Zvědavé děti je série pro děti všech věkových skupin. Pokud máte otázku, na kterou byste chtěli odpovědět odborníka, pošlete ji Couriouskidsus@theconversation.com.
Jak se tvoří atomy? —Joshua, věk 7, Shoreview, Minnesota
Richard Feynmanslavný teoretický fyzik, který vyhrál Nobelova cena, řekl to Pokud by mohl předat pouze jeden kus vědeckých informací do budoucích generací, bylo by to, z čeho jsou vyrobeny všechny věci atomy.
Pochopení toho, jak je atomy, je základní a důležitá otázka, protože s hmotou tvoří vše.
Otázka, odkud atomy pocházejí, vyžaduje hodně fyziky zcela zodpovězeno – a dokonce i tehdy fyzici Pouze mají dobré odhady vysvětlit, jak se vytvářejí některé atomy.
Co je to atom?
Atom Skládá se z těžkého středu, zvaného jádro, vyrobené z částic zvaných protony a neutrony. Atom má lehčí částice zvané elektrony že si můžete myslet jako obíhající kolem jádra.
Elektrony každý nesou jednu jednotku záporného náboje, protony každý má jednu jednotku pozitivního náboje a neutrony nemají žádný poplatek. Atom má stejný počet protonů jako elektrony, takže je neutrální – nemá celkový náboj.
Nyní většina z Atomy ve vesmíru jsou dva nejjednodušší druhy: vodík, který má jeden proton, nulové neutrony a jeden elektron; a helium, které má dva protony, dva neutrony a dva elektrony. Samozřejmě na Zemi existuje spousta atomů kromě toho, které jsou stejně běžné, jako například uhlík A kyslík, ale brzy o nich budu mluvit.
Prvek je to, co vědci nazývají skupinou atomů, které jsou všechny stejné, protože všichni mají stejný počet protonů.
Kdy se vytvořily první atomy?
Většina atomů vodíku a helia vesmíru se vytvořila kolem 400 000 let poté Velký třeskCož je jméno, kdy si vědci myslí, že vesmír začal, asi před 14 miliardami let.
Proč se v té době vytvořili? Astronomové vědí z pozorování vzdálené explodující hvězdy že velikost vesmíru byla Zvětšení od Velký třesk. Když se poprvé vytvořily atomy vodíku a helia, vesmír byl kolem 1 000krát menší než je to teď.
A na základě jejich porozumění fyzice vědci věří, že vesmír byl mnohem teplejší, když byl menší.
Před touto době měly elektrony příliš mnoho energie na to, aby se usadily do oběžné dráhy kolem jádra vodíku a helia. Atomy vodíku a helia by se tedy mohly tvořit pouze poté, co se vesmír ochladil na něco jako 5 000 stupňů Fahrenheita (2 760 stupňů Celsia). Z historických důvodů, Tento proces se zavážně nazývá rekombinace – Kombinace by byla popisnější.
Helium a deuterium – těžší forma vodíku – Jádra se vytvořila ještě dříve, jen pár minut po velkém třesku, kdy byla teplota nad 1 miliardou F (556 milionů C). Protony a neutrony se mohou srazit a vytvářet jader, jako jsou tato, pouze při velmi vysokých teplotách.
Vědci se domnívají, že téměř všechna běžná hmota ve vesmíru je vyrobena z asi 90% atomů vodíku a 8% atomů helia.
Jak se vytvářejí masivní atomy?
Atomy vodíku a helia se tedy vytvořily během rekombinace, když teplota chladiče umožnila elektronů spadnout do oběžné dráhy. Ale ty, já a téměř všechno na Zemi je vyrobeno z mnoha masivních atomů než jen vodík a helium. Jak byly tyto atomy vyrobeny?
Překvapivá odpověď je, že více Masivní atomy se vyrábějí ve hvězdách. Atomy s několika protony a neutrony uvíznuty v jádru vyžadují typ vysokoenergetických kolizí, ke kterým dochází Na velmi horkých místech. Energie potřebná k vytvoření těžšího jádra musí být dostatečně velká, aby překonala odpudivou elektrickou sílu, která se pozitivní náboje, stejně jako dva protony, cítí navzájem.
Protony a neutrony mají také jinou vlastnost – něco jako jiný typ náboje – to je dostatečně silné, aby je spojily, jakmile se mohou velmi blízko k sobě. Tato vlastnost se nazývá silná sílaa proces, který slepí tyto částice dohromady, se nazývá fúze.
Vědci věří, že většina prvků z uhlíku až po železo je roztavený ve hvězdách Těžší než naše slunce, kde teplota může překročit 1 miliardu F (556 milionů C) – stejná teplota, jakou byl vesmír, když to bylo jen několik minut.
Ale ani v horkých hvězd se prvky těžší než železo a nikl se nebudou tvořit. Vyžadují další energii, protože těžší prvky se mohou snadněji rozbít na kousky.
V dramatické události nazývá se supernovaVnitřní jádro těžké hvězdy se náhle zhroutí poté, co dojde palivo, aby hořelo. Během silné exploze se tento kolaps spouští, prvky, které jsou těžší než železo, se mohou tvořit a vystřelit se do vesmíru.
Astronomové stále přicházejí na podrobnosti o dalších fantastických hvězdných událostech, které tvoří větší atomy. Například srážka Neutronové hvězdy může uvolnit obrovské množství energie – a Prvky jako zlato – Na jejich cestě Formování černých děr.
Pochopení toho, jak jsou atomy vytvářeny, vyžaduje jen učení malé obecné relativity a nějakou jadernou, částici a atomovou fyziku. Ale aby se zkomplikovalo záležitosti, ve vesmíru jsou další věci, které se nezdá být vyrobeny z normálních atomů, volané Temná hmota. Vědci jsou Zkoumání toho, co je temná hmota a jak by se to mohlo tvořit.
Tento upravený článek je znovu publikován Konverzace Podle licence Creative Commons. Přečtěte si Původní článek.
