Har grunnstoffene oppstått ved en tilfeldighet?

«HVERT eneste objekt i universet, selv den aller fjerneste stjerne, er bygd opp av atomer,» forklarer et vitenskapelig oppslagsverk. (The Encyclopedia of Stars & Atoms) De enkelte atomene er for små til at vi kan se dem, men pakket sammen danner de kjente grunnstoffer. Noen av disse er faste stoffer som vi kan se, mens andre er usynlige gasser. Kan alle slike grunnstoffers eksistens forklares som et slumpetreff?

Grunnstoffene fra 1 til 92

Hydrogenatomet er det enkleste av alle atomer, men det forsyner likevel slike stjerner som solen med brennstoff og har avgjørende betydning for livet. Et hydrogenatom har ett proton i kjernen og ett elektron som beveger seg rundt kjernen. Andre grunnstoffer, for eksempel karbon, oksygen, gull og kvikksølv, består av atomer med mange elektroner som beveger seg rundt en kjerne av mange protoner og nøytroner.

For omkring 450 år siden kjente man bare tolv grunnstoffer. Etter hvert som det ble oppdaget flere, la forskerne merke til at de inngikk i et system. Og da grunnstoffene ble plassert i en tabell med rekker og kolonner, oppdaget man at de grunnstoffene som stod i samme kolonne, hadde like egenskaper. Men i tabellen fantes det også en del hull, som representerte ukjente grunnstoffer. Dette fikk den russiske vitenskapsmannen Dmitrij Mendelejev til å forutsi eksistensen av et grunnstoff med atomnummer 32, germanium, og dessuten dets farge, vekt, tetthet og smeltepunkt. Mendelejevs «forutsigelser angående andre manglende grunnstoffer — gallium og scandium — viste seg også å være svært nøyaktige,» sier en lærebok i naturfag fra 1995. — Chemistry.

I tidens løp forutsa forskere eksistensen av andre ukjente grunnstoffer og noen av deres egenskaper. Til slutt var alle de manglende grunnstoffene blitt oppdaget. Det finnes ikke lenger noen hull i tabellen. Grunnstoffenes system er basert på antall protoner i atomkjernen. Det begynner med nummer 1, hydrogen, og fortsetter til det siste grunnstoffet som generelt forekommer naturlig på jorden, nummer 92, uran. Er dette bare et sammentreff?

Tenk også på den rike variasjonen av grunnstoffer. Gull og kvikksølv er grunnstoffer med utpreget skinnende farge. Det ene er et fast stoff, og det andre er en væske. Likevel følger de etter hverandre som grunnstoffene 79 og 80. Et gullatom har 79 elektroner, 79 protoner og 118 nøytroner. Et kvikksølvatom har bare ett elektron mer, ett proton  mer og mer eller mindre det samme antall nøytroner.

Er det bare en tilfeldighet at en ubetydelig forandring i atompartiklers sammensetning gir en slik rik variasjon av grunnstoffer? Og hva med de kreftene som holder atompartiklene sammen? «Alt i universet, fra den minste partikkel til den største galakse, følger regler som er beskrevet av fysikkens lover,» sier The Encyclopedia of Stars & Atoms. Forestill deg hva som ville skje hvis en av disse reglene ble forandret. Hva om det for eksempel ble gjort en justering i den kraften som sørger for at elektronene beveger seg rundt atomkjernen?

Fininnstilte fysiske krefter

Tenk på hva konsekvensene ville bli hvis den elektromagnetiske kraften ble svekket. «Elektronene ville ikke lenger være bundet til atomene,» sier professor David Block i boken Star Watch. Hva ville det bety? «Vi ville ha et univers der det ikke kunne foregå noen kjemiske reaksjoner,» tilføyer han. Så takknemlige vi kan være for de fastsatte lovene som muliggjør kjemiske reaksjoner! Et eksempel på en slik reaksjon er at to hydrogenatomer inngår en forbindelse med ett oksygenatom og danner et molekyl dyrebart vann.

Den elektromagnetiske kraften er omkring 100 ganger svakere enn den sterke kjernekraften som holder atomkjernen sammen. Hva ville skje hvis dette forholdstallet ble forandret? «Hvis styrkeforholdet mellom kjernekraften og den elektromagnetiske kraften hadde vært litt annerledes, kunne det ikke ha eksistert karbonatomer,» forklarer forskerne John Barrow og Frank Tipler. Uten karbon ville det ikke ha vært noe liv. Karbonatomer står for 20 prosent av vekten av alle levende organismer.

Noe annet som er helt avgjørende, er styrkeforholdet mellom den elektromagnetiske kraften og gravitasjonskraften. Bladet New Scientist sier: «Den aller minste forandring i de relative styrker av gravitasjonskreftene og de elektromagnetiske kreftene ville gjøre stjerner som solen til blå kjemper [som er altfor varme til at det kan eksistere liv] eller røde dverger [som ikke er varme nok til at det kan eksistere liv].»

