ميكانيك الكم تفعل المستحيل في الكيمياء الفلكية
ميكانيك الكم تفعل المستحيل في الكيمياء الفلكية
ميكانيك الكم تفعل المستحيل في الكيمياء الفلكية. يمكن لسحر الكمومية أن يولد جزيء في الفضاء ليس موجودًا في القواعد الكلاسيكية للكيمياء. الغمامة الكونية نوع من مختبرات الكيمياء الكمومية، وهذا سببًا للعثور على مجموعة من الجزيئات العضوية في الفضاء.
يمكنك الاطلاع أيضَا على: هل تستطيع أفكار ميكانيكا الكم تفسيرالجدول الدوري للعناصر؟
الفضاء النجمي شديد البرودة بالنسبة لمعظم التفاعلات الكيميائية. وتزيد درجة الحرارة المنخفضة من صعوبة انجراف الجزيئات عبر الفضاء للحصول على الطاقة اللازمة لكسر روابطها. يقول دوين هيرد Dwayne Heard من جامعة ليدز Leeds بالمملكة المتحدة: “هناك قانون معياري ينص أنه بانخفاض درجة الحرارة، تبطئ معدلات التفاعلات الكيميائية.”
لكننا نعلم أنّ هناك مجموعة من الجزيئات العضوية المعقدة في الفضاء. حيث يمكن أن تحدث بعض التفاعلات عندما تلتصق الجزيئات المختلفة بسطح غبار الغمامة الكونية. مما يمنحهم الوقت الكافي للحصول على الطاقة اللازمة للتفاعل. وهذا ما لا يحدث عندما تنساب الجزيئات إلى بعضها في الفراغ.
على الرغم من ذلك، لا يمكن تفسير جميع التفاعلات بهذه الطريقة، اكتشف علماء الفلك في العام الماضي جزيئات الميتوكسي التي تحتوي على كربون وهيدروجين وأكسجين في سحابة برشاوس الجزيئية Perseus molecular cloud، التي تبعد 600 سنة ضوئية عن الأرض. وترك هذا الجزيء لغزًا حول تكوينه، حيث لم يتمكن الباحثون من إنتاجه في المختبر من خلال السماح للمتفاعلات بالتكثف على حبيبات الغبار.
عرض الجزيئات
هناك طريقة أخرى للحصول على الميتوكسي تتمثل بالجمع بين غازين موجودين في الفضاء هما جذر الهيدروكسيل والميثانول، لكن في هذه الطريقة؛ التفاعل يتطلب طاقة كبيرة وهذه الطاقة غير متوفرة في الفضاء البارد.
تساءل هيرد وزملاؤه عما إذا كانت الإجابة موجودة في ميكانيك الكم: ربما تعطي عملية النفق الكمومي راسم الهيدروكسيل فرصة للتغيير من خلال الحفر عبر الحاجز بدلًا من المرور فوقه.
في محاولة أخرى لإنتاج الميتوكسي في الفضاء. تمكّن فريق من إنتاجه حيث قاموا بتبريد الهيدروكسيل الغازي والميثانول إلى 63 كلفن. والتفسير هو؛ أنه في درجات الحرارة المنخفضة، تتباطأ الجزيئات مما يزيد من احتمال النفق الكمومي. قال هيرد: “يصطدمون الجزيئات ببعضهم البعض في درجات الحرارة العادية، ولكن عند انخفاض درجة الحرارة، يتدفقون معًا لفترة كافية قبل الاصطدام.”
يمكنك الاطلاع أيضَا على: توضيح مرئي لميكانيك الكم
الكيمياء المستحيلة
ووجد الفريق أنّ التفاعل حدث أسرع بمعدل 50 مرة عبر النفق الكمومي من التفاعل في درجة حرارة الغرفة مع إعطائه الطاقة اللازمة. الفراغ أبرد بكثير من 63 كلفن، لكن الغمامة الكونية قرب النجوم يمكن أن تصل إلى هذه الدرجة.
يقول هيرد: “نحن نوضح وجود كيمياء عضوية في الفضاء، عبر نوع التفاعلات التي تحدث فيها فقط.” وهذا يعني أنّ كيمياء الفضاء أو الكيمياء الفلكية أكثر ثراء مما كنا نتصوره. قالت هيلين فريزر Helen Fraser (من جامعة ستراثكلايد Strathclyde، المملكة المتحدة. التي لم تكن جزءًا من الفريق البحثي): “ربما يوجد في الفضاء بين النجوم مجموعة من التفاعلات الكيميائية لم نفكر في حدوثها”.
مع ذلك. إذا كانت الجزيئات على الأرض يمكن أن تتكون في الفضاء هذا لا يعني أن الفضاء هو مصدرها. وتقول هيلين: لايزال الحكم في هذا الشأن غير مؤكد.
المصادر:
Jacob Aron. Quantum mechanics enables ‘impossible’ space chemistry. New Scientist. Retrieved December 9, 2018, from https://www.newscientist.com/article/dn23780-quantum-mechanics-enables-impossible-space-chemistry
Shannon, RJ., & et al. Accelerated chemistry in the reaction between the hydroxyl radical and methanol at interstellar temperatures facilitated by tunnelling. Nature Chemistry 5, 745–749 (2013)
