Az én világom. 5.

Szeretem a zenét. Valójában zenei mindenevő vagyok. A minap botlottam Janis Joplin felvételébe. Nekem tetszik.

De, térjünk vissza az univerzumhoz, nézzük a maghasadást. Egy nagy atom, pl. egy uránatom képes szétszakadni két, vagy több kisebb atomra. A végtermék atomok tömege kisebb, mint a kiindulási atomé. A tömeg vesztesség energiává alakul. (E=mc2)

A tudományágak hatnak egymásra. Az elektromosság felfedezése lehetővé tette, hogy a vizet alkotó részeire bontsuk. Kaptunk egy rész oxigént, és két rész hidrogént. Lemértük egy, egy rész súlyát és azt tapasztaltuk, hogy a hidrogén súlyának tizenhatszorosa az oxigén.

Azt tapasztalták, hogy a vegyületekben mindig a hidrogén a legkönnyebb. Ezért azt mondták, hogy a hidrogén egy atomjának a súlya legyen 1. Az oxigéné 16, a szén 14, és így tovább.

Mendelejev orosz kémikus, rendszerető ember lévén, sorba rakta az elemeket atomsúlyuk sorrendjében, de úgy, hogy a hasonló tulajdonságúak egymás alá kerüljenek. Ehhez persze ki kellett hagyni helyeket, de megjósolta, hogy az oda illő elemeket később meg fogjuk találni. Így is lett.

Az egyik ilyen elem a hélium volt. A héliumot előbb a Napban fedezték fel színkép vizsgálat alapján, később itt a földön is megtalálták.

A napunk, szinte csak hidrogénből, és héliumból áll, és ontja a meleget. Vajon mitől?

A magfúziótól. Két hidrogén egyesül egy hélium atommá. De a két hidrogén nehezebb, mint a keletkező hélium. Naná, hogy a tömeghiány fedezi a keletkező energiát.

Itt a földön, spontán módon miért nem egyesül a hidrogén héliummá?

Mert nagyon nagy nyomás kell ahhoz, hogy a két atommag olyan közzel kerüljön egymáshoz, hogy összeolvadjanak.

A nap hatalmas tömege, és a létrejövő tömegvonzás, a nap belsejében beindítja a magfúziót.

De véges mennyiségű a hidrogén. Mi lesz, ha elfogy. Más atommagok fognak fuzionálni, és egyre nehezebb atommagok fognak kialakulni, mígnem minden át nem alakul szénné.

Ezután leáll a fúzió, a gáznyomás megszűnik, teret engedve az egyedül fennmaradó gravitációs erőnek és csillagunk belseje összeroskad, és fehér törpévé válik. Az összeroskadó mag egy rendkívül kompakt égitestként, voltaképpeni fehér törpeként marad fenn: a fennmaradó, nagyjából 0,6 naptömegnyi anyag egy Föld méretű gömbben sűrűsödik össze. A mag összeroskadása ismét energiát termel, ám az nem elegendő a szén további, még nehezebb anyagokat létrehozó fúziójához, így minden további energiatermelésnek vége szakad, a Nap csak a maradék energiáját sugározza ki. Ez a hősugárzó fázis ismét milliárd-tízmilliárd év hosszú folyamat lehet (az Univerzum jelenlegi, kb. 13,7 milliárd éves koránál fogva lényegében még nincs olyan fehér törpe, amely ennek a fázisnak végére érhetett volna).

Legvégül az összes energia kisugárzását, az égitest lehűlését követően a Napból egy fekete törpe válik majd. Ez egy kihűlt, passzív „csillagtetem”, amely mindössze gravitációs hatást gyakorol majd a környezetére. A jelenlegi kozmológiai modellek szerint ez az égitest akár végtelen hosszú élettartamot is megérhet, hiszen az Univerzum legvégsőbb koráig is fennmaradhat, amely kor mai ismereteink szerint végtelen.

