Edgars Auziņš – No kā viss ir izgatavots? Stāsti par vielu (страница 4)

Es jau redzu, kā jūs apmulsis kratāt galvu: «Es nesaprotu! Kā tas ir iespējams, ka tur nebija nekā, ne matērijas, ne telpas, ne laika?». To patiešām ir grūti saprast un iedomāties. Es pats esmu pārdomājis to gadiem ilgi. Un man ienāca prātā šī analoģija, un es ceru, ka tā palīdzēs arī jums. Arī jūs kādreiz neesat eksistējuši, un jums nav bijis ne telpas, ne laika. Bet tagad tu piedzimi, un tajā brīdī tev atvērās telpa un laiks sāka skaitīt. Sākumā tava telpa bija ļoti maza un aprobežojās ar gultiņu. Bet tu augi, un tā auga, paplašinājās kopā ar tevi. Jo tālāk tu augsi, jo lielāka kļūs šī telpa, kuru tu atpazīsi un apgūsi. Un jūsu izziņai nav robežu. Visa pasaule ir atvērta jums – skaista un bezgalīga.

Bet atgriezīsimies pie Visuma dzimšanas. Mēs ar jums jau zinām, ka viss sastāv no trim elementārdaļiņām – protonu, neitrona un elektronu. Tās radās pašā pirmās sekundes sākumā pēc Lielā sprādziena. Sekunde vēl nebija pagājusi, un temperatūra jau bija nokritusies līdz 300 miljoniem grādu, un sāka veidoties pirmie nākotnes atomu kodoli, paši mazākie un vienkāršākie – smagais ūdeņradis (viens protons, viens neitrons) un hēlijs (divi protoni, divi neitroni). Nav nejaušība, ka šie elementi Mendeļejeva tabulā ieņem pirmās divas vietas. Tie patiešām bija pirmie! Pēc tūkstoš gadiem tas kļuva «vēss» – tikai 30 000 grādu pēc Celsija. Taču tieši tādā temperatūrā hēlija un ūdeņraža kodoli spēja piesaistīt pie sevis elektronus. Tā radās pirmie atomi.

Un tad, vēl pēc 200 miljoniem gadu, Visums kļuva briesmīgi auksts – mīnus 272 grādi pēc Celsija jeb tikai aptuveni viens grāds absolūtās temperatūras skalā. Šādos apstākļos Visuma gāze, ko veidoja ūdeņradis un hēlijs, sāka kondensēties, t. i., apvienoties gāzes lodēs, līdzīgās mūsu Saulei un citām zvaigznēm. Gravitācijas spēki tās saspieda arvien ciešāk un ciešāk. Atbrīvojoties enerģijai, sāka paaugstināties temperatūra. Un tā zvaigžņu dzīlēs radās apstākļi, kuros sākās termonukleārās kodolsintēzes reakcija – ūdeņraža un hēlija kodolu saplūšana, radot arvien smagāku elementu kodolus, visus Mendeļejeva tabulas ķīmiskos elementus. Tā zvaigznes kļuva par milzu matērijas rūpnīcām. Šajās reakcijās izdalījās arī daudz enerģijas, kas izplatījās Visumā, tostarp gaismas veidā. Tāpēc mēs redzam zvaigznes debesīs simtiem miljonu gaismas gadu attālumā.

Un tad visa «degviela» zvaigznes dzīlēs izdega, un zvaigzne eksplodēja, izkliedējot Visumu ar uzkrāto matēriju. Radās starpzvaigžņu putekļi, no tiem – putekļu mākoņi, un no tiem – planētas, pildītas ar dažādām vielām. Tā radās matērija, no kuras veidojās visi Visuma objekti.

Mūsu Saules sistēma, kurā mēs dzīvojam, ir daļa no mūsu Piena Ceļa galaktikas. Šajā galaktikā, tāpat kā citās, ir vairāk nekā 100 miljardi zvaigžņu. Visumā ir 100 miljardi tādu galaktiku kā mūsu galaktika. Milzu, milzīga, milzīga, noslēpumaina pasaule! Un tā visa ir veidota no matērijas, tas ir, matērijas, kas radusies Lielā sprādziena rezultātā.

