Ar elementai atsirado atsitiktinai?

„VISI visatos objektai, net pačios tolimiausios žvaigždės, sudaryti iš atomų“, — sakoma enciklopedijoje The Encyclopedia of Stars & Atoms. Atskiri atomai yra per maži, kad būtų matomi, tačiau suspausti kartu jie sudaro žinomus cheminius elementus. Kai kurie iš tų elementų yra kieti, todėl regimi; kiti — nematomos dujos. Ar tokių elementų atsiradimą galima paaiškinti atsitiktinumu?

Elementai: nuo 1-ojo iki 92-ojo

Nors vandenilio atomas yra pats paprasčiausias, jis palaiko žvaigždžių, tokių kaip Saulė, degimą ir yra labai svarbus gyvybei. Vandenilio atomas turi vieną protoną savo branduolyje ir vieną aplink tą branduolį besisukantį elektroną. Kiti cheminiai elementai, pavyzdžiui, anglis, deguonis, auksas ir gyvsidabris, sudėtingesni: juos sudaro atomai, susidedantys iš daugelio elektronų, skriejančių apie branduolį, sudarytą iš daug protonų bei neutronų.

Maždaug prieš 450 metų buvo žinoma tik 12 cheminių elementų. Atradę jų daugiau, mokslininkai pastebėjo dėsningumą: elementai rikiavosi tam tikra tvarka. Surašius juos į lentelę eilėmis ir stulpeliais pasirodė, jog to paties stulpelio elementų savybės panašios. Tačiau lentelėje buvo ir tarpų, reiškiančių nežinomus elementus. Taigi rusų mokslininkas Dmitrijus Mendelejevas nuspėjo esant elementą, kurio atominis skaičius 32 — germanį, taip pat jo spalvą, svorį, tankį ir lydymosi temperatūrą. Mendelejevo „spėlionės apie kitus trūkstamus elementus — galį ir skandį — irgi pasirodė labai tikslios“, — pažymima 1995 metų moksliniame vadovėlyje Chemistry.

Per laiką mokslininkai nuspėjo kitus nežinomus elementus ir jų savybes. Galiausiai visi trūkstami elementai buvo atrasti. Tarpų lentelėje nebeliko. Elementai natūraliai grupuojasi pagal protonų skaičių jų atomų branduoliuose — nuo pat 1-ojo elemento, vandenilio, iki paskutinio gamtinio elemento, urano, kurio numeris 92. Ar tai tik sutapimas?

Taip pat pagalvokite apie cheminių elementų įvairovę. Aukso ir gyvsidabrio išskirtinė savybė — spindesys. Vienas iš jų yra kietas, o kitas — skystas. Tačiau lentelėje šie du elementai eina vienas po kito: jų numeriai 79 ir 80. Aukso atomas turi 79 elektronus, 79 protonus ir 118 neutronų. Gyvsidabrio atomas turi tik vienu elektronu ir vienu protonu daugiau, o neutronų maždaug tiek pat.

Ar tai tik atsitiktinumas, kad menkas atominės sudėties skirtumas lemia tokią elementų įvairovę? O kaip su sąveikos jėgomis, kurios traukia tas daleles vieną prie kitos? „Viskas visatoje — nuo smulkiausios dalelės iki didžiausios galaktikos — paklūsta taisyklėms, sąlygojamoms fizikos dėsnių“, — aiškinama žinyne The Encyclopedia of Stars & Atoms. Pagalvokite, kas atsitiktų, jeigu kuri nors iš šių taisyklių pasikeistų. Pavyzdžiui, kas būtų, jeigu šiek tiek pakistų jėga, kurios veikiami elektronai skrieja aplink atomo branduolį?

Tiksliai suderintos fizinės jėgos

Įsivaizduokite, kokios būtų pasekmės, jeigu elektromagnetinė jėga susilpnėtų. „Tuomet elektronai atitrūktų nuo atomų“, — pažymi dr. D. Blokas knygoje Star Watch. Ką tai reikštų? „Mūsų visatoje nebevyktų jokios cheminės reakcijos!“ — priduria jis. Kokie mes dėkingi už nekintamus dėsnius, laiduojančius tų reakcijų vyksmą! Pavyzdžiui, du vandenilio atomai drauge su vienu deguonies atomu sudaro gyvybiškai reikalingo skysčio — vandens molekulę.

Elektromagnetinė jėga yra apie 100 kartų silpnesnė už stipriąją sąveiką, siejančią daleles atomo branduolyje. Kas atsitiktų, jeigu būtų kitaip? „Jeigu branduolinės ir elektromagnetinės jėgos santykis būtų šiek tiek kitoks, negalėtų susidaryti anglies atomai“, — aiškina mokslininkai Džonas Barovas ir Frankas Tipleris, o be anglies būtų neįmanoma gyvybė. Anglies atomai sudaro 20 procentų visų gyvų organizmų svorio.

Elektromagnetinės bei sunkio jėgos santykis irgi turi lemiamos reikšmės. „Menkiausias šių jėgų santykio pokytis Saulės tipo žvaigždes paverstų žydrosiomis milžinėmis [per daug karštomis gyvybei] arba raudonosiomis nykštukėmis [nepakankamai karštomis, kad išliktų gyvybė]“, — teigiama žurnale New Scientist.

