Z czego zrobiony jest świat - ebook

Nasz niezwykły, katastrofalny związek z planetą, na której żyjemy

Ty i ja – wszyscy jesteśmy częścią życia, które niegdyś powstało z naszej planety. Nasze ciała składają się z atomów utworzonych w chwili, kiedy rodził się wszechświat. Ciała moich dzieci zbudowane są z pierwiastków chemicznych pochodzących z gleby, wody, ze skał i z powietrza. Kiedyś w przyszłości atomy, z których powstał mój organizm, utworzą jodły, lodowce i granit.

Jesteśmy jednak czymś więcej niż tylko ciałem. Równie ważne jak moje palce są ubrania, które noszę, dom, w którym mieszkam i nóż, którym kroję chleb. Gdyby nie kopalnie i buldożery umożliwiające produkcję nawozów i żywności, prawdopodobnie nie byłoby nas teraz na świecie.

Wszystkie nasze przedmioty i materia, z której się składają, odgrywają określoną rolę w wyjątkowej cywilizacji, którą wspólnie stworzyła ludzkość. A ja bardzo lubię cywilizację. Uwielbiam mieszkać w ciepłym domu oraz podróżować i odkrywać nowe miejsca. Tak właściwie nie jestem w stanie wyobrazić sobie życia bez całej wiedzy świata na wyciągnięcie ręki, chociaż sama dorastałam w czasach, kiedy na półce stała encyklopedia, a w skrzynce pocztowej można było znaleźć listy pisane odręcznie.

Każdego dnia powstają nowe okna, telefony komórkowe oraz osoby. To naprawdę niezwykłe. Ale skąd właściwie biorą się cegiełki, z których zbudowane są przedmioty, żywność i ludzie? Z czego to wszystko powstało? I czy jest możliwe, że pewnego dnia na naszej planecie zabraknie tych cegiełek i wszystko się po prostu skończy?

Dużo mówi się o środowisku naturalnym. O tym, w jaki sposób nasza konsumpcja wpływa na wodę, glebę i powietrze. Słyszymy o tym, że różne gatunki zwierząt wymierają w zawrotnym tempie, całkiem jak wtedy, gdy potężny deszcz meteorytów za jednym zamachem pozbawił życia wszystkie dinozaury. Podobno oceany są tak bardzo zaśmiecone, że wkrótce będzie w nich więcej plastiku niż ryb. Mówi się też o tym, że w wyniku spalania ropy oraz węgla przez elektrownie i pojazdy klimat zmieni się do tego stopnia, że w bliskiej przyszłości wiele obszarów na Ziemi nie będzie się dłużej nadawało do zamieszkania.

Dyskusja o degradacji środowiska naturalnego często wpędza mnie w poczucie bezradności. Jaka jest właściwie moja rola w tym scenariuszu? Czy to z mojej winy różne gatunki wymierają? Jaki świat pozostawię w spadku moim dzieciom? Czy mogę zrobić coś, żeby nie tylko pozbyć się wyrzutów sumienia, ale także w namacalny sposób sprawić, by świat rozwijał się w lepszym kierunku? Napisałam tę książkę, żeby móc wraz z tobą zastanowić się nad tym, w jaki sposób powstawanie przedmiotów, żywności, a także nas samych może być jednocześnie niezwykłe, ale i katastrofalne. Dopiero kiedy to zrozumiemy, możemy zabrać się za poszukiwanie rozwiązań, które będą miały realne znaczenie dla przyszłych pokoleń.Historia świata i pierwiastków w siedem dni

Historia pierwiastków sięga samych narodzin wszechświata. Jest ona długa, niemal niewyobrażalnie długa, jeśli zestawić ją z historią ludzkości. Dlatego wzorem biblijnej opowieści o stworzeniu postanowiłam streścić historię świata na przestrzeni siedmiu dni.

W tej historii miliard lat to pół doby, milion lat trwa trzy kwadranse, a tysiąc lat upływa w niecałe pół sekundy. Od powstania wszechświata minęło 13,8 miliarda lat, ale w naszej historii ziemski czas zaczyna płynąć w nocy z niedzieli na poniedziałek, kiedy zegar wybija północ. Gdy dotrzesz do końca tej opowieści, zegar ponownie wskaże północ, a niedziela dobiegnie końca.

