Wszystkie ciała
niebieskie oraz my sami składamy się z materii. Czym jest więc materia? W ilu%
składu wszechświata stanowi. Może jest też jakaś inna materia, odmienna od tej
co znamy? W tym poście opiszę zwykłą materię, z której składamy się my,
planety, gwiazdy itd.
·
Czym jest materia?
Materia z której się składamy jest
jednorodna i pełna. Ale czy na pewno? Mówiąc materia mamy na myśli cząstki
które mają masę i rozmiar. Ile % więc zajmują cząstki mające masę i rozmiar
(materia) naszych ciał? W ok 99.9999%
nasze ciała to pusta przestrzeń. Jak to możliwe? Materia składa się z atomów a
te z kolei składają się z elektronów okrążających jadro atomowe. Atomy
przypominają maleńkie Układy Słoneczne. Słońce to jadro, a planety
odpowiadałyby elektrony krążące po orbitach elektronowych. Jest oczywiście
kilka istotnych różnic. Pominę je bo do tego postu nie są wymagane te różnice.
Wracając do alegorii to oprócz Słońca i planet, pomijając asteroidy i inne tego
typu śmieci, jest coś jeszcze. To przestrzeń. Tu jest właśnie to „nic”. Jeśliby
„wypompować” to „nic” a pozostałość upchać tak by się stykało pozostałby bardzo
mały rozmiar wielkości gródki kurzu. Ale bardzo ciężkiego kurzu. Ważyłby on
dokładnie tyle samo co z „niczym”. I pewnie wiele z was zada pytanie jak to
możliwe, że nie zauważylibyśmy tego, przecież nasze ciała są bardzo namacalne.
Przyczyną jest rozmiar atomu. Mierzy on kilka nm. Jest więc za mały by go
dostrzec gołym okiem. Nasze ciała składają się z wielu bln atomów. Przez co nie
widzimy pustki.
·
Z czego składa się wszechświat?
Zapewne na pytanie o to co wypełnia
wszechświat odpowiemy że gwiazdy, galaktyki, materia. Ale czy mielibyśmy rację?
Po części nie. Materia z której składamy się my, gwiazdy, pył to tylko 4% składu wszechświata. Od razu nasuwa
się pytanie czym jest pozostałe 96%? Wszystko wskazuje na to, że 25% to ciemna
materia – egzotyczna, tajemnicza forma materii, którą opisze w następnym
poście. Pozostałe 71% miałaby stanowić ciemna energia, która powodowała by
przyśpieszanie ekspansji wszechświata. Jej tez poświęcę jeden post.
·
Zwykła materia:
To co widzimy, materia to mniej niż 4% składu wszechświata. Wszystkie
pierwiastki z układu okresowego mieszczą się w tej wartości. Składa się ona z
fermionów, a siły pól tworzą bozony, a niektóre z bozonów utrzymują materię
taka jaka jest. Fermiony to cząstki tworzące wszystko co znamy. Są to zarówno
cząstki lekkie – leptony (elektron jest leptonem) oraz ciężkie jak bariony. Do
barionów należą kwarki, które tworzą protony i neutrony (każdy proton i każdy
neutron składa się z 3 kwarków). Te
z kolei tworzą jądra a jądra wraz z elektronami to atomy. Różna ilość protonów
odpowiada różnym pierwiastkom.
·
Powstanie materii i pierwiastków:
Jeśli chodzi o powstanie materii to
nie jest to zbyt dobrze znane. Przypuszcza się, że na początku wszechświata
powstały pierwsze pierwiastki – wodór, hel i śladowe ilości litu. To w jaki one
sposób powstały jest trochę skomplikowane i pominiemy większość. Opisze to w
skrócie i mam nadzieję że zrozumiale. Na początku po powstaniu wszechświata
mogłaby wykreować się materia i antymateria. Większość anihilowałaby ze sobą
(zamieniłyby się w czystą energię), ale na szczęście powstało nieco więcej
cząstek niż antycząstek. Część z nich była kwarkami oraz były wolne elektrony.
Kwarki po obniżeniu się temp. zaczynały się łączyć ze sobą tworząc protony i
neutrony. Protony i neutrony mogły się przekształcać w siebie (poprzez
zderzenia się z innymi cząstkami). Proton mógł się stać neutronem, a ten
protonem. Neutron jest nieznacznie cięższy od protonu przez co po obniżaniu się
energii zderzeń protonowi ciężej było się zmienić w cięższy neutron, a neutron
mógł łatwo zmienić się w proton. Przez to powstało więcej protonów niż
neutronów. Temperatura wszechświata była nadal bardzo wysoka. Jednak na tyle
niska by mogły utworzyć się pierwsze atomy wodoru najprostsze (jeden proton w
jądrze i jeden elektron). Jednak część wodoru zamieniła się w hel i lit. Ok 25% wodoru przekształciło się w hel, a
litu powstało dużo mniej niż 1%.
Wodoru wiec było (i jest) najwięcej. No dobrze wiemy mniej więcej jak mógł
powstać wodór, hel i lit ale to tylko 3
z ponad 100 pierwiastków układu
okresowego. Jak powstały inne? Odpowiedzią są gwiazdy. Tyle, że powstały one
znacznie później. W jądrach gwiazd, np. Słońca dochodzi do syntezy (łączenia)
wodoru w hel. W temp kilkunastu mln*C jądra atomów wodoru przekształca się w
jądra atomu helu. Z tym, że masa cięższego jądra jest nieco mniejsza niż suma
mas jader lżejszych z których powstają. Różnica powstaje na skutek tego, że
gwiazda świeci i korzysta z energii powstałej z przemiany masy w energię. Duże
gwiazdy mają większe temp niż Słońce, które jest średnią gwiazdą. Synteza
cięższych pierwiastków wymaga właśnie wyższej energii niż lżejsze. Pierwsze
gwiazdy składały się wyłącznie z wodoru i helu. Były bardzo masywne i
niestabilne. W ich jądrach po spaleniu wodoru powiększały swoje rozmiary i
rozpoczynały fuzję helu. Potem coraz cięższe pierwiastki ale tylko do żelaza. Z
syntezy żelaza powstaje mniej energii, niż zużywa. W jadrach gwiazd więc
powstały pierwiastki lżejsze od żelaza. Ale przecież mamy złoto, które jest
cięższe od żelaza. Skąd się ono wzięło? Pierwiastki cięższe od żelaza powstały podczas
wybuchów gwiazd lub ich zderzeń. W supernowych albo np. zderzeń gwiazd
neutronowych powstały kolejne pierwiastki. Dziś mamy ich ponad 100. Cały układ okresowy. To tylko
zwykła materia. 4% składu
zadziwiającego i pięknego wszechświata.
Dziś opisałem zwykłą materię,
dziękuję za przeczytanie i zapraszam na następne posty o ciemnej materii i
jeszcze później ciemnej energii. Dz i pozdrawiam J
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz