Η δημιουργία της ύλης – Η ενέργεια γεννά την ύλη (και αντιστρόφως)

Το απείρως μικρό σημείο της μαθηματικής «ανωμαλίας», όπου περιλαμβανόταν η ύλη όλου του Σύμπαντος, για άγνωστους μέχρι στιγμής λόγους, άρχισε να διαστέλλεται. Στην αρχή αργά. Υστερα γρηγορότερα. Αν δεν είχε επιταχυνθεί η διαστολή, το Σύμπαν θα είχε καταρρεύσει σε πολύ λίγο χρόνο στην αρχική του μορφή, του αδιάστατου σημείου.

Οταν η θερμοκρασία του απείρως μικρού ακόμη Σύμπαντος έφθασε στην κρίσιμη τιμή των 1028 βαθμών Κελσίου, απελευθερώθηκε τεράστιο ποσό ενέργειας που προκάλεσε το φαινόμενο της διόγκωσης του Σύμπαντος (του πληθωρισμού κατά τον AlanGunt), κατά 1020 ως 1030 φορές.

Σαν ένα δοχείο που κοχλάζει, κύματα ενέργειας, με μορφή φωτονίων, μετατρέπονταν σε ύλη, σε ζεύγη υποατομικών σωματιδίων και αντισωματιδίων, που συγκρούονταν μεταξύ τους, σε έναν ξέφρενο χορό,  και αλληλοεξουδετερώνονταν, μετατρεπόμενα πάλι σε ακτινοβολία. Υπήρχε όμως μια μικρή ασυμμετρία. Τα σωματίδια ήσαν ελάχιστα πιο πολλά από τα αντισωματίδια(σε 1 δισεκατομμύριο αντισωματίδια αντιστοιχούσαν 1 δισεκατομμύριο + 1 σωματίδια). Αυτά τα περίσσια υποατομικά σωματίδια έγιναν οι θεμέλιοι δομικοί λίθοι των ατόμων : Τα πρωτόνια, τα ηλεκτρόνια και – από την ένωσή τους – τα νετρόνια.

Καθώς η θερμοκρασία του Σύμπαντος ελαττώνεται στο ένα εκατομμύριο βαθμούς Κελσίου, οι δομικοί λίθοι σχηματίζουν τους πρώτους απλούς ατομικούς πυρήνες, που είναι συνδυασμοί  πρωτονίων και νετρονίων. Ο πυρήνας του υδρογόνου (Η) αποτελείται από ένα πρωτόνιο, του ηλίου (Ηe) από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Οι δύο προηγούμενοι πυρήνες, μαζί με τουλιθίου (Li), που είναι ο τρίτος απλούστερος πυρήνας, αποτέλεσαν τις πρώτες δομημένες μονάδες στο Σύμπαν.

Ολοιοι πυρήνες είναι ιοντισμένοι, δηλαδή ηλεκτρικώς – θετικά – φορτισμένοι. Τα πρωτόνια φέρουν θετικό φορτίο και τα νετρόνια είναι ουδέτερα. Οταν όμως ένα ηλεκτρόνιο (αρνητικώς φορτισμένο) πλησιάζει τον πυρήνα για να μπει σε τροχιά γύρω του, φωτόνια μεγάλης ενέργειας συγκρούονται μαζί του, το ηλεκτρόνιο απορροφά την ενέργεια, που δεν του επιτρέπει πια να μείνει σε τροχιά, και απομακρύνεται.

Χρειάστηκε να χαμηλώσει πολύ η θερμοκρασία, μετά από περίπου 300.000 χρόνια, για να μπορέσουν να σταθεροποιηθούν τα ηλεκτρόνια σε τροχιές γύρω από τους πυρήνες, ώστε να σχηματισθούν τα πρώτα άτομα. Τα άτομα, όταν ενωθούν μεταξύ τους αποτελούντα μόρια. Οι χημικοί προτιμούν να σκέπτονται με μόρια και όχι με άτομα, όπως οι συγγραφείς σκέπτονται με λέξεις και όχι με γράμματα.

