یک اتم چقدر می‌تواند بزرگ باشد؟ بیشترین شعاع یک اتم چقدر است؟
البته تعریف شعاع برای اتم نمی‌تواند مانند تعریف شعاع برای یک توپ باشد. چرا که ما وقتی از اتم صحبت می‌کند، در حال صحبت کردن از ابعاد کوانتومی هستیم و اینجا جایی‌ست که قوانین مکانیک کوانتومی حاکم است. پس ما نمی‌توانیم یک خط‌کش برداریم و بگوییم سایز این اتم اینقدر است. اتم از یک هسته در مرکز و تعدادی الکترون در اطراف این هسته تشکیل شده است. وقتی از حضور یک الکترون در فاصله‌ای مشخص از هسته صحبت می‌کنیم، ما “انتظار” داریم که الکترون در این فاصله باشد. ما با استفاده از احتمالات و مقادیر مورد انتظار، می‌گوییم ابعاد این اتم به طور میانگین این است. اما حالا فرض کنیم که به هر طریقی، می‌توانیم تخمینی از ابعاد اتم داشته باشیم.
حالا شعاع بزرگترین اتمی که تا به حال دیده ایم، چقدر است؟
راستش بزرگترین اتم‌هایی که ما دیده ایم، روی زمین نبوده است. اما اخترفیزیکدانان آن‌ها را در کهکشان‌های به خصوص آغازین کیهان دیده اند. چقدر عجیب، چطور ما یک اتم را در کهکشان‌های آغازین دیده ایم؟ اخترفیزیکدانان این کار را با طیف اتمی انجام می‌دهند. آن‌ها نور دریافتی از ستاره‌ها یا کهکشان‌های دور دست را تجزیه می‌کنند و با استفاده از خطوط طیف اتمی، می‌فهمند که این چه اتمی‌ست و چه ویژگی‌هایی دارد. البته این اینجا موضوع بحث نیست و قبلا در این باره نوشته‌ام که می‌توانید با جستجوی طیف اتمی در وبسایت ابا اباد، اطلاعات بیشتری کسب کنید.
یکی از بزرگترین اتم‌هایی که ما تا به حال دیده‌ایم، در لایه‌ی ۳۵۰اُم (n=350) خودش الکترون داشته است. وقتی تعداد لایه‌های عناصر مختلف را بررسی کنیم، خواهید دید که این عدد چقدر بزرگ است. مثلا اتم هیدروژن یک لایه دارد. الکترون‌های اتم سنگینی مثل جیوه، تا ۶ لایه الکترون را اشغال می‌کنند. این عدد برای اورانیوم ۷ است. هرچقدر این عدد بزرگتر شود، شعاع آن اتم نیز بزرگتر می‌شود. حالا اتمی که الکترون آن در لایه‌ی اصلی ۳۵۰ام قرار دارد، شعاع آن چقدر است؟ احتمالا خیلی بزرگتر.
اتمی که الکترون آن در چنین لایه‌ای قرار دارد، شعاعی معادل ۶/۵ میکرومتر دارد. یعنی قطر آن ۱۳ میکرومتر است. یک میکرومتر معادل یک هزارم یک میلی‌متر است که خیلی بزرگ است. این در حالی‌ست که قطر یک گلبول قرمز خون، معادل ۸ میکرومتر و قطر یک تار موی انسان، ۵۰ میکرومتر است.
تصورش را بکنید. ما اتمی داریم که قطر آن، یک پنجم قطر یک تار موی انسان است. این درحالی‌ست که قطر یک اتم سنگین مثل اورانیوم، حدود ۲۸۰ پیکومتر است، یعنی ۲۰۰ هزار برابر کوچک‌تر از یک تار موی انسان است. می‌توانید این اعداد را با یکدیگر مقایسه کنید، یکی یک پنجم یک تار مو، دیگری یک دویست هزارم یک تار مو. البته ما این اتم‌های بزرگ را بسیار پیش از اینکه توسط اخترفیزیکدانان پیدا شوند، می‌شناختیم. این اتم‌ها تحت عنوان اتم ریدبرگ یا Rydberg Atoms شناخته می‌شوند. البته این اتم‌ها در آزمایشگاه‌ها نیز ساخته می‌شوند و کاربردهای زیادی هم دارند. از جمله اینکه در ساخت بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) مبتنی بر اتم در آزمایشگاه‌ها، از این اتم‌ها استفاده می‌شود.
تصویر فوق: کشف توده‌ی بزرگی از اتم‌های ریدبرگ در کهکشانی به فاصله‌ی یازده میلیارد سال نوری، توسط یک رادیوتلسکوپ در آفریقای جنوبی
-اَبا اِباد