“De to mest udbredte grundstof i Universet — brint og dumhed.” — Harlan Ellison. Efter brint og helium, i det periodiske system ofte er overraskelser. Blandt de mest fantastiske fakta er, at hvert materiale, som vi har nogensinde rørt, set, har interageret med hvem, består af de samme to ting: atomkerner, positivt ladet, og de negativt ladede elektroner. Den måde, disse atomer, der vekselvirker med hinanden, som de presse, binde, tiltrække og frastøde, at skabe en ny stabil molekyler, ioner, elektroniske energi-stat, der bestemmer skønhed af verden omkring os.
Selv om det er quantum og elektromagnetiske egenskaber af disse atomer og deres komponenter giver vores Univers til at eksistere med de egenskaber som det har, er det vigtigt at forstå, at universet begyndte ikke med alle disse elementer. Tværtimod, hun begyndte næsten uden dem.
Du kan se, at opnå den mangfoldighed af strukturer for kommunikation og til at bygge komplekse molekyler, der er grundlaget for alt, hvad vi ved, du har brug for en masse af atomer. Ikke i kvantitative termer, og i række, så vi har atomer med forskelligt antal protoner i deres atomkerner: det er det, der gør de forskellige elementer.
Vores organer kræver sådanne grundstoffer som kulstof, kvælstof, ilt, fosfor, calcium og jern. Skorpen af vores Jorden har brug for disse grundstoffer som silicium og mange andre tunge elementer, mens kernen af Jorden til at producere varme, der kræves i de elementer, der formentlig alle over den periodiske tabel, der forekommer i naturen: thorium, radium, uran og selv plutonium.
Men tilbage til de tidlige faser af Universet før udseende mand, af livet, af vores solsystem, at den første faste planeter og endda de første stjerner — når alt, vi havde, var varme, ioniserede hav af protoner, neutroner og elektroner. Af atomer og atomkerner, var: universet var for varmt til det. Det var først, da universet udvides og afkøles, var der mindst nogle stabilitet.
Det tog lidt tid. Først kernen er slået sammen, og der ikke længere er adskilt, produktion af hydrogen og dets isotoper, helium og dets isotoper, samt subtile små mængder lithium og beryllium, sidstnævnte efterfølgende opdelt i radioaktivt lithium. Dette er, hvad der startede universet: med antallet af kerner er 92% brint, 8% helium og om 0,00000001% af lithium. Masse — 75-76% hydrogen og 24 og 25% helium og 0,00000007% lithium. I begyndelsen var der to ord, brint og helium, i dette tilfælde, kan vi sige, at alle.
Hundreder af tusinder af år senere, var universet kølet nok så neutrale atomer dannet, og snesevis af millioner af år senere, gravitationel kollaps er tilladt at ske de første stjerner. Men, det fænomen, at nuklear fusion har ikke kun spildte over i Universet, men også lov til at danne tunge elementer.
Ved tidspunktet for fødslen af den første stjerne, et sted 50-100 millioner år efter Big Bang, rigelige mængder af brint begyndte at fusionere til helium. Men vigtigere er, at den mest massive stjerner (8 gange tungere end Solen) brænder deres brændsel meget hurtigt, brænder ud i løbet af blot et par år. Når i kernerne af sådanne stjerner endte brint, helium kerne aftalt og begyndte at samle tre af kernen af et atom af kulstof. Det tog kun en billion af disse tunge stjerner i det tidlige Univers (der dannet mange flere stjerner i de første få hundrede millioner år) til lithium blev besejret.
Og her tænker du nok, at kulstof er et element af nummer tre i dag? Det kan være en tanke, fordi stjerner producerer elementer i lag, som løg. Helium er syntetiseret i carbon, kulstof, ilt (og senere ved højere temperatur), ilt, silicium, svovl og silicium i jern. I slutningen af jern kæde kan ikke fusionere i noget længere, så den kerne af stjernen eksploderer og bliver til en supernova.
Disse supernovaer, at de skridt, der førte til dem, og konsekvenserne har beriget Univers af indholdet af de ydre lag af stjernen, brint, helium, kulstof, ilt, silicium og alle de tunge grundstoffer, der dannes under andre processer:
- langsom neutron capture (s-processen), konsekvent bygger elementer;
- nuklear fusion af helium med tunge grundstoffer (med dannelsen af neon, magnesium, argon, calcium og så videre);
- hurtig neutron capture (r-processen) med dannelsen af grundstoffer op til uran og videre.
Men vi havde mere end en generation af stjerner: vi havde en masse af disse, og den generation, der eksisterer nu, blev bygget i første omgang ikke den uberørte brint og helium, men også på rester fra tidligere generationer. Dette er vigtigt, fordi uden det ville vi aldrig have faste planeter, kun gas giganter af brint og helium, udelukkende.
Over milliarder af år processen for dannelse og død af stjerner, der gentages hele igen og igen beriget elementer. I stedet for bare at fusionere hydrogen til helium, tunge stjerner, smeltede brint i cyklus-C-N-O, med tiden, at tilpasse mængder af kulstof og ilt (og mindre kvælstof).
Hertil kommer, at når stjerner gennemgå helium via fusion med dannelsen af kulstof er ganske enkelt at komme helium atom med dannelsen af ilt (og endda føje en anden helium til ilt med dannelsen af neon), og selv vores egen Sol vil gøre dette i løbet af den røde kæmpestjerne fase.
Men der er en dødbringende skridt i den stjerne, smeder, som udelukker carbon plads ligning: når stjernen bliver tunge nok til at starte carbon fusion er nødvendigt for dannelsen af en supernova type II — en proces, der forvandler den gas til ilt, går til fiasko, er at skabe meget mere ilt end kul, ved den tid stjernen, klar til at eksplodere.
Når vi ser på resterne af supernovaer og planetariske tåger — resterne af meget tunge stjerner og sol-lignende stjerner, henholdsvis — finder vi, at ilt er overlegen i forhold til kulstof masse og kvantitativt i hvert enkelt tilfælde. Vi fandt også, at ingen af de andre grundstoffer, der er tungere end og ikke næsten det værd.
Så er brint #1 helium #2 — disse elementer i Universet meget. Men af de resterende elementer af den ilt, der er i besiddelse støt #3, efterfulgt af carbon #4, ne #5, kvælstof #6, magnesium #7, silicium #8-jern til #9 og onsdag fuldender top ti.
Hvad fremtiden bringer?
Efter en tilstrækkelig lang periode til, at tusinder (eller millioner) gange den nuværende alder af Universet, stjernerne vil fortsætte med at danne enten spyr brændstof i det intergalaktiske rum, eller brænde det, hvor det er muligt. I den proces, helium endelig kan omgå brint på forekomsten, eller brint vil forblive på den første linje, hvis der er tilstrækkelig isoleret fra fusion reaktioner. Lang afstand, som et stof, der er ikke skubbes ud fra vores galakse kan fusionere igen og igen, så at kulstof og ilt vil passere selv helium. Måske de elementer, #3 og #4 vil fortrænge de to første.
Universet er under forandring. Ilt er den tredje mest almindelige element i det moderne Univers, og i en meget, meget fjern fremtid, måske ville gå ud over brint. Hver gang du trækker vejret i luft og føle tilfredshed fra denne proces, så husk: stjerner — den eneste grund til eksistensen af ilt.