عمر النصف
كمية خارج النظام · تُعبَّر بثواني SI · خاصية النويدة
في سنة 1900 لاحظ إرنست رذرفورد أن إشعاع الثوريوم يضعف مع الزمن، والأهم من ذلك أنه لا يضعف اعتباطاً بل على نحو منتظم تماماً: كان يفقد في كل دقيقة القدر نفسه من قوته السابقة. وهكذا وُجدت كمية لا تتوقف على الحرارة ولا على الضغط ولا على الحالة الكيميائية للمادة — الزمن الذي يضمحل فيه نصف الأنوية.
وخاصيتها أنها تخصّ جمهرة لا نواة واحدة: فالذرة المفردة لا عمر لها ولا أجل، وهل تضمحل في الثانية التالية أم تبقى مليون سنة أخرى فأمر لا يمكن التنبؤ به حتى من حيث المبدأ. غير أن الأنوية كثيرة في العادة — في الغرام منها من رتبة عشرة أس واحد وعشرين — وفوق مثل هذه الجمهرة يصير الاتفاق قانوناً دقيقاً.
01 · التعريف
عمر النصف هو الزمن الذي ينقص فيه عدد أنوية نويدة بعينها إلى النصف. وهو مرتبط ارتباطاً لا لبس فيه بثابت الاضمحلال، الذي يعطي احتمال اضمحلال نواة واحدة في وحدة الزمن، وبمتوسط العمر، الأطول من عمر النصف بنحو النصف.
والقانون الأسّيّ ينبع من فرض واحد: احتمال اضمحلال النواة لا يتوقف على مدة ما عاشته. فالنواة لا تشيخ ولا تبلى ولا تقترب من أجل — وهي في كل لحظة مستعدة للاضمحلال كما كانت لحظة نشأتها، ولذلك تنخفض نسبة الباقيات بالعامل نفسه على أزمنة متساوية.
وثبات هذه الكمية الفريد آتٍ من أن الاضمحلال يجري داخل النواة، حيث لا تصل الكيمياء. فالحرارة والضغط والمجال المغناطيسي ونوع المركّب لا تؤثر في عمر النصف، ولا يُستطاع إزاحته بأجزاء من المئة إلا في حالات نادرة، حين تشارك في الاضمحلال إلكترونات الغلاف الأقرب إلى النواة.
ومدى القيم هائل كما ليس لأي كمية أخرى في الفهرس: من عشرة أس ناقص اثنين وعشرين من الثانية عند أنوية تنفرط قبل أن تلحق النويّات بالدوران حول النواة، إلى أكثر من كوادريليونَي سنة عند التيلوريوم-128، الذي يتجاوز عمر نصفه عمر الكون بمئة تريليون مرة. وكل ذلك يطيع قانون الأنصاف الواحد بعينه.
سُق الزمن بالمزلاج — يُعدّ بأعمار النصف، وهي واحدة للنويدات الأربع جميعاً، بينما تحوّلها العبارات إلى ساعات وسنين وألفيات حقيقية. المنحنى البرتقالي يبيّن نسبة الأنوية الباقية، والدرجات الزرقاء تؤشّر النصف والربع والثمن، والعمود على اليمين هو ما بقي من المئة ذرة الأولى.
عمر النصف خاصية الجمهرة لا خاصية الذرة المفردة: فالنواة لا تشيخ، ولها في كل لحظة احتمال الاضمحلال نفسه الذي كان لها في الثانية الأولى من وجودها. ولذلك لا يُقال عن ذرة واحدة شيء أكثر تحديداً من احتمال، ويُقال عن مليار كل شيء تقريباً، وتنقص سعة التنبؤ كجذر عددها.
02 · التحويل
عمر النصف والثابت والنشاط
أدخل عمر نصف بأي وحدات شئت، فتحوّله البطاقة إلى سائر الوحدات، وتعطي ثابت الاضمحلال ومتوسط العمر، ثم تبيّن أيّ نشاط يعطيه غرام من النويدة النقية، وكم يبقى منه بعد أجل معلوم.
ويُؤخذ العدد الكتلي لحساب النشاط النوعي من النويدة المختارة في الجزء التفاعلي؛ وفي الضبط الدقيق للبطاقة يمكن الانتقال إلى مئة اصطلاحية.
وقِصَر عمر النصف يعني نشاطاً عالياً لا سلامة: فكلما أسرع اضمحلال النويدة زاد ما يقع على الثانية من اضمحلالات، وغرام من التكنيشيوم-99m يشعّ أشدّ من غرام اليورانيوم بعشرات الملايين من المرات. فالخطر إذن لا يحدّده عمر النصف وحده، بل معه نوع الإشعاع، وما تستقر فيه النويدة، والسبيل التي تدخل بها إلى الجسم.
| القيمة | ملاحظة | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · مراتب العِظَم
مقياس لوغاريتمي: أربع وخمسون رتبة قدر04 · أدوات القياس
بماذا يُقاس ما لا يُدرَك بالانتظار
وأبسط طرق قياس عمر النصف أن تعدّ النقرات وترى كيف يهبط معدلها مع الزمن. وهي تصلح لنويدات تعيش من دقائق إلى بضع سنين: فعلى أجل أقصر لا يلحق العدّ أن يتجمع، وعلى أطول يضيع الهبوط في التشتت الذي لا مفرّ منه في القراءات.