A napnál nagyobb tömegű csillagoknál azonban nem áll meg a fúzió a szénnel, mert a csillag gravitációja olyan nagy, hogy képes nehezebb atommagot is létrehozni. Maximum a vasig képes ezt megtenni. A vasnál nagyobb magok létrehozatala nem energia felszabadulással járnak, hanem energiát igényelnek.

Miközben a hidrogén a fúzió során héliummá alakul hő termelődik. A nagyobb hőmérséklet és nyomás lehetővé teszi a nehezebb elemek fúziójának beindulását, sorra létrejön a szén az oxigén, neon és magnézium. Ezek további hőmérséklet és nyomásnövekedést eredményeznek, és egyre gyorsabb ütemben újabb és újabb fúziós reakciókat indítanak be. Létrejön a szilícium és a kén, majd belőlük a vas. A vas az atommagok között egy olyan végső állapotot jelent, amely fúzióval már nem alakul tovább, nem termelődik több energia, így a csillag vas magja összeroppan. Az események drámaian felgyorsulnak, ez az összeroppanás a csillag évmilliárdokban mérhető életéhez képest nagyon gyorsan, néhány óra alatt lejátszódik. Az összeroppanó vasmag helyére persze a csillag külső, könnyebb rétegei is elkezdenek bezuhanni. Közben azonban a csillag közepében a vas egy kis térfogatba zuhan be iszonyatos sebességgel, így felforrósodik, és ismét kifelé kezd repülni. Ez a kifelé haladó vas-front találkozik a befelé zuhanó külső rétegekkel. Az ütközés rendkívüli erejű lökéshullámot hoz létre kiszórva a világűrbe a külső rétegeket.

Ez a szupernóva robbanás. A mi napunk tömegénél 1.4 szer nagyobb csillagok már produkálják a szuper nova robbanást. Ilyen robbanás több féle van, de ez a legfontosabb számunkra, mert mindig egyforma mennyiségű fénykibocsájtásával járnak. Rövid ideig fényesebbek, mint a mi galaxisunk teljes fénye.

Ennek a fénynek a vizsgálatából megállapítható, hogy a szupernóva milyen messzi van. Mióta jön a fény?

Ezeket az objektumokat standard gyertyának nevezik.

A Hubble teleszkóp, - nem véletlen az elnevezése – látott már olyan távoli galaxist, mely alig párszázezer évvel az ősrobbanás után keletkezett.

Milyen az anyag egy csillag belsejében? Egyáltalán hogy viselkedik átlagos földi körülmények közt?



Olyan a dolog, mint egy bűnügyi helyszín. Itt vannak a nyomai egy 13.7 milliárd évvel ezelőtti eseménynek. De most kell megmondani, hogy mi történt akkor.

Talán ez az egyik legnagyobb kihívás, ami a tudományt érte.

Feltételezzük, hogy a kezdet, az idő, és a tér kezdete, egyúttal az anyag kezdete is volt.

Tehát az anyag vizsgálata közelebb vihet minket az események kiderítéséhez.

Azt tudjuk, hogy az anyag atomokból, molekulákból épül fel. Mi történik, ha egy pohár vízbe bedobunk pár kristály kálium-hipermangánt?

Lila csíkot húzva lesüllyed a kristályos anyag a pohár aljára. Viszont, ha mozdulatlanul hagyjuk a poharat, akkor is egy idő elteltével a víz egységesen lila lesz, és a kristály eltűnik a pohár aljáról.

Nyilvánvaló, hogy a lila molekulák elvándoroltak. Azt is megfigyelhetjük, hogy az elvándorlás, oldódás, annál gyorsabb, minél melegebb az anyag.

Az oldódás oka, hogy a molekulák mozognak. A kálium-hipermangán kristály felületéről, ahol a többi kálium-hipermangán vonzása kisebb könnyen belép a víz molekulák közzé.

A tiszta kálium-hipermangán szobahőmérsékleten kristályos, ez azt jelenti. hogy a molekulái, egymáshoz viszonyítva a tér egy meghatározott pontjában kell, hogy legyenek, a szerkezete szabályos. Pontosabb azt mondani, hogy a tér meghatározz pontja körül kis tágasságú rezgő mozgást végeznek.

