Ovatko alkuaineet sattuman tulosta?

”JOKAINEN kappale maailmankaikkeudessa kaukaisinta tähteä myöten koostuu atomeista”, selitetään eräässä luonnontieteiden tietosanakirjassa (The Encyclopedia of Stars & Atoms). Yksittäiset atomit ovat niin pieniä, ettei niitä voi nähdä, mutta kun niitä on paljon yhdessä tiiviisti, ne muodostavat tuttuja alkuaineita. Osa alkuaineista on kiinteitä ja voimme nähdä ne, osa on näkymättömiä kaasuja. Voidaanko kaikki nämä alkuaineet selittää pelkällä sattumalla?

Järjestyslukuja 1–92 vastaavat alkuaineet

Vety on atomeista yksinkertaisin, mutta silti se on aurinkomme ja muiden tähtien polttoainetta ja välttämätön elämälle. Vetyatomin ytimessä on yksi protoni, ja ydintä kiertää yksi elektroni. Toiset alkuaineet, kuten hiili, happi, kulta ja elohopea, koostuvat atomeista, joiden ytimessä on monta protonia ja neutronia ja joiden ydintä kiertää monta elektronia.

Noin 450 vuotta sitten tunnettiin ainoastaan 12 alkuainetta. Uusien löytöjen myötä tiedemiehet havaitsivat, että ne noudattivat luonnollista järjestystä. Kun ne sitten asetettiin taulukkoon riveihin ja sarakkeisiin, saman sarakkeen alkuaineilla huomattiin olevan samanlaisia ominaisuuksia. Taulukkoon jäi kuitenkin myös aukkoja, jotka edustivat tuntemattomia alkuaineita. Tämän perusteella venäläinen kemisti Dimitri Mendelejev ennusti järjestyslukua 32 vastaavan alkuaineen, germaniumin, olemassaolon sekä sen värin, painon, tiheyden ja sulamispisteen. Hänen ”ennustuksensa muista puuttuvista alkuaineista – galliumista ja skandiumista – osoittautuivat samaten hyvin tarkoiksi”, kerrotaan eräässä vuonna 1995 ilmestyneessä kemian oppikirjassa (Chemistry).

Ajan mittaan tiedemiehet ennustivat muidenkin tuntemattomien alkuaineiden olemassaolon ja niiden ominaisuuksia. Lopulta kaikki puuttuvat aineet löydettiin, eikä taulukossa ole enää aukkoja. Alkuaineiden luonnollinen järjestys perustuu niiden atomiytimissä olevien protonien määrään, niin että ensimmäisenä on vety, jonka järjestysluku on 1, ja viimeisenä luonnossa yleisesti esiintyvänä aineena on uraani, jonka järjestysluku on 92. Onko tämä pelkkä yhteensattuma?

Mietitäänpä myös alkuaineiden monipuolisuutta. Kullalla ja elohopealla on kummallakin niille ominainen kiiltävä väri. Toinen on kiinteä, toinen nestemäinen. Silti ne ovat taulukossa peräjälkeen järjestyslukuja 79 ja  80 vastaavilla paikoilla. Kulta-atomissa on 79 elektronia, 79 protonia ja 118 neutronia. Elohopea-atomissa on vain yksi elektroni ja yksi protoni enemmän sekä jotakuinkin yhtä monta neutronia.

Onko vain sattumaa, että hienoinen muutos alkeishiukkasten määrässä tuottaa näin erilaiset alkuaineet? Entä sitten voimat, jotka pitävät noita hiukkasia yhdessä? ”Pienimmästä hiukkasesta aina suurimpaan galaksiin asti koko maailmankaikkeus noudattaa fysiikan lakeja”, todetaan edellä mainitussa luonnontieteiden tietosanakirjassa. Kuvitellaanpa, mitä tapahtuisi, jos yksikin noista laeista muuttuisi. Mitä jos esimerkiksi se voima, joka pitää elektronit kiertoradallaan atomiytimen ympärillä, muuttuisi hitusen?

Hienosäädettyjä fysiikan voimia

Mietitäänpä, mitä seuraisi, jos sähkömagneettinen voima heikkenisi. ”Elektronit eivät enää pysyisi atomeissa”, kuvailee professori David Block kirjassaan Star Watch. Mitä se merkitsisi? ”Seurauksena olisi maailmankaikkeus, jossa kemialliset reaktiot olisivat mahdottomia!” hän jatkaa. Saamme tosiaan olla kiitollisia pysyvistä laeista, jotka mahdollistavat kemialliset reaktiot. Esimerkiksi kun kaksi vetyatomia ja yksi happiatomi yhtyvät, syntyy kallisarvoinen vesimolekyyli.

Sähkömagneettinen voima on noin sata kertaa heikompi kuin vahva ydinvoima, joka puolestaan pitää koossa atomiytimet. Mitä tapahtuisi, jos näiden voimien suhde muuttuisi? ”Jos ydinvoiman ja sähkömagneettisen voiman suhteelliset suuruudet olisivat hiukankin erilaiset, hiiliatomeja ei voisi olla”, selittävät tiedemiehet John Barrow ja Frank Tipler. Ilman hiiltä ei olisi elämää, sillä hiiliatomit edustavat 20:tä prosenttia kaikkien elävien organismien painosta.

Kriittinen on myös sähkömagneettisen voiman ja vetovoiman eli gravitaation suhde. ”Vähäisinkin muutos gravitaatiovoiman ja sähkömagneettisen voiman suhteessa muuttaisi Auringon kaltaiset tähdet sinisiksi jättiläisiksi [jotka ovat aivan liian kuumia elämälle] tai punaisiksi kääpiöiksi [jotka eivät ole tarpeeksi kuumia elämän ylläpitämiseksi]”, kerrotaan New Scientist -lehdessä.

