Skąd wszystko pochodzi?
Ten kamień?
Tamta krowa?
Twoje serce?
NIe same rzeczy, ale ich skład,
czyli atomy, z których "utkane" są rzeczy.
Żeby odpowiedzieć na to pytanie, posłużmy się prawem zachowania masy.
Według tego prawa układ izolowany jest określony granicą,
przez którą materia i energia nie mogą przepływać.
W takim systemie masa, znana jako materia i energia,
nie może być dodana ani zniszczona.
Wszechświat, zgodnie z obecną wiedzą,
jest układem izolowanym.
Zanim do niego dojdziemy, zajmijmy się mniejszym układem.
Mamy 6 atomów węgla, 12 atomów wodoru
i 18 atomów tlenu.
Gdy dodamy energię, cząsteczki będą się poruszać.
Atomy będą mogły się połączyć, tworząc znane cząsteczki.
Wodę.
Dwutlenek węgla.
Nie można dodać ani zmniejszyć masy.
Jesteśmy skazani na to, co mamy. Co robić?
Na dodatek atomy same się rządzą.
Utworzyły po sześć cząsteczek dwutlenku węgla i wody.
Dodając więcej energii, można zamienić je w prosty cukier,
i tlen.
Mamy 6 atomów węgla, 12 atomów wodoru i 18 atomów tlenu.
Dodana energia jest zmagazynowana w wiązaniach między atomami.
Możnemy odzyskać energię
poprzez ponowne rozłożenie cukru na wodę i dwutlenek węgla,
utrzymując tę samą liczbę atomów.
Odłóżmy kilka atomów na bok i spróbujmy czegoś wybuchowego.
Metan, kojarzony z gazami jelitowymi krów,
jest także używany jako paliwo rakietowe.
Gdy dodamy trochę tlenu i energii,
jak przy zapaleniu zapałki,
spala się do dwutlenku węgla, wody, dając jeszcze więcej energii.
Na początku metan miał 4 atomy wodoru,
a na końcu reakcji mamy 4 atomy wodoru uwięzione w 2 cząsteczkach wody.
Na zakończenie propan, kolejny gaz łatwopalny.
Dodając tlen i podpalając go, mamy wybuch.
Więcej wody i dwutlenku węgla.
Tym razem powstały trzy cząsteczki CO2,
ponieważ cząsteczki propanu zawierały 3 atomy węgla,
a one nie miały gdzie się podziać.
Można modelować wiele reakcji, używając małego zestawu atomów,
dla których prawo zachowania masy jest zawsze prawdziwe.
Bez względu na materię i energię, które biorą udział w reakcji chemicznej,
na końcu pozostaje tyle samo masy.
Masa nie może być dodana ani zniszczona.
Skąd jednak wzięły się atomy?
Cofnijmy się w czasie.
Dalej, dalej, dalej, za daleko.
Tutaj.
Wielki Wybuch.
Wodór powstał z wysokoenergetycznej „pierwotnej zupy cząstek”
w pierwszych trzech minutach, po narodzinach Wszechświata.
Z czasem klastery atomów połączyły się i utworzyły gwiazdy.
Wewnątrz gwiazd reakcje jądrowe złączyły pierwiastki lekkie,
takie jak wodór i hel,
aby utworzyć cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen.
Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że te reakcje zaprzeczają prawu,
ponieważ uwalniają ogromne ilości energii,
i to pozornie z niczego.
Dzięki znanemi równaniu Einsteina
wiemy, że energia jest równoważna masie.
Całkowita masa atomów początkowych
jest trochę większa od masy produktów,
a utrata masy odpowiada wzrostowi energii,
która promieniuje z gwiazdy w postaci światła, ciepła i naładowanych cząsteczek.
Po wybuchu gwiazdy, jako supernowej,
pierwiastki rozproszyły się w przestrzeni.
Z czasem pierwiastki złączyły się z atomami z innych supernowych
i uformowały Ziemię,
a 4.6 miliardów lat później
utworzyły nasz mały układ izolowany.
Z całego układu, najciekawsze są atomy, z których jesteśmy utworzeni,
a także tamta krowa
albo ten kamień.
Powtarzając za Carolem Saganem,
wszyscy jesteśmy zrobieni z gwiazd.