научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

АТОМНЫЕ ЯДРА ИЗ ГЛУБОКОГО ПРОШЛОГО ВСЕЛЕННОЙ

Оганесон

Примерно полтора года назад (8 июня 2016 года) Международный союз теоретической и прикладной химии утвердил названия новых четырех элементов таблицы Менделеева: 113-го, 115-го, 117-го и 118-го. Последний элемент в этом списке под номером 118 в честь академика Российской академии наук Юрия Цолаковича Оганесяна назван оганесон.

ЧИСЛА, КОТОРЫМИ ОБОЗНАЧЕНЫ НАВЕРХУ ЭТИ ЭЛЕМЕНТЫ, ПОКАЗЫВАЮТ количество адронов (протонов и нейтронов) в составе атомного ядра. То, что ученым удалось зарегистрировать ядра с таким количеством адронов, - результат успешного применения современных технологий. Дело в том, что в природе очень тяжелых стабильных ядер не бывает. Не существует ни одного стабильного ядра, в котором число протонов было бы больше 82-х. Под номером 82 в таблице Менделеева находится хорошо известный всем металлический элемент. Это свинец. Таким образом, свинец является самым тяжелым стабильным элементом. До 2003 года считалось, что следующий за свинцом элемент висмут с 83 протонами, также является устойчивым элементом. Но впоследствии было доказано, что висмут радиоактивен. Однако время его полураспада, в течение которого половина данного образца распадается, составляет пятнадцать квинтиллионов лет. Это в миллион раз больше возраста нашей Вселенной. Для стабильных ядер ограничено не только количество протонов, что показывает заряд ядра, но и общее число адронов. Оказывается, что нет также ядер, которые состояли бы из адронов с общим количеством больше 210. Все такие ядра являются радиоактивными и подвержены тому или другому типу распада.

Известно, что место в таблице Менделеева показывает химические свойства данного элемента, которые в свою очередь определяются структурными особенностями электронной оболочки атомов и массой-зарядом атомного ядра. Чуть ниже свинца в таблице находится уран с атомным номером 92. Все последующие элементы, начиная с 93-го, - это так называемые трансураны. Считается, что некоторые из них появились примерно 10 миллиардов лет назад в результате ядерных реакций внутри звезд. Следы плутония и нептуния были обнаружены в земной коре. Но большинство трансурановых элементов давно распалось, и теперь можно лишь предполагать, какими они были, чтобы потом пытаться воссоздать их в лабораторных условиях.

То обстоятельство, что сверхтяжелые ядра являются радиоактивными и каждое из них характеризуется периодом полураспада, рождает интересный вопрос: значит ли это, что через некоторое время в нашей Вселенной больше не будет радиоактивных ядер? Этот вопрос тем более актуален, поскольку никто не имеет четкого представления о том, как образовались эти тяжелые ядра.

ОганесонСОГЛАСНО ПРИНЯТОЙ КОНЦЕПЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, после Большого взрыва образовались водород и гелий, причем образовались в том соотношении, которое мы наблюдаем сегодня. Все остальные элементы, согласно этой концепции, были синтезированы в недрах первых поколений звезд. Теоретически это считается возможным, поскольку для ядер легких элементов просто, как показывают расчеты, энергетически выгодно объединяться в более тяжелые ядра. Поэтому если физические условия позволяют, то есть если плотность и температура достаточно высокие, может произойти синтез, в результате которого выделяется огромное количество энергии. Именно на основе такого процесса была создана водородная бомба, взрыв которой происходит за счет объединения четырех ядер водорода, то есть протонов, в одно ядро гелия. Большинство ученых уверено в том, что основным источником энергии излучения звезд, в том числе и Солнца, является ядерное сгорание водорода.

Да, действительно, при наличии соответствующих физических условий Природа позволяет такое превращение ядер. Однако сказанное можно считать правильным лишь до некоторой границы. И границей этой является железо. Более тяжелым ядрам, наоборот, энергетически выгодно распадаться до уровня железа. Поэтому не вполне ясно, каким образом из более легких ядер могли формироваться тяжелые ядра, количество которых достаточно большое. Железо всего лишь двадцать шестой элемент, а за ним еще 56 устойчивых элементов, в числе которых такие известные элементы, как никель, медь, цинк, молибден, серебро, вольфрам, золото, платина и др. Как же образовались эти элементы? Правда, ученые объясняют их формирование процессом, который называется нейтронным захватом. Но процесс этот уж очень замысловат.

Есть и другое. Природа, в отличие от людей, никогда не делает никаких глупостей, в том числе ненужную работу. В физике даже есть метод решения задач, в основе которого лежит использование "принципа наименьшего действия", согласно которому любой физический процесс происходит таким образом, чтобы энергетические затраты были наименьшими из возможных. При такой постановке вопроса формирование радиоактивных ядер из более легких элементов кажется нелепым недосмотром Природы. Ведь Природе незачем было создавать атомные ядра, которые в дальнейшем естественным образом должны распадаться на части, излучая при этом энергию. Физическая интуиция тут должна была подсказать, что мы что-то не до конца понимаем.

