كيف عرف العِلم اللّعب بالنّار

سحرت النّار بني البشر منذ فجر التّاريخ. أين نجد مثل هذا الدّمج بين قوة الدّمار وبين قوة الحياة؟ ترافق النّار حياتنا دونما انقطاع إذ تُشغّل السّيّارات وتُحرّكها، وتُستخدم لِطهي الطّعام، والتّدفئة، وإشعال فتائل الشّمعات في المناسبات الرّومانسيّة والأعياد. وتدخل النّار في الكثير من التّعابير الكلاميّة في الحياة اليوميّة. يفتقر غالبيّتنا لِفهم ماهيّة النّار وطبيعتها، على الرّغم من أنّنا نسير معها في السّرّاء والضّرّاء. إنّها بمثابة أداة لنا، مفيدة عادةً، وخطيرة أحيانًا، إلّا أنّنا نادرًا ما نهتمّ بفهم طبيعتها وكنهها.

النّار اليونانيّة

رافق التّساؤل حول ماهيّة النّار وكنهها البشريّة منذ قديم الزّمان، ربّما منذ أن عرف أجدادنا القدماء التّحكّم بالنّار أوّل مرّة، فدفعوا تطوّر البشريّة خطوات كبيرة إلى الأمام. لا عجب إذًا أن احتلّت النّار مقامًا مركزيًّا للغاية في الصّورة الّتي رسمها الفلاسفة اليونانيّون القدماء في مخيّلتهم، ضمن محاولاتهم تفسير العالم من حولهم. 

اِقترح الفيلسوف اليونانيّ إيمبيدوكليس (Empedocles) في القرن الخامس قبل الميلاد نظريّة العناصر الأربعة، والّتي قدّمت، أوّل مرّة، تفسيرًا منظّمًا لبنية المادّة. اِدّعى إيمبيدوكليس من خلال نظريّته وجود أربعة عناصر في الطّبيعة: الهواء، النّار، الماء والتّراب، والموادّ جميعها مبنيّة من هذه العناصر. يُحدّد المزيج الخاصّ من هذه العناصر ماهيّة المادّة، حيث أنّ لكلّ عنصر منها خواصّه المميّزة. مَثّلت النّار، لِشأننا هذا، الطّاقة والحركة.

حظيت نظريّة العناصر الأربعة بموطئ قدم في الفلسفة اليونانيّة واتّسعت منها لتدخل في ثقافات عالميّة أخرى. كان الفيلسوف اليونانيّ شائع الصّيت أرسطو من بين من تبنّوا النّظريّة، إلّا أنّه اقترح تفسيرًا مغايرًا لماهيّة العناصر. اِعتقد أرسطو، بخلاف إيمبيدوكليس، أنّه توجد لكلّ واحد من العناصر الأربعة صفتين تُمَثِّلان زوجين من المتضادّات: الحرارة والبَرْد،  والجفاف والرّطوبة. النّار، بطبيعة الحال، هي العنصر الحارّ والجافّ. ربط اليونانيّون، بشكل طبيعيّ، ومن وجهة نظرهم، بين العناصر الأربعة وبين علم التّنجيم - المجال الآخر من المعرفة الذي حاول اليونانيّون تفسير الواقع من خلاله - فنسبوا كلّ ثلاثة من أبراج الحظّ في التّقويم السّنويّ لواحد من العناصر الأربعة. شملت مجموعة أبراج عنصر النّار كلًّا من برج الأسد والحمل والقوس. نحن في غنى عن القول إنّنا نعلم اليوم أنّ التّنجيم ليس علمًا وأنّ النّار ليست عنصرًا. 

