اکثر اجسام بی جان اطراف شما احتمالا کاملا بی حرکت به نظر میرسند.
اما به عمق ساختار اتمی هر یک از آنها نگاه کنید،
و جهانی با لرزش مداوم را خواهید دید.
کش آمدن،
منقبض شدن،
جمع شدن،
حرکات نامنظم،
و کشیده شدن اتمها به هر طرف.
و با وجود اینکه این حرکات پریشان به نظر میرسند، اما اتفاقی نیستند.
اتم هایی که به هم متصل هستند،
و تقریبا ذات هر ماده ای را تشکیل می دهند،
بر اساس قوائدی حرکت میکنند.
برای مثال، مولکول ها را در نظر بگیرید، اتم ها با پیوند کوالانسی کنار هم هستند.
اساسا سه روش برای حرکت مولکول ها وجود دارد:
چرخش،
انتقال،
و لرزش.
چرخش و انتقال مولکول را در فضا حرکت می دهند
در حالی که اتم های آن نسبت به هم ثابت هستند.
در عوض، لرزش فاصله بین اتم ها را تغییر می دهد،
و در واقع ابعاد مولکول را عوض میکند.
برای هر مولکول، می توانید تعداد راه های متفاوتی که می تواند حرکت کند را بشمارید.
و این تعداد برابر با تعداد درجات آزادی آن خواهد بود،
که از نظر مکانیکی
اساسا به معنی تعداد متغیرهایی است که باید به حساب بیایند
تا سیستم به درستی شناخته شود.
فضای سه بعدی بوسیله سه محور y ،x و z توصیف میشود.
انتقال به مولکول اجازه می دهد تا در جهت هر یک از محورها حرکت کند.
این سه درجه آزادی است.
همچنین می تواند حول هر یک از محورها دوران کند.
واین سه درجه دیگر،
غیر از اینکه مولکول خطی باشد، مثل دی اکسید کربن.
در این حالت، دوران در یکی از جهات تنها به معنی چرخش مولکول حول محور خودش خواهد بود
که به حساب نمی آید، چونکه موقعیت اتمها در این صورت تغییر نمیکند.
توصیف حرکت لرزش کمی سختتر است.
یک مولکول ساده را در نظر بگیرید، مثلا هیدروژن.
طول پیوندی که دو اتم را کنار هم نگه داشته دائما در حال تغییر است
انگار که اتم ها با فنر به هم وصل شده اند.
این تغییر طول خیلی کوچک است، کمتر از یک میلیاردم متر.
هرچه تعداد اتم ها و پیوندهای مولکول بیشتر باشد، حالت های لرزش بیشتری خواهد داشت.
به طور مثال، یک مولکول آب سه اتم دارد:
یک اکسیژن و دو هیدروژن، و دو پیوند خواهد داشت.
این باعث می شود که مولکول سه حالت لرزش داشته باشد:
کشش متقارن،
کشش نامتقارن،
و خم شدن.
مولکول های پیچیده تر حتی حالتهای لرزش جالب تری دارند.
مثل تاب خوردن،
جنباندن،
و پیچاندن.
اگر بدانید هر مولکول چند اتم دارد، می توانید حالت های لرزش آن را بشمارید.
با تعداد درجات آزادی آن شروع کنید،
که سه برابر تعداد اتم های موجود در مولکول است.
و به این دلیل است که هر مولکول می تواند در سه جهت مختلف حرکت کند.
سه تا از آنها مربوط به انتقال است
زمانی که همه اتم ها در یک جهت حرکت میکنند.
و سه تا، یا دو تا برای مولکولهای خطی، مربوط به دوران است.
و بقیه ۳N-۶ یا ۳N-۵ برای مولکولهای خطی،
لرزش ها هستند.
خوب چه چیزی این حرکات را به وجود می آورد؟
مولکولها حرکت میکنند چون آنها انرژی را از اطرف خود جذب میکنند،
و بیشتر آن از جنس انرژی گرمایی یا تشعشعات الکترومغناطیسی است.
زمانی که این انرژی به مولکولها منتقل میشود،
آنها تندتر میلرزند،
تندتر میچرخند،
و یا سریع تر جابجا میکنند.
حرکت با سرعت بیشترانرژی جنبشی مولکول ها و اتم ها را افزایش میدهد.
ما این اتفاق را به صورت افزایش دما و انرژی حرارتی میبینیم.
این همان پدیده ای است که اجاق ماکروویو شما برای گرم کردن غذا از آن استفاده میکند.
اجاق پرتوهای ماکروویو ساطع میکند و مولکول ها آن را جذب میکنند،
مخصوصا مولکولهای آب.
پس با سرعت بیشتری به حرکت در میآیند،
و با برخورد با یکدیگر دما و انرژی گرمایی غذا را افزایش میدهند.
اثر گلخانهای هم مثال دیگری است.
بعضی از پرتوهای خورشید که با سطح زمین برخورد میکنند
به سمت اتمسفر بازتاب داده میشوند.
گازهای گلخانه ای، مانند بخار آب و دی اکسید کربن این پرتوها را جذب می کنند
و و با سرعت بیشتری حرکت می کنند.
این مولکولهای داغ تر و سریع تر پرتوهای فروسرخ را به همه طرف می تابانند،
از جمله به سمت خود زمین، و باعث گرم شدن آن می شوند.
آیا این حرکات مولکولی متوقف هم می شود؟
ممکن است فکر کنید که این اتفاق در صفر مطلق امکان پذیر است،
پایین ترین دمای ممکن.
هیچ کس تا به حال نتوانسته چیزی را تا آن دما سرد کند،
اما اگر هم می شد،
مولکولها به خاطر یک قانون مکانیک کوانتومی
به نام انرژی نقطه صفر، هنوز هم به حرکت ادامه می دادند.
به بیان دیگر، از لحظههای آغازین کائنات همه چیز در حال حرکت بوده است،
و تا مدتها هم به حرکت ادامه خواهد داد، مدتها پس از رفتن ما.