وبالعودة إلى ما سبق، فإنه فقط الأمواج الصوتية المحصورة في المزمار تستطيع التذبذب بطرق محصورة، وأيضاً الأمواج المرافقة للإلكترون المحصورة بالذرة تتذبذب بما يوافق المدار المحتمل للإلكترون عند مسافة محددة من النواة المركزية وبطاقة محددة أيضاً. (وبالتأكيد المدار هو المكان الأكثر احتمالاً لتحديد إلكترون حيث لا يوجد شيء بالتحديد بنسبة 100% لمسار مؤكد للإلكترون أو أي جسيمة محتملة).

لقد احصى الفيزيائيون والكيميائيون المدارات. فمعظم المدارات الداخلية وما تعرف بالحالة الأرضية ترقم بـ 1، والمدارات المتعاقبة على مسافة أبعد من النواة ترقم 2، 3، 4 وهكذا. ان وجود الاعداد الكمية – كما يقولون – هو مجدداً تأكيد حول كيف أن كل شيء في العالم المجهري – بما فيها مدارات الإلكترونات – يأتي في خطوات متعاقبة مع عدم امكانية للقيم الوسطى.

وحين يقفز الإلكترون من مدار لآخر أقرب للنواة، تفقد الذرة طاقة، والتي تكون بشكل فوتون من الضوء. وطاقة الفوتون مساوية بالضبط لفرق الطاقة بين المدارين والعملية المعكوسة تتضمن ذرة تمتص فوتوناً بطاقة مساوية لفرق الطاقة بين المدارين. وفي هذه الحالة، يقفز الإلكترون من مدار لآخر ابعد عن النواة. هذه الصورة من الانبعاث والامتصاص للضوء تشرح لماذا تتوافق طاقات الفوتون الخاصة فقط. مع ترددات خاصة، تلفظ خارجاً أو تمتص بكل انواع الذرات ان الطاقات الخاصة هي فروق طاقة بين مدارات الإلكترون. والسبب في وجود عدد محدود من المدارات المسموح بها هو أن هناك عدداً محدداً من مدارات الانتقال.

لكن الأشياء لا تبدو بسيطة. فموجات الإلكترون يسمح لها بالتذبذب في داخل الذرة وتصبح معقدة جداً باشياء ثلاثية الابعاد. وربما تتوافق مع الإلكترون الذي لا يجب فقط أن يكون موجوداً على مسافة معينة من النواة ولكن يجب أن يكون في بعض الاتجاهات أكثر من اتجاهات أخرى. فمثلاً إن موجة الإلكترون قد تكون أكبر من القطبين الشمالي والجنوبي للذرة من دون الاتجاهات الأخرى. والإلكترون في مدار معين يجب أن يتواجد فوق القطبين الشمالي والجنوبي. وإن وصف اتجاه بفضاء ثلاثي الأبعاد يتطلب عددين. ففي الكرة الأرضية ان خطوط العرض والطول مطلوبة. نفس الشيء يضاف للأعداد المحددة مسافاتها من النواة، فموجة الإلكترون ذات الارتفاع والتي تتغير مع الاتجاه تتطلب أكثر من عددين كميين لوصفها. ما يجعل الاعداد ثلاثة. ولإدراك حقيقة أن مدارات الإلكترون غير متشابهة كلياً أكثر من المدارات المألوفة – مثلاً مدارات الكواكب حول الشمس – تعطى الاسم الخاص: أفلاك.

والشكل الدقيق لمدارات الإلكترون يجعله هاماً بشكل حاسم لإثبات كيف أن الذرات المختلفة تلتصق معاً لتؤلف جزيئات مثل الماء وأوكسيد الكربون. والمفتاح هو الإلكترون الاقصى بعداً. كمثال، إن الإلكترون البعيد في ذرة ما ربما يتشارك مع ذرة أخرى، مكوناً رابطة كيميائية. حيث يلعب الإلكترون الأبعد بالضبط دوراً هاماً. إذن إذا كان الاحتمال الأكبر لتواجده فوق القطب الشمالي أو الجنوبي، فالذرة ستكون بالأساس مرتبطة مع الذرة الأخرى بقطبيها الشمالي أو الجنوبي.

إن العلم الذي يهتم بعدد لا يحصى من الطرق حيث الذرات تترابط مع بعضها هو علم الكيمياء. والذرات هي أحجار لعبة الليغو. وبتجميعها بطرق مختلفة، فإنه من الممكن أن نصنع وردة أو قضيباً من الذهب أو إنساناً. ولكن الطريقة التي تتجمع بها أحجار لعبة الليغو لتكوين تنوع مذهل من الاشياء التي نراها من حولنا محدّدة بواسطة النظرية الكمية. وبالتأكيد السبب الملاحظ لوجود عدد كبير من التجمعات لأحجار لعبة الليغو هو ان هناك أكثر من نوع واحد من الأحجار. والطبيعة بالحقيقة تستعمل 92 حجراً من لعبة الليغو. وهي مرتبة من الهيدروجين، الذرة الاخف في الطبيعة، إلى اليورانيوم الاثقل. لكن لماذا هناك عدد كبير من الذرات المختلفة؟ لماذا كل الذرات ليست متشابهة؟ ومرة أخرى، فكل شيء يعود للنظرية الكمية.

مواضيع ذات صلة

خواص الذرات

البنية الإلكترونية للذرات

الذرات

Linear systems

Confined waves, with natural frequencies

The reflection of waves

Einstein’s laws of radiation

The Boltzmann law

Energy levels

The size of an atom

Bremsstrahlung

Synchrotron radiation