ما زالت نظريّة العناصر الأربعة شائعة حتّى يومنا هذا في العديد من الثّقافات المحافظة التّقليديّة، البوذيّة مثلًا. كما أنّها تغلغلت مع مرور الزّمن في التّصوّف اليهوديّ. نجدها في المؤلَّف القبالي  "سيفر يتسيراه، سِفْر الخلق"، حيث ورد فيه ذكر "أربعة طبيعيّات خَلَقَ الله الكونَ منها". أضف إلى ذلك ظهور العدد 4 في اليهوديّة أكثر من مرة كَعدد رمزيّ، كَالأنواع الأربعة وأربعة ملائكة الخِدمة. 

اِنضمّت الخيمياء هي الأخرى إلى التّنجيم والتّصوّف. كان أحد الأمور الرّئيسة الّتي سعى لتحقيقها مجال الخيمياء  تحويل الفلزّات البسيطة والرّخيصة إلى أخرى ثمينة، مثلًا تحويل الرّصاص إلى ذهب. يعتمد منطق هذه المحاولات كثيرًا على مفهوم العناصر الأربعة: "قد يمكننا تحويل مادّة ما إلى مادّة أخرى مختارة ونادرة الوجود، بمجرّد تغيير النّسب بين أربعة العناصر الّتي تكّونها"، هكذا تمنّى أجيال وأجيال من الخيميائيّين، عبثًا، نجاح المحاولات.  

ظلّت نظريّة العناصر الأربعة تسيطر على المفاهيم العلميّة قرونًا عديدة، ولم تسقط (تُدْحَض) إلّا في العصر الحديث، عندما نجح العلماء في تشخيص العناصر الكيميائيّة، مثل الهيدروجين والأكسجين والكربون. وتمّ إلغاء الخيمياء قاطبةً لكنّ سحرها المذهل لم يتمّ إلغاؤه، إذ بقيت محتفظة حتّى بقدر معيّن من المنطق. يمكن القول، عند محاولتنا ملاءمة العناصر مع الحالات التّراكميّة للمادّة، إنّ التّراب حالته صلبة، وحالة الماء سائلة، والهواء غاز، أما النّار… فأيّة حالة تراكميّة هي؟  

العناصر الأربعة حسب الفلسفة اليونانية في القرن الخامس قبل الميلاد: الهواء، التراب، الماء والنار| Sunflowerr; Maren Winter, Shutterstock

نار الحقيقة

من الواضح الآن أنّ النّار ليست حالةً تراكميّة، وهي بالتّأكيد ليست عنصرًا. النّار عبارة عن عمليّة، ممارسة متعدّدة الحواسّ تتضمّن عمليّات فيزيائيّة وكيميائيّة تشارك فيها ثلاثة مُكوِّنات: المادّة المحترقة، الأكسجين والحرارة. يُسمّى المزيج من المكوّنات الثّلاثة ب "مثلّث النّار". الموادّ النّاتجة من الاحتراق هي بخار الماء وثاني أكسيد الكربون، وقد ترافقها موادّ جانبيّة أخرى، هي السِّناج (أو السّخام). 

تحدث تفاعلات كيميائيّة عديدة بشكل متزامن خلال عمليّة الاحتراق، ولم تكن هذه التّفاعلات لِتحدث دون تزويد الحرارة الأوّليّة للمادّة المحترقة لبدء اشتعالها. تتفكّك جزيئات المادّة المشتعلة من هذه اللّحظة فصاعدًا، وتتفاعل مع الأكسجين بوتيرة عالية جدًّا، وتتفكّك الموادّ النّاتجة ثمّ تعود لتتكوّن، المرّة تلو الأخرى. تنبعث كمّيّة أخرى من الحرارة خلال حدوث هذه التّفاعلات، وهي، أي الحرارة المنبعثة خلال الاحتراق، تُغذّي هذه العمليّات حتّى نفاد المادّة المحترقة.  