Kita jėga, silpnoji sąveika, reguliuoja branduolinių reakcijų greitį saulėje. „Ji gana silpna, todėl vandenilis saulėje dega lėtai ir vienodai“, — aiškina fizikas Frimenas Daisonas. Galima pateikti dar daug kitų pavyzdžių, rodančių, kaip mūsų gyvybė priklauso nuo tobulai sureguliuotų visatos dėsnių bei sąlygų. Mokslo klausimus gvildenantis rašytojas, profesorius Polas Deivis, šiuos visuotinius dėsnius bei sąlygas palygino su prietaiso rankenėlėmis ir pasakė: „Atrodo, jog norint, kad visatoje klestėtų gyvybė, atskiras rankenėles reikėjo sureguliuoti nepaprastai tiksliai.“

Daug anksčiau negu seras Izaokas Niutonas atrado traukos dėsnį Biblijoje buvo paminėtos tos nekintamos taisyklės, arba dėsniai. Jobo buvo paklausta: „Argi išmanai dangaus skliauto dėsnius, ar gali padaryti, kad jie valdytų žemę?“ (Jobo 38:33). Menku pasijunti apsvarstęs ir šiuos klausimus: „Kur tu buvai, kai dėjau žemės pamatus?“ ir „Ar žinai, kas nustatė jos dydį?“ (Jobo 38:4, 5; Brb)

[Rėmelis 6 puslapyje]

GYVYBEI BŪTINI ELEMENTAI

Cheminiai elementai vandenilis, deguonis ir anglis sudaro apie 98 procentus mūsų organizmo atomų. Toliau eina azotas — 1,4 procento. Kitų elementų organizme yra labai mažai, tačiau ir jie būtini gyvybei.

[Lentelė/schema 6, 7 puslapiuose]

(Prašom žiūrėti patį leidinį)

Iki išeinant šiam žurnalo numeriui, mokslininkai jau buvo sukūrę elementus nuo 93 iki 118. Kaip ir tikėtasi, šie elementai visiškai atitinka elementų išsidėstymo periodinėje lentelėje šabloną.

[Šaltinio nuoroda]

Šaltinis: Los Alamos National Laboratory

Elemento pavadinimas Simbolis Atominis skaičius (protonų skaičius)

vandenilis H 1

helis He 2

litis Li 3

berilis Be 4

boras B 5

anglis C 6

azotas N 7

deguonis O 8

fluoras F 9

neonas Ne 10

natris Na 11

magnis Mg 12

aliuminis Al 13

silicis Si 14

fosforas P 15

siera S 16

chloras Cl 17

argonas Ar 18

kalis K 19

kalcis Ca 20

skandis Sc 21

titanas Ti 22

vanadis V 23

chromas Cr 24

manganas Mn 25

geležis Fe 26

kobaltas Co 27

nikelis Ni 28

varis Cu 29

cinkas Zn 30

galis Ga 31

germanis Ge 32

arsenas As 33

selenas Se 34

bromas Br 35

kriptonas Kr 36

rubidis Rb 37

stroncis Sr 38

itris Y 39

cirkonis Zr 40

niobis Nb 41

molibdenas Mo 42

technecis Tc 43

rutenis Ru 44

rodis Rh 45

paladis Pd 46

sidabras Ag 47

kadmis Cd 48

indis In 49

alavas Sn 50

stibis Sb 51

telūras Te 52

jodas I 53

ksenonas Xe 54

cezis Cs 55

baris Ba 56

lantanas La 57

ceris Ce 58

prazeodimis Pr 59

neodimis Nd 60

prometis Pm 61

samaris Sm 62

europis Eu 63

gadolinis Gd 64

terbis Tb 65

disprozis Dy 66

holmis Ho 67

erbis Er 68

tulis Tm 69

iterbis Yb 70

liutecis Lu 71

hafnis Hf 72

tantalas Ta 73

volframas W 74

renis Re 75

osmis Os 76

iridis Ir 77

platina Pt 78

auksas Au 79

gyvsidabris Hg 80

talis Tl 81

švinas Pb 82

bismutas Bi 83

polonis Po 84

astatinas At 85

radonas Rn 86

francis Fr 87

radis Ra 88

aktinis Ac 89

toris Th 90

protaktinis Pa 91

uranas U 92

neptūnis Np 93

plutonis Pu 94

americis Am 95

kiuris Cm 96

berklis Bk 97

kalifornis Cf 98

einšteinis Es 99

fermis Fm 100

mendelevis Md 101

nobelis No 102

lorensis Lr 103

rezerfordis Rf 104

dubnis Db 105

siborgis Sg 106

boris Bh 107

hasis Hs 108

meitneris Mt 109

110

111

112

114

116

118

[Schema]

(Prašom žiūrėti patį leidinį)

Apie ką liudija elementų tvarka ir darna periodinėje lentelėje — apie atsitiktinumą ar proto darbą?

Helio atomas

Elektronas

Protonas

Neutronas

[Schema/iliustracija 7 puslapyje]

(Prašom žiūrėti patį leidinį)

Kas taip tiksliai sureguliavo šias keturias fizines jėgas?

ELEKTROMAGNETIZMAS

STIPRIOJI SĄVEIKA

TRAUKOS JĖGA

SILPNOJI SĄVEIKA

Vandens molekulė

Atomo branduolys

Žydroji milžinė

Raudonoji nykštukė

Saulė