Cały wszechświat przed momentem powstania był prawdopodobnie wielkości kwarka, a że kwarki budują protony i neutrony to mowa o wielkości rozmiarów niemożliwych do zaobserwowania gołym okiem. Jest to wielkość jednego attometra, innymi słowy, jeśli metr podzielimy na milion części i weźmiemy jedną z nich i znów ją podzielimy na milion części i powtórzymy to kilka razy – to będziemy mieli attometr. Tak więc wszystkie gwiazdy, planety, cały kosmos – był w jednym, niewiadomym, o nieskończonej gęstości punkcie.

Kwarki budują protony i neutrony. Proton o ładunku dodatnim wraz z neutronem, który nie ma ładunku tworzy jądro atomowe. Natomiast, gdy dodamy do jądra atomowego elektron, który jest cząsteczką negatywnie naładowaną powstanie nam atom. Znamy ponad setkę atomów i zebrane są one w układzie okresowym pierwiastków w kolejności wzrostu ich ciężaru, który nadają im protony. Wodór jest pierwiastkiem, a więc jądrem atomowym zawierającym proton i neutron, ale już nie posiadającym elektronu – dlatego jest najlżejszym pierwiastkiem ze wszystkich (liczba 1 bo zawiera tylko 1 proton), a ze względu na brak elektronu o ujemnym ładunku jest to kation (ładunek dodatni) i zapisuje się go H+ gdzie plus zapisuje się w indeksie górnym.

Wielki wybuch i powstanie wodoru

Cała energia jaka była skumulowana w tym jednym wielkim punkcie z jakiegoś powodu doprowadziła do tzw. wielkiego wybuchu. W rzeczywistości nie wiadomo co było przed nim i nigdy się tego nie dowiemy. To, że kiedyś doszło do takiego wybuchu wiemy dzięki tzw. promieniowaniu tła, które jest echem tego wydarzenia. Kwarki budują protony i neutrony, te tworzą jądra a wraz z elektronami całe atomy. Aby doszło do takich połączeń potrzeba energii. Wodór jest najlżejszym z pierwiastków, a więc też potrzeba najmniej energii do jego wytworzenia (wodór się wypala i już nie powstaje, dlatego kiedyś jak wszystkie gwiazdy zgasną, zakończy się era gwiazd i życia, aczkolwiek życia już dużo wcześniej nie będzie), dlatego jest to pierwszy atom, jaki powstał wraz z następnymi, podstawowymi atomami jak cięższy nieco od wodoru deuter (który jest izotopem wodoru i jak sama definicja izotopu mówi różni się wyłącznie liczbą neutronów w jądrze atomu i w deuterze wynosi ona 1, a w wodorze 0) hel, lit, beryl itd. Powstawanie kolejnych atomów wymaga coraz większego nakładu energii i związane jest to z tym, że protony o ładunkach dodatnich odpychają się, a więc dopiero przy znacznie większej ilości energii można mówić o powstawaniu kolejno cięższych pierwiastków. Siły te – niemożliwie wielkie, naturalnie u nas na ziemi nie zachodzą. Aby powstawały cięższe atomy, potrzeba większej energii niż dla powstania tych lżejszych, a takiej dostarczyć może wybuch gwiazdy.

Czym jest gwiazda i jak powstaje?

Powstawanie pierwszych gwiazd i atomów

Powstały wodór jest gazem, który powstaje w chwili wielkiego wybuchu i tworzy on mgławice, które są po prostu chmurą wodorową. Gdy z jakiegoś powodu zaczyna dochodzić do zagęszczenia w jakimś miejscu czyli do wzrostu liczby atomów wodoru dochodzi do jednoczesnego wzrostu siły przyciągania, a więc do dalszego wzrostu gęstości, który w ostateczności prowadzi do powstania kuli wodorowej. Im większa masa kuli tym większe przyciąganie, a więc tym większy nacisk na wnętrze kuli pochodzący od zewnętrznych warstw przyciąganego wodoru. Siła nacisku na wnętrze powoduje w nim wzrost temperatury i ciśnienia. Stąd im bliżej środka, tym parametry te będą wzrastać. Temperatura niezbędna do powstania gwiazdy, a więc i nowych atomów (bo powstają w gwiazdach) wynosi minimum około 15 milionów stopni C. W przypadku kosmosu i fizyki liczby są „astronomicznie” wielkie. Gdy więc dojdzie do tak dużego wzrostu ciśnienia i temperatury dochodzi do tzw. fuzji jąder atomowych, czyli łączenia się lżejszych atomów (począwszy od wodoru) w cięższe. Gdy proces ten się rozpocznie, pojawia się błysk i jest to moment powstania nowej gwiazdy. Cała energia jaką posiada gwiazda pochodzi począwszy z wodoru, lecz konkretniej z procesu fuzji jądrowej.

