Opstod grundstofferne ved et tilfælde?
„HVER eneste genstand i universet, selv den fjerneste stjerne, består af atomer,“ forklarer opslagsværket The Encyclopedia of Stars & Atoms. Enkeltvis er atomer så små at de ikke kan ses, men samlet udgør de velkendte grundstoffer. Nogle af disse stoffer forekommer i fast form, andre er usynlige gasser. Kan eksistensen af alle sådanne grundstoffer skyldes tilfældigheder?
Grundstof nummer 1 til 92
Selv om brintatomet er det atom der har den enkleste opbygning, er det brint der udgør brændstoffet i stjerner som Solen. Brint er en betingelse for liv. Et brintatoms kerne består af én proton og har kun én elektron der kredser rundt om denne kerne. Andre grundstoffer som kulstof, ilt, guld og kviksølv består af atomer med mange elektroner i kredsløb om en kerne med mange protoner og neutroner.
For omkring 450 år siden kendte man kun 12 grundstoffer. Efterhånden som flere blev opdaget, bemærkede forskerne at atomernes opbygning fulgte en naturlig orden. Man fandt ud af at grundstofferne kunne anbringes i et skema med rækker og søjler hvor grundstofferne i hver søjle havde samme karakteristika. Men der var også huller i skemaet, ledige pladser som repræsenterede endnu ukendte grundstoffer. Dette fik den russiske forsker Dmitrij Mendelejev til at forudsige eksistensen af grundstoffet germanium med atomnummeret 32, inklusive dette grundstofs farve, vægt, massefylde og smeltepunkt. Mendelejevs „forudsigelser om andre manglende grundstoffer — gallium og scandium — viste sig også at være meget nøjagtige,“ bemærker lærebogen Chemistry fra 1995.
Med tiden forudså forskerne eksistensen af andre ukendte grundstoffer og nogle af deres egenskaber, og til sidst havde man fundet alle de grundstoffer der manglede. Der er ikke længere huller i skemaet. Grundstoffernes naturlige orden, der er baseret på antallet af protoner i deres atomkerner, begynder med grundstof nummer 1, brint, og fortsætter opefter til det sidste grundstof som almindeligvis forekommer naturligt på Jorden, uran, som har atomnummeret 92. Skyldes alt dette blot tilfældigheder?
Tænk også på grundstoffernes store variation. Guld og kviksølv er grundstoffer med karakteristiske, skinnende farver. Det ene er et fast stof. Det andet er en væske. Alligevel følger de umiddelbart efter hinanden i rækken af grundstoffer. Et guldatom har 79 elektroner, 79 protoner og 118 neutroner. Et kviksølvatom har blot én elektron og én proton mere og nogenlunde det samme antal neutroner.
Skyldes det blot et tilfælde at en lille ændring vedrørende atomets partikler kan give anledning til så stor en variation af grundstoffer? Og hvad med de kræfter der holder atompartiklerne sammen? „Fra den mindste partikel til den største galakse styres alt i universet af regler der er bestemt af fysikkens love,“ forklarer The Encyclopedia of Stars & Atoms. Man kan forestille sig hvad der ville ske hvis en af reglerne blev ændret. Hvad ville der for eksempel ske hvis man ændrede den kraft som holder elektronerne i kredsløb omkring atomets kerne?
Fint afstemte fysiske kræfter
Hvilke konsekvenser ville det få hvis den elektromagnetiske kraft blev svækket? „Elektronerne ville ikke længere være bundet til atomerne,“ siger dr. David Block i sin bog Star Watch. Hvilken betydning ville det have? Dr. Block svarer: „Vi ville få et univers hvori kemiske reaktioner slet ikke kunne foregå.“ Vi kan være taknemmelige for de fastsatte love som gør kemiske processer mulige. Eksempelvis at to brintatomer sammen med et iltatom kan danne et vandmolekyle.
Den elektromagnetiske kraft er cirka 100 gange svagere end den stærke kernekraft som holder sammen på atomernes kerne. Hvad ville der ske hvis dette forhold blev ændret? „Hvis det indbyrdes styrkeforhold mellem den stærke kernekraft og den elektromagnetiske kraft var blot en lille smule anderledes, kunne kulstofatomer ikke eksistere,“ forklarer forskerne John Barrow og Frank Tipler. Og uden kulstof, intet liv. Vægtmæssigt udgør kulstof 20 procent af alle levende organismer.