Poniedziałek: narodziny wszechświata

Na początku nie było czasu ani przestrzeni. To, w jaki sposób wszystko powstało, jest niezwykle skomplikowane. W każdym razie najpierw był wybuch. Eksplozja tchnęła energię w każdy najmniejszy zakątek nowo powstałego uniwersum. Po tym chaotycznym początku młody wszechświat zaczął kierować się znanymi nam dobrze prawami natury.

Całkiem jak kurz w moim domu, który zbija się po pewnym czasie w imponujące koty, energia we wszechświecie zaczęła się zespalać. Powstałe wiązki energii, czy też jej cząstki, nazywamy masą: namacalną materią, z której zbudowane jest wszystko, co na tym świecie można dotknąć i poczuć.

Nasze ciała, nasze rzeczy i planeta, na której żyjemy: wszystko, czym się otaczamy, zbudowane jest z atomów. Atomy natomiast składają się z trzech rodzajów cząsteczek – protonów, neutronów i elektronów. Protony i neutrony przylegają ściśle do siebie wewnątrz jądra atomu. To właśnie liczba protonów decyduje o tym, jakim pierwiastkiem chemicznym jest atom. Jeśli jądro pozbędzie się paru protonów, albo też przyjmie kilka dodatkowych, atom stanie się innym pierwiastkiem. Początkowo atom składa się z równej liczby elektronów i protonów, ale elektrony krążą na jego obrzeżach i mogą być wymieniane między poszczególnymi atomami w wyniku reakcji chemicznych.

Protony, neutrony i elektrony powstały z rozżarzonej mieszanki energii i masy, jaką był nasz młody wszechświat. Protony i neutrony zlepiały się ze sobą, tworząc jądra atomowe pierwiastków, takich jak wodór, hel oraz lit. Te najmniejsze i najlżejsze wśród pierwiastków chemicznych mają odpowiednio: jeden, dwa oraz trzy protony w jądrze. Wodór jest ważnym składnikiem wody oraz cząsteczek organicznych, z których zbudowane są wszystkie żyjące organizmy. Nasze ciała składają się w niemal dziesięciu procentach z wodoru, co sugeruje bezpośrednie powiązanie naszego istnienia z narodzinami wszechświata.

Szesnaście sekund po północy wszechświat schłodził się na tyle, że elektrony mogły bardziej trwale przyłączać się do jąder atomowych. Światło po raz pierwszy zyskało możliwość przemieszczania się w przestrzeni dzięki temu, że na jego drodze nie stały już gorące elektrony. W efekcie tuż po północy we wszechświecie zrobiło się jasno, choć nie było w nim jeszcze nikogo, kto mógłby to zobaczyć na własne oczy.

W ciągu kolejnych dwunastu godzin masa dalej się rozrastała. Powstały ogromne chmury atomów i nim wybiła trzecia w nocy, ich skupiska utworzyły pierwsze galaktyki. Jedną z nich była Droga Mleczna, czyli nasz dom. Obecnie wiemy, że Droga Mleczna jest zaledwie jedną spośród bilionów galaktyk we wszechświecie.

O szóstej nad ranem niektóre chmury atomów w galaktykach urosły do takich rozmiarów, że zapadły się pod własnym ciężarem. Tak doszło do powstania pierwszych gwiazd. W jednej z nich, bryle materii znacznie większej od naszego Słońca, znalazły się atomy wodoru, które z czasem przekształciły się we wdychany przez nas w tej chwili tlen.

Ciężar wszystkich znajdujących się wokół atomów ściskał ze sobą atomy wodoru z potężną siłą. Dopiero to umożliwiło elektronom uwolnienie się z jąder atomowych. Z czasem ciśnienie stało się tak silne, że jądra wodoru połączyły się ze sobą, prowadząc do powstania nowych jąder helu. Proces ten uwolnił gigantyczne ilości energii, która rozgrzała atomy, a te utworzyły w efekcie świecącą gwiazdę. Podobne zjawisko zachodzi obecnie wewnątrz naszego Słońca. Światło, które widzisz, wyglądając przez okno, pochodzi od zderzających się we wnętrzu Słońca jąder atomowych.