Proces fuzji jądrowej wydziela dużą ilość energii, ta natomiast prowadzi do wzrostu temperatury gwiazdy, a skoro wzrasta temperatura to wzrasta dalsza fuzja jąder i powstają dalsze, cięższe pierwiastki. Aby doszło do ich powstania po wielkim wybuchu musiały poczekać kilkaset milionów lat a więc powstawanie kuli wodorowej z mgławicy to nie zbyt szybki proces. Innymi słowy, to z czego jesteśmy zbudowani miało początek w wielkim wybuchu i powstało w gwiazdach i w czasie ich eksplozji. We wnętrzu gwiazdy najcięższym możliwym do powstania pierwiastkiem układu okresowego jest żelazo, cięższe powstają dopiero po wybuchu gwiazdy supernowej bo tylko w taki sposób na proces ten może powstać tak duża ilości energii. Złota czy srebrna biżuteria zbudowane z pierwiastków, które są cięższe od żelaza miały swój początek w wybuchu jakiejś supernowej i trafiły na ziemię w czasie tzw. wielkiego bombardowania o którym napiszę za chwilę. Tak prawdę mówiąc, na ziemię cały czas spadają elementy kosmiczne i są to zarówno meteoryty dużych wielkości jak i gwiezdny pył wielkości ziarenek piasku.

Powstawanie planet, Ziemi, Wielkie Bombardowanie

Planety powstają wraz z gwiazdami, tuż obok nich. Zanim powstanie gwiazda jest protogwiazdą, a przez siły przyciągania przyciąga ona do siebie materię. Podobnie jak w chmurze wodorowej, która gęstnieje i powstają gwiazdy tak z obłoków materii gromadzących się wokół protogwiazd powstają planety, gdy materia ta z jakiegoś powodu zaczyna gęstnieć. Tak jak wcześniej wzrost masy powoduje wzrost siły przyciągania i w taki sposób materia gęstnieje i w ostateczności powstaje planeta. W taki też sposób powstała nasza Ziemia.

Gdy Ziemia była młodsza i jeszcze nie zastygła (wnętrze nadal jest płynne i gorące) doszło do zderzenia z planetoidą. Gdy w kosmosie dochodzi do takiego zderzenia często dochodzi do „sklejenia” czy „połączenia” w jedność napotykających się elementów jednak tutaj oba zderzające obiekty były zbyt twarde i doprowadziło to do oderwania się kawałka Ziemi od niej i wyrzucenia w kosmos. Jednak siła grawitacyjna naszej planety nie pozwoliła temu kawałkowi na ‘ucieczkę’ i utrzymuje ją do dziś w zasięgu swojego pola. Jest nim księżyc.

Idealna odległość Ziemi od Słońca umożliwia zachowanie nam atmosfery, która chroniona jest przed elektrycznie naładowanym wiatrem słonecznym przez pole magnetyczne wytwarzane przez płynne jądro ziemi. Tak więc Ziemia jest geologicznie żywą planetą, a dzięki temu też możliwe jest życie biologiczne na niej.

Naszą „pozycję” w układzie słonecznym zawdzięczamy Jowiszowi i Saturnowi, które są największymi planetami gazowymi. Z początku nie posiadały one swoich orbit i ich ruch wokół słońca był raczej bardziej chaotyczny niż uporządkowany. Warto wspomnieć, że położenie Ziemi w układzie słonecznym zawdzięczamy właśnie interakcjom pól Jowisza i Saturna zanim ich orbity zostały ustalone. Gdy tak wielkie planety zbliżały się do siebie krążąc wokół słońca dochodziło do nakładania się ich pól grawitacyjnych i wzrostu ich siły. To doprowadziło do wyrzucenia neptuna na obrzeża naszego układu i przyciągania z niego jednocześnie dużej ilości komet, asteroidów i planetoid. Te zaczęły być „ściągane” siłą grawitacji i dosłownie bombardowały planety i księżyce naszego układu słonecznego co widać na strukturze Ziemi czy księżyca. Jest to tzw. okres Wielkiego Bombardowania i prawdopodobnie to właśnie wraz z tymi elementami kosmicznymi, które uderzały w Ziemię pojawiła się pierwszy raz na naszej planecie woda.

Czy to nie jest wspaniałe, że cały początek był zebrany w jednym niewidocznym punkcie, a jego eksplozja spowodowała powstanie całej grupy pierwiastków chemicznych z których wszystko wokół jest zbudowane? Wszechświat i świat nie został stworzony przez Boga czy innego wyimaginowanego stwórcę. Cały początek miał gdzieś miejsce i tak naprawdę nie wiadomo skąd się wziął.

