آتش واقعاً چیست؟ پاسخ آن عجیب‌تر از چیزی است که فکر می‌کنید

آتش فناوری‌ای بسیار کهن است که نقشی اساسی در شکل‌گیری تکامل انسان داشته است. نیاکان ما از آتش برای تأمین امنیت، پخت‌وپز و نگهداری غذا استفاده می‌کردند. آن‌ها گرد شعله‌های لرزان آتش جمع می‌شدند، داستان‌ها را برای هم بازگو می‌کردند، دانش فرهنگی را نسل به نسل منتقل می‌کردند و حس اجتماع را شکل می‌دادند.

به گزارش انتخاب و به نقل از  sciencealert ؛ امروزه نیز آتش ابزاری مهم در صنعت به شمار می‌رود و همچنان در زندگی روزمره و آیین‌های ما حضور دارد (مثلاً وقتی شمع‌های کیک تولد را فوت می‌کنید).

همان‌طور که میلیون‌ها سال پیش چنین بود، آتش می‌تواند چشم‌اندازهای طبیعی را دگرگون کند؛ نیرویی که هم توان ویران‌سازی دارد و هم قدرت احیا کردن کامل اکوسیستم‌ها را.

با وجود این‌که آتش برای ما بسیار آشناست، تعریف دقیق آن کار ساده‌ای نیست.پس آتش واقعاً چیست؟

بیایید با پرسشی شروع کنیم که پاسخ دادن به آن کمی آسان‌تر است.

مواد لازم برای آتش چیست؟

برای روشن کردن آتش به سه چیز نیاز داریم:
سوخت (چیزی که بسوزد)، اکسیژن و یک جرقه یا منبع اولیه‌ی گرما. این سه عامل با هم «مثلث آتش» را تشکیل می‌دهند. البته می‌توان سوخت و اکسیژن را «واکنش‌دهنده‌ها» و گرمای اولیه را «انرژی فعال‌سازی» نامید.

در آتش‌سوزی‌های طبیعی مانند آتش‌سوزی جنگل، مواد آلی (مثل چوب و گیاهان) نقش سوخت را دارند. اکسیژن از هوا تأمین می‌شود و انرژی فعال‌سازی می‌تواند از منابع مختلفی بیاید؛ مانند صاعقه یا فعالیت‌های انسانی.

اگر یکی از این عوامل حذف شود، آتش دیگر نمی‌تواند به سوختن ادامه دهد. برای خاموش کردن آتش‌سوزی جنگل، می‌توان گرما را با ریختن آب کاهش داد. آب به بخار تبدیل می‌شود و با کنار زدن هوا، آتش را خفه می‌کند. سوخت هم یا توسط خود آتش مصرف می‌شود یا پیشاپیش با سوزاندن‌های کنترل‌شده یا سنتی از منطقه حذف می‌شود.

تعریف آتش کار ساده‌ای نیست.

محصول اصلی آتش «انرژی» است، به‌همراه گازهایی مانند دی‌اکسید کربن و بخار آب. وقتی میزان سوخت بیش از مقدار اکسیژنِ در دسترس برای سوختن باشد — وضعیتی که در آتش‌سوزی‌های جنگلی دیده می‌شود — محصولات دیگری هم ایجاد می‌شوند.

یکی از این محصولات «دوده» است؛ ذرات بسیار ریز کربن که به‌طور ناقص سوخته‌اند. همه‌ی این محصولات با هم برهم‌کنش دارند و آن چیزی را می‌سازند که ما هنگام تجربه‌ی آتش حس می‌کنیم و می‌بینیم.

گرمایی که از آتش احساس می‌کنیم، حاصل انرژی‌ای است که به صورت حرارت به اطراف تابش می‌شود. گازهای داغ به دلیل چگالی کمترشان نسبت به هوای خنک اطراف، به سمت بالا حرکت می‌کنند. این گازها ذرات دوده را با خود حمل می‌کنند؛ ذراتی که به دلیل دمای بالا به رنگ زرد ـ نارنجی می‌درخشند.

در آتش جنگل یا آتش اردوگاهی، همین دوده‌ی درخشان است که ما آن را به شکل شعله‌ها می‌بینیم. در واقع، شعله‌ها بسیار بالاتر از محدوده‌ای که ما می‌بینیم امتداد دارند. با بالا رفتن دوده، دمای آن کاهش می‌یابد و نوری با رنگ‌هایی ساطع می‌کند که برای چشم ما قابل دیدن نیستند؛ مانند نور فروسرخ.

پس آتش چیست؟

بدیهی است که آتش نه مایع است و نه جامد. هرچند شعله‌ها با گازهای داغ سروکار دارند، اما شعله‌ها فقط زمانی وجود دارند که آتش در حال سوختن است. آن‌ها به‌تنهایی حالت پایداری ندارند و نمی‌توانیم شعله را مثل دی‌اکسید کربن یا بخار آب در یک ظرف جمع‌آوری کنیم. بنابراین، شعله و آتش «گاز» هم نیستند.

می‌توان حالت چهارم ماده، یعنی «پلاسما»، را هم کنار گذاشت. پلاسما شبیه گازی بسیار داغ است، اما تفاوت‌های مهمی دارد.

در پلاسما، انرژی حرارتی آن‌قدر زیاد است که اتم‌ها یونیزه می‌شوند؛ یعنی دیگر نمی‌توانند همه‌ی الکترون‌های خود را نگه دارند. پلاسما مانند سوپی از ذرات باردار است — الکترون‌ها و اتم‌های یونیزه‌شده — که می‌تواند جریان الکتریکی را هدایت کند و به میدان مغناطیسی واکنش نشان دهد.

در داغ‌ترین بخش‌های شدیدترین آتش‌ها، ممکن است تعداد اتم‌های یونیزه آن‌قدر باشد که نواحی کوچکی از پلاسماهای ضعیف شکل بگیرد. اما این پلاسما به‌تنهایی پایدار نیست و آتش، در مجموع، رفتاری شبیه پلاسما ندارد.

در واقع، آتش اصلاً «ماده» نیست. آتش یک «فرآیند» است؛ نوعی واکنش شیمیایی که «احتراق» نام دارد.

فرآیندی منحصربه‌فرد برای زمین

گازها و پلاسما در سراسر جهان هستی وجود دارند، اما آتشی که ما تجربه می‌کنیم — با شعله‌های قابل‌دیدن و وابسته به اکسیژن — به نظر می‌رسد پدیده‌ای منحصربه‌فرد برای زمین باشد.

خود زمین از غبار و گاز پیرامون خورشید جوانی شکل گرفت که آن‌قدر داغ است که تقریباً به‌طور کامل از پلاسما تشکیل شده است. جهان شامل تریلیون‌ها کهکشان است که هرکدام مملو از ستاره‌ها و احتمالاً سامانه‌های سیاره‌ای هستند؛ بنابراین، گاز و پلاسما در کیهان فراوان است.

اما زمین، تنها جایی است که می‌دانیم آتش در آن امکان‌پذیر است.

دلیلش این است که یکی از عناصر کلیدی آتش — یعنی تأمین پایدار اکسیژن — محصول جانبی حیات است. و تا جایی که می‌دانیم، حیات فقط روی زمین وجود دارد.