Сегодня мы поговорим о том, откуда на самом деле мы взялись, и через какие фантастические события прошли атомы наши тел.
Итак, поехали.
Через минуту после Большого Взрыва появились все протоны, нейтроны и электроны, которые когда-либо существовали в этой Вселенной.
Однако атомных ядер ещё не было. Кроме ядер водорода, конечно же. Соответственно, и никаких атомов. Не было вообще ничего из того, что мы с вами знаем сегодня: деревьев, металлов, грибов и даже сосновых досок.
Вселенная представляла собой пространство, наполненное «супом» из субатомных частиц и радиации.
Существующие протоны и нейтроны могли, конечно, как-то договориться и начать вести совместное хозяйство, объединившись в атомные ядра, но был один нюанс - фотоны высокой энергии выступали против этого. Они быстро разрушили бы подобные союзы.
Но вечно продолжаться так не могло.
Вселенная продолжала расширяться. И при этом, соответственно, она охлаждалась. То же самое произошло и с содержащимися в ней фотонами.
Через 2 минуты после рождения Вселенной начали формироваться атомные ядра.
И первым в этом мире появился дейтерий, изотоп водорода.
Ядра водорода всегда имеют один протон. Но они могут иметь разное количество нейтронов. Изотоп — это просто причудливый термин для обозначения ядер одного и того же элемента, имеющих разное количество нейтронов. Дейтерий — это изотоп водорода с одним нейтроном.
Поскольку массу субатомных частиц часто описывают в атомных единицах массы (а.е.м.), где 1 а.е.м. — масса протона, дейтерий имеет массу 2 а.е.м. Учёные также иногда называют этот параметр атомным весом (хотя в более общем смысле масса и вес — это, конечно, разные вещи).
Но дейтерий по-прежнему остаётся всего лишь изотопом водорода. Водород всё ещё является единственным существовавшим на тот момент химическим элементом.
Однако к концу третьей минуты дейтерий смог соединиться с другими ядрами и образовать гелий, следующий за водородом элемент в таблице Менделеева.
Это происходит так: сначала протон соединяется с нейтроном и получается ядро дейтерия. Процесс идёт с выделением энергии.
Затем ядро дейтерия соединяется с другим ядром дейтерия. При этом один нейтрон «улетает», оставляя в недоумении 2 протона и 1 нейтрон. А это уже ядро гелия. Поскольку состоит оно из трёх частиц, то известно как гелий-3. Атомный вес ядра, что удивительно, тоже равен трём.
Затем гелий-3 соединяется с ещё одним ядром дейтерия. 2 протона и 1 нейтрон объединяются с 1 протоном и 1 нейтроном. Складываем: всего получается 3 протона и 2 нейтрона. 1 протон снова оказывается «свободен», а остальные 4 частицы образуют новое ядро.
Это ядро называется гелий-4. В нём 2 протона и 2 нейтрона.
Обратите внимание, что атомный вес гелия-4 равен 4. И здесь мы сталкиваемся с проблемой.
По логике, описанное выше построение элементов должно было идти шаг за шагом, путём добавления к атомному ядру за раз одного протона или нейтрона.
Однако стабильных ядер с атомным весом 5 или 8 не существует!
Гелий-4 оказался, как это не прискорбно, тупиком.
Однако в очень редких случаях у некоторых ядерных реакций было достаточно энергии, чтобы перепрыгнуть ступень №5 и сразу создать ядро лития-6. И тогда из него можно было создать литий-7. Но на этом всё и остановилось. Ранняя Вселенная не могла перепрыгнуть через шаг №8 и создать ядро берилия-9.
Итак, в итоге были созданы ничтожные количества лития-7, однако в основном ядер тяжелее гелия-4 во Вселенной почти не было.
Но помните… с начала времен прошло всего 3 минуты!
По прошествии третьей минуты Вселенная остыла настолько, что ядерные реакции резко замедлились. А через 30 минут полностью прекратились. Больше никаких элементов не производилось.
Так, стоп. Как же тогда были созданы остальные элементы таблицы Менделеева, спросите вы, друзья мои?
Это произошло гораздо позже. Пройдут миллионы лет, пока сформируются первые звезды, в недрах которых начнётся реакция ядерного синтеза.
Теория и расчёты предсказывают, что ранняя Вселенная должна была состоять примерно на 75% из водорода и на 25% из гелия с минимальными следами лития.
Именно из этой атомной смеси должны были образоваться первые звезды. Но соответствует ли теория наблюдениям?
Используя звёздные спектры, астрономы вполне могут изучать химический состав звёзд. И действительно, самые старые наблюдаемые подобные объекты состоят примерно из 75% водорода, 25% гелия и незначительных количеств лития.
А вот более молодые звёзды уже имеют в своём составе химические элементы потяжелее. Наше Солнце, например, состоит на 73% из водорода, на 25% из гелия и на 2% из более тяжёлых элементов, таких как кислород и углерод. Такие звезды являются новым поколением, появившимся уже после того, как «прогорели» их предшественники, и обогатили пространство синтезированными химическими элементами.
Отрадно одно: теория точно соответствует наблюдениям. А когда теория соответствует наблюдениям, это даёт учёным в целом, а не только астрономам, большую уверенность в том, что мы правильно понимаем природные явления.
Согласитесь, немного странно осознавать, что почти все атомы вашего тела когда-то появились при чудовищных условиях внутри звёздных «печей» или при взрывах сверхновых…
Всем добра.
Вы можете👉 поддержать проект
___________________________________________
Умеете грамотно тратить? Вам повезло!
Здесь скидки до 50%!!!*👇
Ну что, продолжим?👇
*Реклама ООО Яндекс ИНН 7736207543
