научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

ТАЙНА ПЕРВЫХ ТРЕХ МИНУТ

Атомы называют кирпичиками мироздания

Напомнить школьный курс не помешает. Атомы называют кирпичиками мироздания. Все, что мы видим, наблюдаем в различных областях спектра электромагнитных волн, состоит из атомов. Слово атом, как известно, переводится с греческого как неделимый. Так называли  древнегреческие философы мельчайшие частицы материи, абсолютно не ведая о том, что в дальнейшем атомом будет названа мельчайшая частица не вообще материи, а отдельного химического элемента.

КАЖДЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ТАБЛИЦЫ МЕНДЕЛЕЕВА СОХРАНЯЕТ СВОИ СВОЙСТВА ДО УРОВНЯ АТОМА. А сам атом имеет достаточно сложное строение и состоит из тяжелого ядра и вращающихся вокруг него электронов. Но мир атомов очень отличается от нашего мира, и в нем нет четких границ и изображений. В мире господствуют законы квантовой физики, и правит бал его величество понятие вероятностей. Если в привычном мире мы говорим, что мяч находится в центре футбольного поля и можем с большой точностью определить его координаты, то никто не может утверждать что-то аналогичное  об электроне по отношению к ядру. Тут лишь можно сказать, что электрон может находиться где-то с какой-то вероятностью. И тем не менее мы достаточно много знаем о свойствах атомов, чтобы на основе этих знаний понимать также и наш мир.

Атомное ядро занимает незначительную часть всего объема атома, но его плотность огромная. Мы не знаем ничего плотнее атомного ядра. Один кубический сантиметр железа весит примерно 7,8 грамма. Если бы этот кубический сантиметр был заполнен лишь материей ядра атомов железа, он был бы тяжелее в сто триллионов раз. А это означает, что атомные ядра в железе занимают лишь одну стотриллионную часть объема, то есть даже в кусочке железа пространство в основном пустое. Но межатомное притяжение обладает такой силой, что любой кусочек железа нам кажется сплошь набитым веществом.

Сами атомные ядра состоят из элементарных частиц – протонов, имеющих положительный заряд и нейтронов, которые электрически нейтральны. По массе протон и нейтрон мало отличаются, точнее – нейтрон чуть тяжелее протона. Однако нейтрон вне атомного ядра не является стабильной частицей, он радиоактивен и распадается в протон, электрон и антинейтрино. Период полураспада чуть больше десяти минут. Но внутри ядра он приобретает стабильность.

Наука обладает достаточно обширной информацией о свойствах атомных ядер. Эти знания позволяют, например, строить атомные электростанции, широко использовать радиоактивные изотопы в медицине, не говоря уже о бомбах, работающих на основе выделения атомной энергии. Ученые хорошо представляют также и то, как происходят процессы деления ядер или, наоборот, как из легких ядер синтезируются более тяжелые. И на основе этих знаний они разработали сценарий формирования всего "парка" атомных ядер.

Атомы называют кирпичиками мирозданияНА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ В ЗЕМНОЙ КОРЕ НАЙДЕНЫ (В ОЧЕНЬ РАЗНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ) все первые 94 элемента таблицы Менделеева. Еще 24 элемента синтезированы искусственно, но все они радиоактивные и живут очень недолго. Вообще в природе нет атомных ядер с номером больше 82 (свинец), которые были бы стабильными. Они все подвержены тому или другому виду радиоактивного распада.

Как показывают исследования, самым распространенным элементом в наблюдаемой Вселенной является водород - наилегчайший член этого семейства. По современным данным около 74% материи Вселенной составляет водород, 24% – гелий. За этими наиболее распространенными элементами следует кислород с однопроцентным присутствием, а за ним – углерод, неон, железо, азот и т.д. Это так называемый стандартный химический состав, который, можно сказать, идентичен с составом Солнца, но очень отличается от состава Земли, где преобладают более тяжелые элементы – кислород, кремний, железо, магний и др.

Конечно, кроме распространенности химических элементов большой интерес вызывает также вопрос о том, как они образовались. Когда и как образовались элементы, из которых построена наша Вселенная? Почему в некоторых галактиках содержание тяжелых элементов сравнительно больше, чем в других? Внутри галактик также наблюдается изменение химического состава, когда из их центральных областей мы переходим в "окраины". Есть и более каверзные вопросы, и один из них звучит очень бестактно с точки зрения современной науки. А вопрос этот на первый взгляд не таит никаких подвохов. Речь идет о возможности эволюции физических свойств атомов и их ядер в ходе эволюции Вселенной. Ведь все объекты - и галактики, и звезды, и их скопления подвержены эффектам эволюции. А химические элементы и их ядра?

Стандартная космология, естественно, имеет свои ответы на все эти вопросы. Вопрос об эволюции атомных ядер редко входит в список этих вопросов. В квантовой физике все элементарные частицы идентичны. Идентичны также ядра одних и тех же элементов, и они могут отличаться только энергией. По общепринятой версии ядро атома гелия, например, в самом начале формирования Вселенной ничем не отличается от такого же ядра, которое изучают физики в лабораториях сегодня. И это в равной степени относится ко всем остальным ядрам.

ОБЩЕПРИНЯТАЯ ТЕОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ АТОМНЫХ ЯДЕР после так называемого Большого взрыва утверждает, что через три минуты после  возникновения Вселенной водород и гелий уже присутствовали примерно в том количестве и пропорциях, которые мы наблюдаем сегодня. А тяжелые элементы образовались гораздо позднее, когда началось формирование первого поколения звезд. Сторонники этой концепции, которая, по сути, принимается большинством физиков и астрофизиков, уверены, что тяжелые ядра были синтезированы в недрах первых звезд, где температура была достаточно высока для зажигания ядерных реакций и слияния легких элементов в более тяжелые.

 Некоторое время спустя звезды первого поколения начали взрываться как сверхновые звезды и выбрасывать синтезированные ими тяжелые атомные ядра, которые обогащали оставшуюся часть рассеянного вещества. Именно из этой материи и сформировались те звезды, которые кроме водорода и гелия содержат также и более тяжелые элементы. В их числе и наше Солнце со своим семейством. Земля, которая является рядовым членом этого семейства, по данной версии, также считается продуктом космического фейерверка огромного количества сверхновых звезд. Поэтому в научно-популярной литературе нередко можно прочитать о том, что вещество, из которого состоим мы все, миллиарды лет назад было выработано в ядрах не существующих ныне звезд.

Таково господствующее представление о формировании химических элементов нашей Вселенной. Правильно оно или является очередным заблуждением в пути развития науки, покажет будущее. Но и сегодня есть небольшое число ученых, несогласных с таким объяснением. Они хорошо видят трудности этого объяснения и строят свои версии. Возможно, в будущем мы еще обратимся к этой теме…

 

Опубликовано в Лаборатория
Прочитано 255 раз
Оцените материал
(0 голосов)
Теги химия,
Другие материалы в этой категории: « ОХОТНИКИ ЗА НОВЫМИ АТОМАМИ ПЕРЧАТКА-ПЕРЕВОДЧИК »

Оставить комментарий

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

Наверх