Den elektromagnetiske krafts styrke i forhold til gravitationskraften har også afgørende betydning. Tidsskriftet New Scientist siger: „Den allermindste forandring i tyngdekraftens og elektromagnetismens indbyrdes styrkeforhold ville forvandle stjerner som Solen til blå kæmper eller røde dværge.“a
Den svage kernekraft styrer hastigheden af de kernereaktioner der foregår i Solen. „Den er lige præcis så svag at Solens brint brænder med en langsom, men konstant hastighed,“ forklarer fysikeren Freeman Dyson. Der kunne nævnes mange andre eksempler som viser hvordan vores liv afhænger af de fint afbalancerede love og forhold der hersker i universet. Videnskabsskribenten professor Paul Davies har sammenlignet disse love og forhold med de knapper man bruger til at justere et apparat. I den forbindelse har han udtalt: „[Det lader] til at de forskellige knapper må være indstillet med uhyre stor præcision for at der kan eksistere liv i universet.“
Længe før sir Isaac Newton opdagede tyngdeloven, var sådanne faste regler og love omtalt i Bibelen. „Har du kundgjort de regler der styrer himlene, eller fastlagt naturlovene på jorden?“ Sådan gengiver The New English Bible det der siges i Job 38:33. Det var Job selv der blev stillet over for dette spørgsmål. Han blev også stillet over for andre ydmygende spørgsmål som: „Hvor var du da jeg grundlagde jorden?“ og: „Hvem fastsatte dens mål — hvis du ved det?“ — Job 38:4, 5.
[Fodnote]
a Hvis Solen var en blå kæmpe, ville den være for varm til at der kunne være liv på Jorden. Hvis den var en rød dværg, ville her være for koldt.
[Ramme på side 6]
LIVSVIGTIGE GRUNDSTOFFER
Grundstofferne brint, ilt og kulstof udgør omkring 98 procent af atomerne i vort legeme. Dernæst kommer kvælstof, som udgør 1,4 procent. Andre grundstoffer findes i meget små mængder, men er dog livsvigtige.
[Oversigt/diagram på side 6, 7]
(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)
Ved redaktionens afslutning havde forskerne kunstigt fremstillet grundstofferne fra nummer 93 til og med nummer 118. Som forventet passer også disse grundstoffer ind i mønsteret i det periodiske system.
[Kildeangivelse]
Kilde: Los Alamos National Laboratory
Grundstoffets navn: hydrogen
Symbol: H
Atomnummer (antal protoner): 1
Grundstoffets navn: helium
Symbol: He
Atomnummer (antal protoner): 2
Grundstoffets navn: lithium
Symbol: Li
Atomnummer (antal protoner): 3
Grundstoffets navn: beryllium
Symbol: Be
Atomnummer (antal protoner): 4
Grundstoffets navn: bor
Symbol: B
Atomnummer (antal protoner): 5
Grundstoffets navn: carbon
Symbol: C
Atomnummer (antal protoner): 6
Grundstoffets navn: nitrogen
Symbol: N
Atomnummer (antal protoner): 7
Grundstoffets navn: oxygen
Symbol: O
Atomnummer (antal protoner): 8
Grundstoffets navn: fluor
Symbol: F
Atomnummer (antal protoner): 9
Grundstoffets navn: neon
Symbol: Ne
Atomnummer (antal protoner): 10
Grundstoffets navn: natrium
Symbol: Na
Atomnummer (antal protoner): 11
Grundstoffets navn: magnesium
Symbol: Mg
Atomnummer (antal protoner): 12
Grundstoffets navn: aluminium
Symbol: Al
Atomnummer (antal protoner): 13
Grundstoffets navn: silicium
Symbol: Si
Atomnummer (antal protoner): 14
Grundstoffets navn: fosfor
Symbol: P
Atomnummer (antal protoner): 15
Grundstoffets navn: svovl
Symbol: S
Atomnummer (antal protoner): 16
Grundstoffets navn: chlor
Symbol: Cl
Atomnummer (antal protoner): 17
Grundstoffets navn: argon
Symbol: Ar
Atomnummer (antal protoner): 18
Grundstoffets navn: kalium
Symbol: K