يدلّ لون اللّهب على هويّة المادّة المحترقة ويشير، أيضًا، إلى درجة الحرارة فيه. اللّهب المتصاعد من الحطب (الأخشاب المجفّفة) لونه برتقاليّ - أحمر، لون لهب غاز الطّهي أزرق، ويمكن الحصول على لهب أخضر أو بنفسجيّ عند حرق النّحاس أو مركّبات الفلزّات (أملاح الفلزّات). يمكن تمييز سُلّم درجات حرارة النّار بسهولة، مثلًا في شعلة الشّمعة المشتعلة يكون اللّهب قاتمًا للغاية بمحاذاة فتيل الشّمعة حيث المكان الأكثر اتّقادًا، وتخفّ قتامة اللّون مع الابتعاد عن الفتيل والاقتراب من حافة اللّهب الخارجيّة.

يدلُّ لون اللهب على هوية المادّة المحترقة وعلى درجة حرارته. لُهبٌ بألوان مختلفة |  Vector Tradition, Shutterstock

الموادّ الناتجة من الاحتراق هي المسؤولة عن الرّائحة الحادّة و أصوات المفرقعات المرافقة للعملية. أشخاص جالسون حول موقد النار | MiniStocker, Shutterstock  

نار في السّماء

أشعلنا النّار تحت الماء. ماذا بالنّسبة للفضاء الخارجيّ؟

يُستخدم الاحتراق في الصّواريخ حاملة المركبات الفضائيّة من الكرة الأرضيّة، وفي المحرّكات الّتي تتيح لتلك المركبات التّنقّل خارج الغلاف الجوّيّ. تقوم هذه الصّواريخ والمحرّكات بعملها على أتمّ وجه، على الرّغم من انعدام الأكسجين فعليًّا من الفضاء الخارجيّ. هذه الصّواريخ والمحرّكات مزوّدة بحاويات فيها أكسجين في الحالة السّائلة وهو الّذي يتيح احتراق الوقود وتحريك الصّاروخ. 

ويمكن إشعال الشّمعة في الفضاء، على الأقلّ، في الفراغ الّذي يستخدمه رجال الفضاء داخل المركبات الفضائيّة ومحطّة الفضاء الدّوليّة، حيث الأكسجين موجود بوفرة. يكون شكل اللّهب في ظروف انعدام الجاذبيّة مختلفًا عن المعتاد - كرويًّا وليس مستطيلًا مثل شكل القطرة. يبدو اللّهب على سطح الكرة الأرضيّة مُتّسعًا في أسفله وضيّقًا في أعلاه. يتكوّن هذا الشّكل لأنّ الغازات السّاخنة تصعد من مركز اللّهب إلى الأعلى بعكس اتّجاه قوّة الجاذبيّة، بينما يجري الهواء البارد المُؤكسَد نحو قاعدة اللّهب. يُكسب الاختلاف في الضّغوط اللّهب شَكله المستطيل. أمّا في الفضاء فيكون اللّهب كرويًّا تمامًا، لأنّه لا يوجد اختلاف في الضّغوط بين أجزاء اللّهب في حال انعدام الجاذبيّة.  

لُهب غريبة في محطّة الفضاء:

وجد الباحثون أنّ غاز الهبتان يشتعل ويدوم اشتعاله في ظروف الجاذبيّة الصّغرى في درجة حرارة أقلّ كثيرًا من تلك اللّازمة لاشتعالِهِ على الكرة الأرضيّة، وتختلف الموادّ النّاتجة من احتراقِهِ في ظروف الجاذبيّة الصّغرى عنها على سطح الكرة الأرضيّة. تنتج مادّة أوّل أكسيد الكربون ومركّب الفورم ألدهيد العضويّ من احتراق الهبتان في ظروف الجاذبيّة الصّغرى بدلًا من الماء وثاني أكسيد الكربون والسناج الّتي تنتج من احتراقه على سطح الكرة الأرضيّة. تختلف، إذًا، كيمياء النّار في الفضاء عنها على سطح الأرض، إلى جانب اختلاف فيزياء النّار. ومن يعلم؟ ربّما نجد استخدامًا لهذه اللُّهب الباردة لغرض ما، ونكتشف المزيد عن عجائب النّار.