وكاشف أنصاف النواقل المصنوع من الجرمانيوم يميّز طاقات الكمّات إلى أجزاء من ألف من المئة، ويتيح بذلك تتبّع نويدة واحدة في خليط من عشر نويدات أخرى. أما عرض الخط الطيفي نفسه فيفشي عمر نصف تلك الحالات التي تعيش أقصر من نانوثانية: كلما قصرت الحياة اتسع المستوى.
وفي النويدات الطويلة العمر لا معنى لانتظار الاضمحلالات، ولذلك تُعدّ الذرات واحدة واحدة، مفروزة بالكتلة في مجال مغناطيسي. والتأريخ بالكربون المشعّ قائم على هذا بعينه: إذ لا يُبحث في العينة عن الإشعاع بل عن أنوية الكربون-14 ذاتها، وهي واحدة في كل تريليون من الأنوية العادية.
وأعمار النصف التي تبلغ تريليونات السنين تُقاس بأخذ أطنان من المادة وانتظار سنة: فبضعة اضمحلالات ستقع على أي حال. ولتمييزها يُخبّأ الجهاز تحت كيلومتر من الصخر، ويُحاط برصاص قديم انتُشل من سفن غارقة، وتُعدّ أحداث لا تزيد على اثنين في الشهر.
05 · قواعد الكتابة
النويدة أولاً والوحدة بعدها
ويُكتب الرمز بحرف لاتيني كبير ودليل «نصف» في الأسفل، ويوضع العدد الكتلي أعلى يسار رمز العنصر أو بعد اسمه بشرطة. وتُذكر الوحدة دائماً وتُختار مريحة في القدر؛ وخلط عمر النصف بمتوسط العمر غير جائز — إذ يفترقان بعامل 1,443.
والكتابة الأولى لا تصحّ مرتين: فلليورانيوم نظائر عدة بأعمار نصف مختلفة، والوحدة محذوفة. والثانية تساوي بين عمر النصف ومتوسط العمر، والأخير أطول بمقدار 1,443 مرة. والثالثة تفترض نفاداً لا يسمح به الأسّيّ: فبعد عمرَي نصف يبقى الربع. والرابعة تنسب إلى ذرة واحدة أجلاً ليس لها.
06 · الوحدات المجاورة
ويقف عمر النصف في صف تلك الكميات التي تصف الاضمحلال نفسه من جهات أخرى: النشاط المقيس بالبكريل، وثابت الاضمحلال ذي بُعد مقلوب الزمن، ومتوسط العمر. ويكفي أن تعرف أياً منها — فالبقية تتبع بعامل.
اضمحلال في الثانية
ثوانٍ مقلوبة
أطول بعامل 1,443
من بطاقات Simetrium يجاورها بيكريل و الكوري، التي يُقاس بها النشاط نفسه، غراي و سيفرت للجرعة الممتصة والمكافئة، بارن من المقاطع النووية و ثانية، التي يُعبَّر بها عمر النصف في نهاية الأمر.
07 · القسم التاريخي
ساعة لا تُدار ولا تُوقَف
وجد رذرفورد أن إشعاع الغاز الذي يطلقه الثوريوم يهبط بالعامل نفسه على فترات متساوية، فأدخل كمية سماها في البداية زمن نصف التحوّل. وكان ذلك أول مسار في الطبيعة لا يمكن تغيير سرعته بأي شيء البتة.
وكان كلفن يستخرج من تبرّد الكرة الأرضية عمراً من عشرين إلى أربعين مليون سنة، وكان ذلك الأجل ينقص الجيولوجيين نقصاً يائساً. أما الرصاص المتراكم في معادن اليورانيوم فأعطى المليارات فوراً — وأوضح فوق ذلك لماذا كان حساب كلفن محكوماً عليه: إذ لم يكن يعلم أن العمق يسخن باضمحلاله هو.
وأدرك ويلارد ليبي أن الكائن الحي يتبادل الكربون مع محيطه على الدوام، وأن التبادل يتوقف بعد الموت فتبدأ الساعة. واجتازت الطريقة امتحانها الأول على خشب من قبر مصري عُرف عمره من النقوش، فخالفته بقرن ونصف لا أكثر.
وتُصمَّم مستودعات الوقود المستهلك على أعمار نصف النويدات التي تحتويها، فتخرج الآجال بحيث تتجاوز المهمة الهندسة: كيف تترك تحذيراً لناس لغتهم لم توجد بعد. والمستودع الفنلندي في أونكالو محسوب لمئة ألف سنة — أطول عشر مرات من التاريخ المكتوب كله.
الساعة الوحيدة التي لا تُضبط
وكل أداة لقياس الزمن يمكن إخراجها عن العمل: فالبندول تخرجه صدمة عن الإيقاع، والكوارتز ينزاح مع الحرارة، وحتى الساعات الذرية تحتاج إلى تصحيح للجاذبية. أما الاضمحلال الإشعاعي فيقف في هذا الصف منفرداً، لأنه يجري داخل النواة، حيث لا تصل حرارة ولا ضغط ولا رابطة كيميائية.
ولمثل هذا الاستقلال وجه آخر، وهو وجه كريه. فلما كان المسار لا يُعجَّل، استحال من حيث المبدأ جعل النفايات غير ضارة: لا يمكن إلا انتظارها، والانتظار يفوق عمر كل دولة وكل لغة. ووحدة تبدو في المختبر يُسراً تصير في مقياس المستودع حدّاً لا يُجادَل.
الفهرس · وحدات القياس
جواز لكل كمية
سبع وحدات أساسية في النظام الدولي، واثنتان وعشرون مشتقة لها أسماؤها، ومقادير خارج النظام لا تقوم بدونها لا التقنية ولا التقويم.