АтомыИЗ ДАННОЙ СИТУАЦИИ ЕДИНСТВЕННЫМ ПРИЕМЛЕМЫМ ВЫХОДОМ МОЖЕТ ОКАЗАТЬСЯ что-то совершенно новое в понимании формирования атомных ядер, что-то согласующее с общими принципами современной физики. И тогда может выйти на первый план совершенно дикое на первый взгляд объяснение. А что, если химические элементы образовались отнюдь не в результате синтеза из первоначального водорода и гелия, а наоборот, в прошлом были атомные ядра, состоящие из гораздо большего количества адронов. То есть могли существовать атомные ядра, в состав которых входили миллиарды или даже намного больше адронов. Что, если в ходе эволюции Вселенной физические условия пространства изменяются таким образом, что со временем все больше невыгодным с энергетической точки зрения становится существование ядер, состоящих из большого количества адронов. Тогда мы могли бы прийти к выводу, что постепенное исчезновение сверх-сверхтяжелых ядер в современную эпоху привело к той картине, которую мы наблюдаем. Можно заключить также, что через некоторое время исчезнут те элементы, которые сегодня являются радиоактивными, а вместо них радиоактивными станут на сегодняшний день вполне устойчивые ядра.

Такие рассуждения могли бы вызвать усмешку у многих физиков, которые не видят никаких противоречий между фактическими данными и нашим пониманием образования атомных ядер. Тем не менее есть достаточно много фактов, которые говорят о том, что сказанное не является плодом чистой фантазии. И самое важное, на наш взгляд, подспорье для такого вывода было открыто два десятилетия назад. Это так называемая темная энергия - "виновник" ускоренного расширения нашей с Вселенной, которая является основным компонентом суммарной массы-энергии этой же Вселенной. То, что эта энергия взаимодействует с обычной материей, состоящей из знакомых нам химических элементов, не вызывает сомнения. Ведь она была открыта благодаря именно этому взаимодействию, когда оказалось, что состоящие из химических элементов галактики ускоряют свое разбегание.

Взаимодействие темной энергии с обычной материей является ключевым моментом, так как любое взаимодействие физических систем предполагает обмен энергией между ними, что в свою очередь происходит в соответствии с основными принципами физики. Одним из таких принципов, который лежит в основе взаимодействий любых физических систем, считается второй закон термодинамики. Он гласит, что при взаимодействии двух физических систем с разными энергиями система с меньшей энергией получает энергию, а другая теряет ее. Этот закон физики "следит" за тем, чтобы главное богатство Природы - энергия, была распределена равномерно.

ОганесонС ДРУГОЙ СТОРОНЫ, ВСЕ АТОМНЫЕ ЯДРА ОБЛАДАЮТ НЕГАТИВНОЙ ЭНЕРГИЕЙ СВЯЗИ, то есть эти ядра существуют именно благодаря тому, что разделение адронов любого ядра требует большого количества энергии. Таким образом, внутренняя энергия атомных ядер отрицательная, тогда как темная энергия сугубо положительная. И, следовательно, естественно предположить, что атомные ядра при взаимодействии получают некоторое количество энергии от носителя темной энергии. Именно здесь кроется вторая очень большая загвоздка, поскольку никто не знает, как происходит передача энергии. Но общие принципы подсказывают, что механизм такой передачи должен существовать. И если такой процесс происходит, то в результате в ядрах атомов уменьшается отрицательная энергия связи, ядра постепенно увеличивают свою массу и становятся менее стабильными. Через некоторое время они переходят в ранг радиоактивных и постепенно исчезают, а продукт их распада увеличивает количество более легких элементов.

Такой сценарий формирования химических элементов решает также несколько других парадоксов современной физики и космогонии. Но пока еще нет стройной теории указанных процессов, недоверие к описанному сценарию еще долго останется достаточно сильным. Но постоянное развитие наблюдательных технологий и повышение точности полученного фактического материала позволяет проверять любые предположения с большей точностью. И очень может быть, что недалеко то время, когда можно будет сделать окончательный выбор между механизмами формирования химических элементов даже до создания соответствующей теории. Тогда можно будет ответить на вопрос, чем же являются радиоактивные ядра, которые сегодня получаются лишь искусственным образом и проживают ничтожные доли секунды. Они лишь экзотика современности, демонстрирующая возможности ядерных технологий или эхо далекого прошлого Вселенной, где они были ядрами стабильных элементов того времени?

Опубликовано в Лаборатория
Прочитано 409 раз
Оцените материал
(1 Голосовать)
Другие материалы в этой категории: « ПРИЗРАКИ В ГОРАХ НАЗВАНИЕ ФУОР ПРИДУМАЛИ В БЮРАКАНЕ »

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх