြင်ကို ရိုက်ခတ်တဲ့ နေရောင်အချို့ကို

is reflected back to the atmosphere.

လေထုထဲကို ပြန်ကန်ထုတ်ပါတယ်။

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

ရေငွေ့၊ ကာဗွန်ဒိုင်အောင်ဆိုဒ်လိုဖန်လုံအိမ် ဓာတ်ငွေ့တွေက ဒီရောင်ခြည်ကို စုပ်ယူပြီး

and speed up.

အရှိန်တက်လာပါတယ်။ ပူပူ မြန်မြန်

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

ရွေ့နေတဲ့ ဒီလို မော်လီကျူးတွေက အနီအောက် ရောင်ခြည်ကို ဘက်ပေါင်းစုံထုတ်လွှတ်တာ

including back to Earth, warming it.

ကမ္ဘာမြေထံ ပြန်ရောက်သွားတော့ ပူနွေးသွားစေတာပါ။

Does all this molecular motion ever stop?

ဒီမော်လီကျူးတွေ လှုပ်ရှားတာ ရပ်ဖူးပါလား..ဆို

You might think that would happen at absolute zero,

အအေးဆုံး အပူချိန် ခေါ် ပကတိ သုညအပူချိန်မှာ ရပ်မှာလို့

the coldest possible temperature.

ခင်ဗျား အထင်ရောက်နိုင်ပါတယ်။

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

ဘာကိုဖြစ်ဖြစ် ဒီထက်ပိုအေးအောင် စီမံခဲ့ဖူးတာ မရှိပါဘူး။

but even if we could,

ဒါပေမဲ့ ကျုပ်တို့ တတ်နိုင်ခဲ့ရင်တောင်

molecules would still move due to a quantum mechanical principle

မော်လီကျူးတွေက ဆက်ပြီး လှုပ်နေကြပါလိမ့်မယ် သုညမှတ် စွမ်းအင်ခေါ်တဲ့

called zero-point energy.

ကွမ်တမ် မက္ကဲနစ် နိယာမကြောင့်ပါ။ တနည်းဆိုပါက...

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

အရာရာတိုင်းဟာ စကြ၀ဠာ စတင်ချိန်ကတည်းက လှုပ်ရှားလာခဲ့ကြပြီး

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

ကျုပ်တို့လွန်ပြီး နောင် အလွန်ရှည်ကြာတဲ့ ကာလတိုင် ဆက်လက် လှုပ်ရှားပါဦးမယ်။