Why is glass transparent Mark Miodownik

المترجم: Abd Al-Rahman Al-Azhurry المدقّق: khalid marbou ألق نظرة من نافذتك ضع نظارتك إن كان لديك واحدة. ربما تحتاج إلى إحضار منظار أيضاً أو عدسات مكبرة. والآن، ماذا ترى؟ حسناً، مهما يكن فهو ليس الطبقات المتعددة من الزجاج التي أمامك. ولكن هل تساءلت من قبل عن كيفية كون شيء بهذه الصلابة شفافاً لهذه الدرجة؟ لفهم ذلك علينا أن نفهم ما هو الزجاج بالضبط ومن أي يأتي. يبدأ الأمر عند قشرة الأرض أكثر عنصرين في هذه الطبقة السيليكون والأوكسجين. الذين يتفاعلان سوية ليشكلا ثنائي أوكسيد السيليكون والذي تصطف جزيئاته في شكل بلورة قياسية معروفة باسم "كوارتز". يوجد الكوارتز غالباً في الرمل حيث يشكل غالباً معظم الحبيبات وهي المكون الأساسي لمعظم أنواع الزجاج. ربما تكون قد لاحظت أن الزجاج ليس مكوناً من أجزاءٍ صغيرة متعددة من الكوارتز وهذا لسبب وجيه. أولاً، حواف الحبيبات المرتصة وأصغر الشقوق في البنية البلورية تعكس وتشتت الضوء الموجه عليها. ولكن عندما يسخن الكوارتز إلى درجة مناسبة فتهتز الجزيئات بفعل الطاقة الزائدة حتى تنفصم الروابط التي تجمعها سوية وتصبح سائلاً طافياً بنفس الطريقة التي يذوب فيها الثلج إلى الماء. ولكن بخلاف الماء ثاني أكسيد السيليكون السائل لا يتحول إلى مادة صلبة بلورية عندما يبرد. بدلاً من ذلك، عندما تفقد الجزيئات الطاقة تقل قدرتها على التحرك في مكان معين والنتيجة ما يسمى بالمادة الصلبة غير المتبلورة. مادة صلبة ذات بنية فوضوية كبنية السائل الأمر الذي يسمح للجزيئات بالتحرك بحرية لملئ أي فراغ. وهذا ما يجعل سطح الزجاج موحداً على المستوى المجهري مما يسمح للضوء بالاصطدام به من دون أن يتناثر باتجاهات مختلفة. لكن هذا لا يفسر قدرة الضوء على تجاوز الزجاج عوضاً من أن يمتصه كما يحصل مع معظم المواد الصلبة. لهذا، نحن بحاجة إلى الغوص إلى المستوى دون الذري. ربما تعلم أن الذرة مكونة من نواة وإلكترونات تدور حولها ولكنك ربما ستتفاجأ عندما تعلم أن معظمها فراغ. في الواقع، إذا كان حجم الذرة من حجم ملعب رياضي فالنواة ستكون كحبة فاصولياء في الوسط بينما تكون الالكترونات كحبات الرمل في المقاعد الخارجية. مما يترك مساحة وافرة ليمر الضوء من خلالها من دون أن يصطدم بهذه الجسيمات. إذاً فالسؤال ليس عن سبب كون الزجاج شفافاً، بل لماذا ليست كل المواد شفافة؟ الجواب متعلق بمستويات الطاقة المختلفة التي يمكن أن يحصل عليها الالكترون في الذرة. هي أشبه ما تكون بصفوف المقاعد في الملعب. يوجه الالكترون مبدأياً إلى الجلوس في صف معين لكن بإمكانه أن يقفز إلى مقعد أفضل فقط إذا كان يحتوي الطاقة الكافية لذلك. ولأجل الحظ فامتصاص إحدى فوتونات الضوء التي تمر عبر الذرة تزوده بالطاقة التي يحتاجها. لكن هناك مفارقة. فطاقة الفوتون يجب أن تكون بالكمية المناسبة لتنقل الإلكترون إلى الصف التالي. وإلا سيدع الفوتون يمر هذا ما يحصل في الزجاج لأن الصفوف متباعدة جداً لدرجة أن فوتون الضوء المرئي لا يمكنه أن يعطي طاقة كافية للالكترون ليقفز بينها. من جهة أخرى، فوتونات الأشعة فوق البنفسجية تعطي الطاقة المناسبة تماماً وتمتص لهذا لا يمكنك أن تحصل على السمرة عبر الزجاج. هذه الخاصية المميزة كونه صلباً وشفافاً أعطت الزجاج العديد من الاستعمالات عبر القرون. بدءاً من النوافذ التي تسمح للضوء بالعبور بينما تمنع مرور الأشياء الأخرى إلى العدسات التي تسمح لنا برؤية الكون الشاسع ما وراء كوكبنا والأشياء الصغيرة حولنا. من الصعب تخيل الحضارة الحديثة بدون الزجاج. وبالنسبة إلى مادة مهمة إلى هذه الدرجة فنحن نادراً ما نفكر بالزجاج وتأثيره. وهذا لأن أهم خاصية للزجاج وأكثرها فائدة هي كونه خال من الصفات وشفافا لدرجة أننا ننسى وجوده أحياناً.