Bet neviens to nevar droši apgalvot, jo neviens nekad nav redzējis Lielo sprādzienu. Tā ir tikai teorija, pieņēmums. Taču šodien visi novērotie dati, ko astrofiziķi ieguvuši ar Hubble un citu teleskopu palīdzību, apstiprina, ka Visuma rašanās un attīstības scenārijs, ko sauc par Lielo sprādzienu, ir ļoti līdzīgs patiesībai. Tomēr joprojām ir daudz jautājumu: kas bija pirms Lielā sprādziena? Vai bez mūsu Visuma pastāv vēl citi Visumi? Vai Visums paplašināsies līdz bezgalībai? Un, ja nē, kas ar to notiks beigās? Iespējams, šie jautājumi gaida arī jūs, dārgais lasītāj. Un, ja jūs savu dzīvi veltīsiet Visuma izpētei, iespējams, jūs atradīsiet atbildes uz tiem un padarīsiet cilvēci laimīgu.

Apkoposim. Protoni, neitroni un elektroni, no kuriem rodas visi elementi un vielas jeb matērija, parādījās Visuma dzimšanas brīdī, tūlīt pēc Lielā sprādziena. No tiem izveidojās pirmo vielu – ūdeņraža un hēlija – atomi, kas joprojām ir visizplatītākās vielas Visumā. Savukārt pārējie Mendeļejeva tabulas ķīmiskie elementi dzima un turpina dzimt zvaigznēs. Šeit milzīgās temperatūrās nepārtraukti noris kodolu un atomu sabrukšanas un saplūšanas reakcijas, šeit dzimst ķīmiskie elementi, kas kā izejvielas tiek piegādāti Visumam.

Fiziķi apgalvo, ka elektronu skaits Visumā kopš Lielā sprādziena nav mainījies. Tas nozīmē, ka arī dažādu vielu skaits šajā brīnišķīgajā pasaulē ir ierobežots.

3. nodaļa. Vai izjauksim Zemi?

No nekā nevar radīt neko, ja vien tas nav muļķīgi. Jūs jau esat sapratuši – lai izveidotu molekulu, ir vajadzīgi atomi, un, lai izveidotu atomus, ir vajadzīgi protoni, neitroni un elektroni. Bet nav noliktavas, kur prototi, elektroni un neitroni būtu sakārtoti kastēs, un kastes – plauktos: nāc un ņem, kas tev vajadzīgs. Un no kurienes, jūs varētu jautāt, jūs to visu paņemsiet? To visu var iegūt no citām vielām, kas jau eksistē. Atomu fiziķi zina, kā paātrināt dažādus atomus līdz neprātīgam ātrumam paātrinātājos, sadursināt tos un sadursmes rezultātā iegūt citus atomus un elementārdaļiņas. Savukārt ķīmiķi, kas nenogurstoši pēta visas iespējamās vielas pasaulē, ar dažādu ķīmisku reakciju palīdzību spēj no vienas vielas iegūt citu.

Bet paliek jautājums – kur iegūt šīs sākotnējās vielas? Mēs neesam iemācījušies, kā ar milzu karotēm no kosmosa izslaukt ūdeņradi, hēliju un kosmiskos putekļus. Bet mums tas arī nav vajadzīgs. Galu galā mums ir sava milzīga ķīmisko reaģentu krātuve, kas ir 4,5 miljardus gadu veca un sver miljardu triljonu tonnu (6*1021 tonnu) – mūsu brīnišķīgā planēta Zeme, kas sastāv no visdažādākajām vielām.

Un izurbsim milzu tuneli līdz Zemes centram, nosūtīsim cauri tam caurspīdīgu liftu un apskatīsim, kas tur glabājas. Protams, tas ir tīri spekulatīvs eksperiments. Lielākais dziļums, līdz kuram cilvēkam ir izdevies ierakt Zemē, ir tikai divpadsmit ar mazliet kilometru – tas ir mūsu superdziļais urbums Kolas pussalā. Tas šķiet daudz. Taču Zemei tas ir kā Ziemassvētku eglītes adata, kas iesprausta ziloņa ādā. Mums ir vajadzīgs 6 371 kilometru garš tunelis, kas ir Zemes rādiuss. Citiem vārdiem sakot, mums būtu jāizurbj 530 urbumi, piemēram, Kolas aka, lai nokļūtu planētas centrā.