En annen kraft, den svake kjernekraften, styrer hastigheten på kjernereaksjonene i solen. «Den er akkurat svak nok til at hydrogenet i solen brenner jevnt og langsomt,» forklarer fysikeren Freeman Dyson. Vi kunne ha nevnt mange andre eksempler som viser hvordan livet er avhengig av de fininnstilte lovene og forholdene som finnes i universet. Vitenskapsskribenten og professoren Paul Davies sammenlignet disse universelle lovene og forholdene med et sett knotter. Han sa: «Det [virker] som om de forskjellige knottene måtte fininnstilles med enorm nøyaktighet for at det skulle kunne finnes liv i universet.»

Lenge før sir Isaac Newton oppdaget gravitasjonsloven, omtalte Bibelen slike fastsatte regler eller lover. Mannen Job fikk spørsmålet: «Har du kunngjort de reglene som styrer himmelrommet, eller fastsatt naturens lover på jorden?» (Job 38: 33, The New English Bible) Andre spørsmål som mante til ydmykhet, var: «Hvor var du da jeg grunnla jorden?», og: «Hvem fastsatte dens mål — dersom du vet det?» — Job 38: 4, 5.

[Ramme på side 6]

LIVSVIKTIGE GRUNNSTOFFER

Grunnstoffene hydrogen, oksygen og karbon står for omkring 98 prosent av atomene i kroppen. Deretter kommer nitrogen, som står for ytterligere 1,4 prosent. Andre grunnstoffer forekommer i svært små mengder, men er ikke desto mindre helt avgjørende for livet.

[Oversikt på sidene 6 og 7]

(Se den trykte publikasjonen)

Fram til i dag har forskere framstilt grunnstoffer fra 93 og videre oppover, med grunnstoff 118 som det høyeste. Disse grunnstoffene passer som forventet også inn i periodesystemet.

[Rettigheter]

Kilde: Los Alamos National Laboratory

Grunnstoffets navn Symbol Atomnummer (antall protoner)

hydrogen H 1

helium He 2

litium Li 3

beryllium Be 4

bor B 5

karbon C 6

nitrogen N 7

oksygen O 8

fluor F 9

neon Ne 10

natrium Na 11

magnesium Mg 12

aluminium Al 13

silisium Si 14

fosfor P 15

svovel S 16

klor Cl 17

argon Ar 18

kalium K 19

kalsium Ca 20

scandium Sc 21

titan Ti 22

vanadium V 23

krom Cr 24

mangan Mn 25

jern Fe 26

kobolt Co 27

nikkel Ni 28

kobber Cu 29

sink Zn 30

gallium Ga 31

germanium Ge 32

arsen As 33

selen Se 34

brom Br 35

krypton Kr 36

rubidium Rb 37

strontium Sr 38

yttrium Y 39

zirkonium Zr 40

niob Nb 41

molybden Mo 42

technetium Tc 43

ruthenium Ru 44

rhodium Rh 45

palladium Pd 46

aølv Ag 47

cadmium Cd 48

indium In 49

sinn Sn 50

sntimon Sb 51

tellur Te 52

iod I  53

xenon Xe 54

cesium Cs 55

barium Ba 56

llantan La 57

cerium Ce 58

praseodym Pr 59

neodym Nd 60

promethium Pm 61

samarium Sm 62

europium Eu 63

gadolinium Gd 64

terbium Tb 65

dysprosium Dy 66

holmium Ho 67

erbium Er 68

thulium Tm 69

ytterbium Yb 70

lutetium Lu 71

hafnium Hf 72

tantal Ta 73

wolfram W 74

rhenium Re 75

osmium Os 76

tridium Ir 77

platina Pt 78

aull Au 79

kvikksølv Hg 80

thallium Tl 81

ply Pb 82

bismut Bi 83

polonium Po 84

astat At 85

radon Rn 86

francium Fr 87

radium Ra 88

actinium Ac 89

thorium Th 90

protactinium Pa 91

uran U 92

neptunium Np 93

plutonium Pu 94

americium Am 95

curium Cm 96

berkelium Bk 97

californium Cf 98

einsteinium Es 99

fermium Fm 100

mendelevium Md 101

nobelium No 102

lawrencium Lr 103

rutherfordium Rf 104

cubnium Db 105

seaborgium Sg 106

bohrium Bh 107

hassium Hs 108

meitnerium Mt 109

110

111

112

114

116

118

 [Oversikt på side 7]

(Se den trykte publikasjonen)

Vitner den orden og harmoni som preger grunnstoffene i periodesystemet, om tilfeldigheter eller om skapelse?

Elektron

Proton

Nøytron

Heliumatom

[Ramme/bilde på side 7]

(Se den trykte publikasjonen)

Hvordan er de fire fysiske kreftene blitt fininnstilt?

ELEKTROMAGNETISME

STERK KJERNEKRAFT

GRAVITASJON

SVAK KJERNEKRAFT

Vannmolekyl

Atomkjerne

Blå kjempe

Rød dverg

Solen