Z czasem, po przekształceniu się większości jąder wodoru w hel, proces uwalniania energii z wnętrza gwiazdy uległ spowolnieniu. Nie mogła ona dłużej przeciwstawiać się naciskowi materii z zewnątrz. Zapadła się. Dało to początek nowemu etapowi jej życia. W wyniku zapadnięcia się gwiazdy jądra helu zostały ściśnięte tak mocno, że połączyły się w wyniku ponownej reakcji. Trzy jądra helu, każde z dwoma protonami, utworzyły jądro atomowe zawierające sześć protonów, czyli węgiel. Następnie jądro węgla połączyło się z jeszcze jednym jądrem helu, doprowadzając do powstania ośmioprotonowego jądra atomowego. Mowa tu oczywiście o tlenie, a wspomniane jądro znajduje się w atomie tlenu wewnątrz czerwonej krwinki, która właśnie wędruje do twojego mózgu.

Tymczasem wewnątrz gwiazdy nadal trwał proces łączenia się jąder atomowych w coraz to cięższe pierwiastki chemiczne. Osiemdziesiąt sześć procent twojego ciała składa się z węgla, azotu i tlenu, które zostały utworzone właśnie na tym etapie. Na Ziemi panuje zbyt niskie ciśnienie, żeby mogły powstawać tego typu pierwiastki, więc nie ulega wątpliwości, że te części składowe naszego ciała rzeczywiście wywodzą się z gwiazd. Wszyscy jesteśmy gwiezdnymi istotami. W tej fazie rozwoju wszechświata powstały również zawarte w twojej krwi żelazo, a także fosfor w twoich kościach oraz DNA, aluminium w twoim telefonie oraz sól (będąca połączeniem sodu i chloru), którą posypujesz jedzenie.

Po kilku minutach w skali tej tygodniowej historii świata życie gwiazdy dobiegło kresu, przy czym zakończyło się wybuchem tak spektakularnym, że otrzymał on nazwę supernowej. Podczas eksplozji powstały pierwiastki cięższe niż żelazo, wśród nich: nikiel, miedź i cynk. Kable elektryczne w twoim domu zostały wyprodukowane z materii, która wywodzi się od supernowej.

Pozostałości z wybuchu, czyli materia, która nie została wypchnięta w przestrzeń kosmiczną, zapadły się, tworząc gwiazdę neutronową. W jej wnętrzu jądra atomowe połączyły się w potężne skupisko o wielkości dużego miasta (o średnicy około dziesięciu kilometrów), które tak właściwie jest ogromnym jądrem atomowym, nawet jeśli nie nazywamy go pierwiastkiem chemicznym. W naszej galaktyce znajduje się około miliarda gwiazd neutronowych, ale ponieważ są niewielkich rozmiarów i w porównaniu z innymi gwiazdami są zimne, nie tak łatwo jest je dostrzec.

Biorąc pod uwagę, ile przestrzeni jest we wszechświecie oraz jak małe są gwiazdy neutronowe, dalszy rozwój wydarzeń może się wydawać niewiarygodny. A jednak wiemy, że na pewno się to wydarzyło. W pierwszych dniach istnienia wszechświata w którymś momencie zderzyły się ze sobą dwie gwiazdy neutronowe. W wyniku tego zderzenia powstały: złoto, srebro, platyna, uran oraz cały szereg innych pierwiastków – tak ciężkich, że mogły powstać wyłącznie w najbardziej ekstremalnych warunkach. Te nowo powstałe pierwiastki zostały wyrzucone w przestrzeń, gdzie przemieszały się z chmurami pyłu oraz atomów w galaktyce.

W taki sposób już pierwszego dnia powstały pierwiastki chemiczne. Do dzisiaj we wszechświecie powstają zresztą kolejne. Gwiazdy rodzą się i umierają, wybuchają i zderzają ze sobą nieustannie. Ale tutaj na Ziemi jądra atomowe są praktycznie niezmienne. Wyłącznie za pomocą procesów radioaktywnych, w których niestabilne jądro uranu lub innego ciężkiego pierwiastka ulega rozszczepieniu, pierwiastki mogą powstawać i być niszczone na powierzchni naszej planety. Nawet w laboratoriach naukowych trudno jest odtworzyć procesy zachodzące we wnętrzu gwiazdy. Możliwości tworzenia materiałów poprzez łączenie pierwiastków chemicznych w różnych konfiguracjach są nieograniczone, ale jeśli chodzi o same pierwiastki, musimy się zadowolić tymi, które już mamy.

* * *

koniec darmowego fragmentu
zapraszamy do zakupu pełnej wersji