Ha hűtöm, a mozgás intenzitása csökken. Melegítéskor növekszik. A közölt hőenergia, mozgási energiává alakul.

Ha kellően megmelegítem, akkor a molekulák el tudnak szakadni a kristályrács számukra kijelölt pontjától. Összeomlik a kristály. Ez a hőmérséklet jellemző az anyagra, olvadáspontnak hívják.

A szobahőmérsékleten szilárdnak tetsző anyagok nem mind kristályosak. Léteznek "szilárd" anyagok, melyeknek a szerkezete nem szabályos. Ilyen például az üveg (itt csak egységes összetételű anyagokról beszélünk.).

Ha megolvad egy anyag, akkor folyadék lesz belőle. A folyadékokban az anyag részecskéi még eléggé vonzzák egymást ahhoz, hogy állandó legyen a térfogatuk, de az alakjuk, már nem az, felveszik az edény alakját.

Az üveget, ha melegítjük, nincs egy meghatározott hőmérséklet melynél megolvadna. Lassan lágyul meg. Ilyen például a szurok , vagy a viasz is. Gyakorlati tapasztalat, hogy egy gyertya, anélkül, hogy megolvadna, képes az alakját megváltoztatni. Elég, valami olyan helyre rakni, ahol nincs végig alátámasztva. A gyertya hidegen is folyik. Tehát a gyertya folyadék, még szobahőmérsékleten is. Ezeket túlhűtött folyadéknak hívjuk. Ilyen túlhűtött folyadék az üveg is. Az üveg lassan képes kristályossá válni. Ekkor elveszti az átlátszóságát. Óegyiptomi sírokban találta több ezer éves üvegcséket, melyek kikristályosodtak, és elvesztették átlátszóságukat.

A napjainkban használt műanyagok többsége is ilyen túlhűtött folyadék.

Akkor, ha a folyadékot melegítjük, az alkotórészek mozgása gyorsul. Egyre több részecske sebessége lesz olyan nagy, hogy el tud szabadulni a többiektől. Az egynemű anyagoknál található egy olyan hőmérséklet melyen az egész gázneművé alakul.

Akkor, ha egy zárt edényt megtöltünk gázzal, a rohangáló molekulák (atomok) időnként neki ütköznek az edény falának, nyomást gyakorolnak rá. Ha az edény méretét a felére csökkentem, de a hőmérsékletet nem változtatom, akkor a részecskék sebessége ugyan változatlan marad, de az ütközések száma, így az edényben uralkodó nyomás a duplájára nő.

Egyes anyagok vezetik az elektromosságot, mások nem. Legalábbis földi körülmények közt. Ezek a fémek.

A fémek olyan szilárd halmazállapotú anyagok, melyeknél az atomok magja a kristályrács meghatározott pontjaihoz vannak kötve, de az elektronok nem. Az elektronok könnyen átlépnek a szomszéd atommaghoz, és az ott lévő tovább megy.

Lényegében egy közös elektron felhő veszi körül a pozitív töltésű atommagokat.

Könnyű belátni, hogy az elektron eltávolítása az atommagtól energia igényes. A pozitív atommag vonzza a negatív elektront, ha el akarjuk távolítani, ezzel a vonzással szemben kell erőt kifejteni.

10 000 fok környékén, a közölt energia már elegendő ahhoz, hogy az anyag állapota, bármilyen anyagról van szó, átalakuljon, és a negyedik halmazállapotnak is nevezett plazma állapotba kerüljön. Ekkor az anyagot alkotó atomokról egy vagy több elektron leszakad, és így a plazma ionok és szabad elektronok keveréke lesz. Mivel az elektronok már nem lesznek az atomokhoz kötve, hanem szabadon mozoghatnak a plazmában, a plazma elektromosan vezetővé válik és az elektromágneses mezőkkel kölcsönhatásba lép.

A világegyetem látható anyagának 99%-a ilyen állapotú anyag. A Napunk is ilyen állapotban tartalmazza az anyagát.