Atomnummer (antal protoner): 19
Grundstoffets navn: calcium
Symbol: Ca
Atomnummer (antal protoner): 20
Grundstoffets navn: scandium
Symbol: Sc
Atomnummer (antal protoner): 21
Grundstoffets navn: titan
Symbol: Ti
Atomnummer (antal protoner): 22
Grundstoffets navn: vanadium
Symbol: V
Atomnummer (antal protoner): 23
Grundstoffets navn: chrom
Symbol: Cr
Atomnummer (antal protoner): 24
Grundstoffets navn: mangan
Symbol: Mn
Atomnummer (antal protoner): 25
Grundstoffets navn: jern
Symbol: Fe
Atomnummer (antal protoner): 26
Grundstoffets navn: cobalt
Symbol: Co
Atomnummer (antal protoner): 27
Grundstoffets navn: nikkel
Symbol: Ni
Atomnummer (antal protoner): 28
Grundstoffets navn: kobber
Symbol: Cu
Atomnummer (antal protoner): 29
Grundstoffets navn: zink
Symbol: Zn
Atomnummer (antal protoner): 30
Grundstoffets navn: gallium
Symbol: Ga
Atomnummer (antal protoner): 31
Grundstoffets navn: germanium
Symbol: Ge
Atomnummer (antal protoner): 32
Grundstoffets navn: arsen
Symbol: As
Atomnummer (antal protoner): 33
Grundstoffets navn: selen
Symbol: Se
Atomnummer (antal protoner): 34
Grundstoffets navn: brom
Symbol: Br
Atomnummer (antal protoner): 35
Grundstoffets navn: krypton
Symbol: Kr
Atomnummer (antal protoner): 36
Grundstoffets navn: rubidium
Symbol: Rb
Atomnummer (antal protoner): 37
Grundstoffets navn: strontium
Symbol: Sr
Atomnummer (antal protoner): 38
Grundstoffets navn: yttrium
Symbol: Y
Atomnummer (antal protoner): 39
Grundstoffets navn: zirconium
Symbol: Zr
Atomnummer (antal protoner): 40
Grundstoffets navn: niobium
Symbol: Nb
Atomnummer (antal protoner): 41
Grundstoffets navn: molybdæn
Symbol: Mo
Atomnummer (antal protoner): 42
Grundstoffets navn: technetium
Symbol: Tc
Atomnummer (antal protoner): 43
Grundstoffets navn: ruthenium
Symbol: Ru
Atomnummer (antal protoner): 44
Grundstoffets navn: rhodium
Symbol: Rh
Atomnummer (antal protoner): 45
Grundstoffets navn: palladium
Symbol: Pd
Atomnummer (antal protoner): 46
Grundstoffets navn: sølv
Symbol: Ag
Atomnummer (antal protoner): 47
Grundstoffets navn: cadmium
Symbol: Cd
Atomnummer (antal protoner): 48
Grundstoffets navn: indium
Symbol: In
Atomnummer (antal protoner): 49
Grundstoffets navn: tin
Symbol: Sn
Atomnummer (antal protoner): 50
Grundstoffets navn: antimon
Symbol: Sb
Atomnummer (antal protoner): 51
Grundstoffets navn: tellur
Symbol: Te
Atomnummer (antal protoner): 52
Grundstoffets navn: jod
Symbol: I
Atomnummer (antal protoner): 53
Grundstoffets navn: xenon
Symbol: Xe
Atomnummer (antal protoner): 54
Grundstoffets navn: cæsium
Symbol: Cs
Atomnummer (antal protoner): 55
Grundstoffets navn: barium
Symbol: Ba
Atomnummer (antal protoner): 56
Grundstoffets navn: lanthan
Symbol: La
Atomnummer (antal protoner): 57
Grundstoffets navn: cerium
Symbol: Ce
Atomnummer (antal protoner): 58
Grundstoffets navn: praseodym
Symbol: Pr
Atomnummer (antal protoner): 59
Grundstoffets navn: neodym
Symbol: Nd
Atomnummer (antal protoner): 60
Grundstoffets navn: promethium
Symbol: Pm
Atomnummer (antal protoner): 61
Grundstoffets navn: samarium
Symbol: Sm
Atomnummer (antal protoner): 62
Grundstoffets navn: europium
Symbol: Eu
Atomnummer (antal protoner): 63
Grundstoffets navn: gadolinium
Symbol: Gd
Atomnummer (antal protoner): 64
Grundstoffets navn: terbium
Symbol: Tb
Atomnummer (antal protoner): 65
Grundstoffets navn: dysprosium
Symbol: Dy
Atomnummer (antal protoner): 66
Grundstoffets navn: holmium
Symbol: Ho
Atomnummer (antal protoner): 67
Grundstoffets navn: erbium
Symbol: Er
Atomnummer (antal protoner): 68