Τα φωτόνια μπορούσαν να μετακινηθούν αιωνίως πια ελεύθερα και, σαν να άναψαν ξαφνικά όλοι μαζί οι πολυέλαιοι, το Σύμπαν γίνεται διαφανές στο φως. Τα αρχέγονα φωτόνια, αδιάψευστοι μάρτυρες της πρώτης στιγμής της Δημιουργίας, διατρέχουν με τις ασύλληπτες ταχύτητές τους το Σύμπαν. Λόγω της μακρινής πορείας τους, επί 14 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια, η ενέργειά τους έχει ελαττωθεί σημαντικά και φθάνουν μέχρις εμάς με την ενέργεια των υψίσυχνων ραδιοκυμάτων (ή και των μικροκυμάτων), για να χαρίσουν το βραβείο Nobel στους Penzias και Wilson (!), όπως εκτενέστερα γράψαμε σε προηγούμενη ανάρτηση.

Τώρα το Σύμπαν, που συνεχίζει να διαστέλλεται, αρχίζει να αποκτά αναγνωρίσιμες φιγούρες. Τα άτομα και, από τη συνένωσή τους τα μόρια.

Τα άτομα είναι άπειρα και λίαν μακρόβια. Ο κορυφαίος φυσικός του Caltech, RichardFeynmann είχε πει ότι : «Ολη η φυσική είναι άτομα». Μάλιστα είναι τόσο μικρά που σε ένα κυβικό εκατοστό αέρα, όσο δηλαδή είναι ένας κύβος ζάχαρης για τον καφέ μας (προσέξτε : αέρα όχι κάτι πολύ πυκνότερου) περιέχονται 45 δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων άτομα.

Πόσο μπορούν να ζήσουν τα άτομα; Ο φυσικός MartinRees ισχυρίζεται: 1035 χρόνια, δηλαδή πολλά μα πάρα πολλά χρόνια.Ποιος και πώς μπορεί να το αμφισβητήσει;

Μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι κάθε άτομο του σώματός μας έχει επισκεφθεί πολλούς αστέρες και ήταν συστατικό πολλών οργανισμών πριν μας κάνει την τιμή να αποτελέσει μέρος του δικού μας.

Οταν ένα ον πεθαίνει, τα μόρια αποσυντίθενται και τα άτομα αποκτούν την ανεξαρτησία τους. Μπορεί από ένα γαιοσκώληκα να αναβαθμισθούν σε ποικιλόχρωμη ορχιδέα ή σε καλλίγραμμη σταρ. Και το αντίθετο φυσικά.  Αυτή η μετενσάρκωση χρειάζεται μερικές δεκάδες χρόνια για να ολοκληρωθεί.

«Τα άτομα είναι μικρά, πολυάριθμα και ουσιαστικά άφθαρτα» είχε γράψει ο πασίγνωστος πλην ελάχιστα μορφωμένος JohnDalton,σε ένα σύγγραμμά του 900 σελίδων, που δημοσιεύτηκε το 1808. Το πόνημα αυτό περιλάμβανε τα πάντα. Στα άτομα είχε αφιερώσει πέντε σελίδες.

Ενα σχεδόν αιώνα αργότερα, αφού ο Mach (που έδωσε το όνομά του στην ταχύτητα του ήχου) είχε αμφισβητήσει σθεναρά την ύπαρξη των ατόμων, ενώο  Boltzmann την  είχε υπερασπισθεί με πάθος,  ο Einstein έδωσε την πρώτη αδιαμφισβήτητη απόδειξη της ύπαρξής τους το 1905, σχεδόν έναν αιώνα μετά τον Dalton, με το περίφημοάρθρο του σχετικά με την κίνηση Brown.

Τέλος, ας μην ξεχνάμε, πως την  ύπαρξη των ατόμων είχαν πρώτοι «συλλάβει» οι Ελληνες φιλόσοφοι Λεύκιππος και Δημόκριτος, που τους έδωσαν και το όνομα άτομα ( α + τομή = κάτι που δεν τέμνεται περαιτέρω).

 

Φιλιώ Νόμπελη

Πυρηνική Χημικός