Un tomēr nekas mums netraucē doties garīgā ceļojumā. Attēlu, kurai būtu jāatver mūsu acīm aiz caurspīdīgajām lifta sienām, tagad detalizēti apraksta ģeofiziķi, kas pēta Zemes uzbūvi. Un, lai gan neviens no viņiem nav sajutis mūsu planētas saturu dziļāk par divpadsmit kilometriem un noteikti nav redzējis Zemes sirdi – tās kodolu, tomēr mūsu planētas iekšējā uzbūve ir diezgan labi zināma.

Bet kā var aprakstīt to, ko neesat redzējuši, vaicāsiet jūs? Un galu galā mēs ar jums jau zinām atbildi uz šo jautājumu – ar netiešiem novērojumiem.

Zinātnieki klausās, zondē un pēta mūsu planētu – gluži tāpat kā ārsti pēta mūsu ķermeņus. Ar rentgena staru, ultraskaņas un dažādu zondes aparātu palīdzību, kas dažkārt ir jānorij vai jāceļo pa asinsrites ceļiem, ārsti pēta mūsu iekšienes. Un ar skaņu, kas nāk no aukstā fonendoskopa, kuru ārsts pieliek pie mūsu krūškurvja, viņi klausās plaušās un bronhos: vai tur ir kāds iekaisums, iffu, iffu, iffu, iffu. Ģeofiziķi ietekmē Zemi tādā pašā veidā – ar dažādiem elektromagnētiskajiem starojumiem un seismiskajiem viļņiem. Tad viņi klausās atbalsis, pēta reakciju un izdara secinājumus par vielas stāvokli tajā vai citā dziļumā – vai tā ir šķidra vai cieta, kāds ir tās blīvums un temperatūra.

Nu, mēs jau esam pacēlājā. Grīdā iestrādāts spīdošs ekrāns atskaita mūsu niršanas kilometrus. Mūsu ceļojuma pirmais un īsākais posms – aptuveni 40 kilometri Zemes līdzenajos apgabalos – iet cauri slānim, ko sauc par Zemes garozu. Zeme ir pārklāta ar mizu, līdzīgi kā koks.

Ja pagriezīsiet galvu pa kreisi un pa labi, tad, atklāti sakot, jūs tik un tā neko nevarēsiet saskatīt – zem zemes ir melns. Tomēr liftā mums ir jaudīgi prožektori, tie mums nedaudz palīdzēs.

Pēc plānākā augsnes un māla slāņa iegrimstam akmens tunelī ar granīta un bazalta sienām. Tomēr dažkārt lifts izskrien cauri ūdens, naftas un gāzes slāņiem jeb horizontiem, kā zinātnieki tos sauc, tāpēc aina aiz lifta sienām joprojām ir daudzveidīga. Tikmēr kļūst arvien karstāks un karstāks. Desmit kilometru dziļumā temperatūra jau ir zem divsimt grādiem! Un tālāk dziļumā ir vēl karstāks. Labi, ka mēs pārdomāti, pat mentāli, uzvelkam karstuma aizsargtērpus.

Asā sirēnas skaņa novērš mūsu uzmanību no skatīšanās uz zemes saturu. Uz ekrāna zem mūsu kājām parādās uzraksts: «Visi sēžiet savās vietās un piesprādzējieties drošības jostām. Pēc desmit minūtēm mēs šķērsosim Moho robežu!» Šo norādījumu nedrīkst ignorēt. Moho robeža, ko 1909. gadā atklāja horvātu ģeofiziķis un seismologs Andrejs Mohorovičičs, satricinās kā laba zemestrīce. Šī seismisko viļņu augstas aktivitātes zona aptver visu Zemi no piecu (zem okeāna dibena) līdz septiņdesmit kilometru dziļumā. Tā atdala Zemes garozu no lielākās Zemes daļas – mantijas, kas veido 67% no mūsu planētas kopējās masas un aptuveni 83% no kopējā apjoma.

Ceļošana pa mantiju ir gara un neinteresanta – tā joprojām ir tā pati granītam līdzīgā iezis, tikai vēl blīvāks un smagāks. Varētu teikt, ka Zemes garozā ir relatīvi kausējamas vielas, bet mantijā – ugunsizturīgas vielas. Tā domā ģeofiziķi. Taču patiesībā tā var nebūt, jo zinātnieki atrod jaunus datus un rada jaunas teorijas. Tikmēr mūsu lifts nobrauc vairāk nekā 2800 kilometru – tas ir tāpat kā divas reizes aizbraukt no Maskavas uz Sanktpēterburgu un atpakaļ.