Grundstoffets navn: thulium
Symbol: Tm
Atomnummer (antal protoner): 69
Grundstoffets navn: ytterbium
Symbol: Yb
Atomnummer (antal protoner): 70
Grundstoffets navn: lutetium
Symbol: Lu
Atomnummer (antal protoner): 71
Grundstoffets navn: hafnium
Symbol: Hf
Atomnummer (antal protoner): 72
Grundstoffets navn: tantal
Symbol: Ta
Atomnummer (antal protoner): 73
Grundstoffets navn: wolfram
Symbol: W
Atomnummer (antal protoner): 74
Grundstoffets navn: rhenium
Symbol: Re
Atomnummer (antal protoner): 75
Grundstoffets navn: osmium
Symbol: Os
Atomnummer (antal protoner): 76
Grundstoffets navn: iridium
Symbol: Ir
Atomnummer (antal protoner): 77
Grundstoffets navn: platin
Symbol: Pt
Atomnummer (antal protoner): 78
Grundstoffets navn: guld
Symbol: Au
Atomnummer (antal protoner): 79
Grundstoffets navn: kviksølv
Symbol: Hg
Atomnummer (antal protoner): 80
Grundstoffets navn: thallium
Symbol: Tl
Atomnummer (antal protoner): 81
Grundstoffets navn: bly
Symbol: Pb
Atomnummer (antal protoner): 82
Grundstoffets navn: bismuth
Symbol: Bi
Atomnummer (antal protoner): 83
Grundstoffets navn: polonium
Symbol: Po
Atomnummer (antal protoner): 84
Grundstoffets navn: astat
Symbol: At
Atomnummer (antal protoner): 85
Grundstoffets navn: radon
Symbol: Rn
Atomnummer (antal protoner): 86
Grundstoffets navn: francium
Symbol: Fr
Atomnummer (antal protoner): 87
Grundstoffets navn: radium
Symbol: Ra
Atomnummer (antal protoner): 88
Grundstoffets navn: actinium
Symbol: Ac
Atomnummer (antal protoner): 89
Grundstoffets navn: thorium
Symbol: Th
Atomnummer (antal protoner): 90
Grundstoffets navn: protactinium
Symbol: Pa
Atomnummer (antal protoner): 91
Grundstoffets navn: uran
Symbol: U
Atomnummer (antal protoner): 92
Grundstoffets navn: neptunium
Symbol: Np
Atomnummer (antal protoner): 93
Grundstoffets navn: plutonium
Symbol: Pu
Atomnummer (antal protoner): 94
Grundstoffets navn: americium
Symbol: Am
Atomnummer (antal protoner): 95
Grundstoffets navn: curium
Symbol: Cm
Atomnummer (antal protoner): 96
Grundstoffets navn: berkelium
Symbol: Bk
Atomnummer (antal protoner): 97
Grundstoffets navn: californium
Symbol: Cf
Atomnummer (antal protoner): 98
Grundstoffets navn: einsteinium
Symbol: Es
Atomnummer (antal protoner): 99
Grundstoffets navn: fermium
Symbol: Fm
Atomnummer (antal protoner): 100
Grundstoffets navn: mendelevium
Symbol: Md
Atomnummer (antal protoner): 101
Grundstoffets navn: nobelium
Symbol: No
Atomnummer (antal protoner): 102
Grundstoffets navn: lawrencium
Symbol: Lr
Atomnummer (antal protoner): 103
Grundstoffets navn: rutherfordium
Symbol: Rf
Atomnummer (antal protoner): 104
Grundstoffets navn: dubnium
Symbol: Db
Atomnummer (antal protoner): 105
Grundstoffets navn: seaborgium
Symbol: Sg
Atomnummer (antal protoner): 106
Grundstoffets navn: bohrium
Symbol: Bh
Atomnummer (antal protoner): 107
Grundstoffets navn: hassium
Symbol: Hs
Atomnummer (antal protoner): 108
Grundstoffets navn: meitnerium
Symbol: Mt
Atomnummer (antal protoner): 109
110
111
112
114
116
118
[Diagram]
(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)
Grundstofferne i det periodiske system afspejler orden og harmoni. Skyldes det tilfældigheder, eller står der en intelligens bag?
Helium atom
Elektron
Proton
Neutron
[Diagram/illustration på side 7]
(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)
Hvordan er de fire fysiske kræfter blevet så fint afstemt?
ELEKTROMAGNETISK KRAFT
STÆRK KERNEKRAFT
GRAVITATIONSKRAFT
SVAG KERNEKRAFT
Vandmolekyle
Atomkerne
Blå kæmpe
Rød dværg
Solen