Heikko ydinvoima taas säätelee auringossa tapahtuvien ydinreaktioiden nopeutta. ”Se on juuri niin heikko, että vety palaa Auringossa hitaasti ja tasaisesti”, kuvailee fyysikko Freeman Dyson. Monet muutkin seikat osoittavat, että elämämme riippuu maailmankaikkeudessa vallitsevien lakien ja tilojen herkästä tasapainosta. Tiedekirjoittaja ja professori Paul Davies vertasi näitä lakeja ja tiloja säädinsarjaan ja sanoi: ”Näyttää siltä kuin eri säätönupit pitäisi hienosäätää äärimmäisen tarkasti, mikäli elämän haluttaisiin kukoistavan kaikkeudessa.”

Jo kauan ennen kuin Sir Isaac Newton keksi painovoiman, Raamattu viittasi tällaisiin pysyviin sääntöihin ja lakeihin. ”Sinäkö ilmoitit taivaita hallitsevat säännöt tai määräsit luonnonlait maan päälle?” kysyttiin Jobilta (Job 38:33, The New English Bible). Nöyräksi tekevät myös seuraavat hänelle esitetyt kysymykset: ”Missä oikein olit, kun minä perustin maan?” ja ”Satutko tietämään, kuka määräsi sen mitat?” (Job 38:4, 5.)

[Tekstiruutu s. 6]

ELINTÄRKEÄT ALKUAINEET

Ihmisen elimistön atomeista noin 98 prosenttia on vety-, happi- ja hiiliatomeita. Seuraavaksi tulee typpi, jota on 1,4 prosenttia. Muiden alkuaineiden määrät ovat erittäin pieniä, mutta ne ovat silti välttämättömiä elämälle.

[Taulukko/Kaavio s. 6, 7]

(Ks. painettu julkaisu)

 Lehden julkaisuhetkellä tiedemiehet ovat tuottaneet alkuaineita, jotka vastaavat järjestyslukuja 93 ja siitä ylöspäin aina 118:aan asti. Kuten ennustettiin, nämäkin alkuaineet sopivat jaksolliseen järjestelmään.

[Lähdemerkintä]

Lähde: Los Alamos National Laboratory

Alkuaineen nimi Kemiallinen merkki Järjestysluku (protonien määrä)

vety H 1

helium He 2

litium Li 3

beryllium Be 4

boori B 5

hiili C 6

typpi N 7

happi O 8

fluori F 9

neon Ne 10

natrium Na 11

magnesium Mg 12

alumiini Al 13

pii Si 14

fosfori P 15

rikki S 16

kloori Cl 17

argon Ar 18

kalium K 19

kalsium Ca 20

skandium Sc 21

titaani Ti 22

vanadiini V 23

kromi Cr 24

mangaani Mn 25

rauta Fe 26

koboltti Co 27

nikkeli Ni 28

kupari Cu 29

sinkki Zn 30

gallium Ga 31

germanium Ge 32

arseeni As 33

seleeni Se 34

bromi Br 35

krypton Kr 36

rubidium Rb 37

strontium Sr 38

yttrium Y 39

zirkonium Zr 40

niobium Nb 41

molybdeeni Mo 42

teknetium Tc 43

ruteeni Ru 44

rodium Rh 45

palladium Pd 46

hopea Ag 47

kadmium Cd 48

indium In 49

tina Sn 50

antimoni Sb 51

telluuri Te 52

jodi I 53

ksenon Xe 54

cesium Cs 55

barium Ba 56

lantaani La 57

cerium Ce 58

praseodyymi Pr 59

neodyymi Nd 60

prometium Pm 61

samarium Sm 62

europium Eu 63

gadolinium Gd 64

terbium Tb 65

dysprosium Dy 66

holmium Ho 67

erbium Er 68

tulium Tm 69

ytterbium Yb 70

lutetium Lu 71

hafnium Hf 72

tantaali Ta 73

volframi W 74

renium Re 75

osmium Os 76

iridium Ir 77

platina Pt 78

kulta Au 79

elohopea Hg 80

tallium Tl 81

lyijy Pb 82

vismutti Bi 83

polonium Po 84

astatiini At 85

radon Rn 86

frankium Fr 87

radium Ra 88

aktinium Ac 89

torium Th 90

protaktinium Pa 91

uraani U 92

neptunium Np 93

plutonium Pu 94

amerikium Am 95

curium Cm 96

berkelium Bk 97

kalifornium Cf 98

einsteinium Es 99

fermium Fm 100

mendelevium Md 101

nobelium No 102

lawrencium Lr 103

rutherfordium Rf 104

dubnium Db 105

seaborgium Sg 106

bohrium Bh 107

hassium Hs 108

meitnerium Mt 109

110

111

112

114

116

118

[Kaavio]

(Ks. painettu julkaisu)

Kertovatko jaksollisen järjestelmän alkuaineiden järjestyksellisyys ja sopusointu pelkästä sattumasta vai älykkäästä suunnittelusta?

Heliumatomi

Elektroni

Protoni

Neutroni

[Kaavio/Kuva s. 7]

(Ks. painettu julkaisu)

Mikä selittää fysiikan neljän perusvoiman hienosäädön?

Vesimolekyyli

Atomiydin

Sininen jättiläinen

Punainen kääpiö

Aurinko