Wszędzie wokół nas znajdują się pierwiastki układu okresowego zbudowane z protonów, neutronów i elektronów których właściwości zależą od liczby wymienionych elementów. Elektrony krążące wokół jądra atomowego tworzą tzw. powłoki elektronowe których maksymalnie może być 7 a liczba możliwych elektronów znajdujących się na powłokach wzrasta wraz z tym im więcej jest powłok, czyli im dalej powłoka znajduje się od jądra atomowego tym więcej może mieć elektronów. Ostatnia powłoka nazywa się powłoka walencyjną, a elektrony znajdujące się na niej elektronami walencyjnymi i są to te, które mogą tworzyć wiązania chemiczne z elektronami walencyjnymi innych pierwiastków chemicznych lub innych związków chemicznych (pierwiastek + pierwiastek = związek). Ciężar atomu, ładunek, liczba elektronów decydują o właściwościach pierwiastka, który może wchodzić w interakcje z innymi pierwiastkami zmieniając całkiem ich właściwości, swoje czy nabywając nowe przez powstanie nowego związku chemicznego. Pierwiastki mogą się nawet zbierać w “grupy” o charakterystycznych sobie właściwościach, które także mogą zostać związane z daną molekułą i nadać jej całkiem nowych właściwości chemicznych. Taki efekt na przykład odpowiada za różnice we właściwościach kwasu foliowego i folianów, metylokobalaminy i cyjanokobalaminy. Na przykład, dołączenie jednej grupy funkcyjnej może spowodować że cząsteczka nieaktywna biologicznie stanie się aktywną.

Powstające wiązania chemiczne czyli sposób w jaki elektrony ze sobą się ‘mieszają’ też nadają im specyficznych właściwości. Po co to piszę? Wszystkie pierwiastki zbudowane są z kilku elementów i mogą reagować na wiele możliwych sposobów ze sobą i w taki sposób człowiek wytworzył ekrany na którym czytasz ten tekst czy natura wytworzyła drzewo zbudowane z takich samych atomów węgla i innych pierwiastków co my. Czy nie jest cudem to, że zamiast być kamieniem czy czymkolwiek innym zostałeś istotą żywą, żyjącą na Ziemi? Na planecie, którą drugą staramy się odnaleźć gdzieś we wszechświecie?

Wszystko idzie w obieg. Gdy umrzesz pierwiastki budujące Twoje ciało zostaną wykorzystane prze inne żywe organizmy, część zostanie wchłonięta i wykorzystana przez rośliny. Jesteśmy istotami o najwyższym stopniu rozwinięcia z możliwością rozwoju nowych umiejętności, świadomością i pamięcią. Z możliwością odczuwania uczuć, emocji, tworzenia myśli i kierowania tymi pierwszymi.

Kilka ciekawostek

  • Skoro proton posiada ładunek dodatni, a elektron ujemny, natomiast neutron jest neutralny czyli bez ładunku to wynika z tego, że połączenie elektronu i protonu daje neutron. Tak faktycznie jest z tym że do tego potrzeba niemożliwie dużych sił. Takie zachodzą pod wpływem niewyobrażalnie wysokiej temperatury i ciśnienia podczas wybuchu gwiazdy supernowej. Efektem końcowym jest powstanie tzw. gwiazdy neutronowej, która jest jednym z najgęstszych obiektów we wszechświecie. Łyżeczka gwiazdy neutronowej waży ~miliard ton.
  • Fuzja jądrowa prowadzi do powstania cięższych atomów z lżejszych. Każdy powstający jeden atom cięższy z dwóch lżejszych jest sumarycznie lżejszy niż suma dwóch z których powstał. Różnica tej masy nazywa się „deficytem masy” i prowadzi do energetycznego zysku. Innymi słowy, różnica masy zamieniana jest na energię i to jest właśnie źródłem energii dla gwiazdy. My tą energię obserwujemy w postaci światła, gdyż energia ta ulatuje w formie promieniowania, a część z niej dochodzi do nas – do Ziemi. Na przykład litr wodoru jest lżejszy niż litr ołowiu. Objętość mamy tutaj taką samą, różnica zachodzi w ciężarze. Gdybyśmy użyli niesamowicie dużej temperatury i ciśnienia i chcieli zrobić z litra wodoru ołów to mielibyśmy go dużo mniej niż litr. Każdy następny powstający atom jest po prostu gęściejszy od poprzedniego, ale też ma nieco niższą masę niż atomy z których powstał. Ta różnica jest energią.
  • Woda znajduje się w kosmosie. Na przykład jeden z księżyców Jowisza zwany Europa to wielka kula wody pokryta kilometrami warstwy lodowej, która miejscowo pękając powoduje wypływanie na powierzchnię rdzawej wody (wywołane konwekcją). Dowody sugerują, że za tą rdzawą barwę odpowiadają bakterie pochodzące z wnętrza księżycu.
  • Kosmos jest miejscem gdzie stale coś się dzieje i widoczne to jest z Ziemi i na niej. „Trzydziestego czerwca 1908 roku mieszkańcy terenów położonych prawie 750 kilometrów na północ od Irkucka na terenie Rosji usłyszeli potworny huk. Po chwili na niebie zobaczyli coś, co przypominało grzyb po wybuchu nuklearnym. W środek syberyjskiej tajgi uderzył meteoryt. Fala gorącego powietrza po zderzeniu meteorytu z ziemią dokonała spustoszenia w promieniu wielu kilometrów. Na powierzchni 2000 kilometrów kwadratowych połamała wszystkie drzewa jak zapałki. Biorąc pod uwagę zniszczenia, jakich dokonał meteoryt, szacuje się, że mógł mieć wielkość kilkudziesięciu metrów”. Rożek T. „Kosmos” s. 128
0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *