Grundämnena — Kom de till genom en slump?

”VARJE objekt i universum, också den mest avlägsna stjärnan, består av atomer”, förklarar The Encyclopedia of Stars & Atoms. Enskilda atomer är för små att urskilja, men när de packas ihop bildar de välbekanta grundämnen. Några av dessa grundämnen är fasta ämnen som vi kan se; andra är osynliga gaser. Kan existensen av alla sådana grundämnen förklaras med slumpen?

Grundämnena 1 till 92

Även om väte är den enklaste av alla atomer, utgör det bränsle för stjärnor, till exempel vår sol, och är nödvändigt för liv. En väteatom har en proton i sin kärna och en elektron som kretsar runt den kärnan. Andra grundämnen, till exempel kol, syre, guld och kvicksilver, består av atomer med många elektroner som rör sig runt en kärna bestående av många protoner och neutroner.

För 450 år sedan kände man inte till fler än 12 grundämnen. När fler upptäcktes, lade forskarna märke till en naturlig ordning hos dem. Och när grundämnena placerades i en tabell med rader och kolumner, upptäckte forskarna att grundämnen som var i samma kolumn hade liknande egenskaper. Men det fanns också luckor i tabellen, där det fanns plats för då ännu okända grundämnen. Detta ledde till att den ryske forskaren Dmitrij Mendelejev kunde förutsäga grundämnet med atomnumret 32, germanium, samt dess färg, vikt, densitet och smältpunkt. Mendelejevs ”förutsägelse om andra grundämnen som ännu inte upptäckts — gallium och skandium — visade sig också vara mycket exakt”, konstaterar 1995 års upplaga av en vetenskaplig handbok, Chemistry.

Så småningom kunde forskarna förutsäga existensen av andra okända grundämnen och några av deras egenskaper. Till slut hade man upptäckt alla de grundämnen som saknades. Det finns inte längre några luckor i tabellen. Grundämnenas naturliga ordning är baserad på antalet protoner i kärnan hos deras atomer och börjar med grundämne nummer 1, väte, och fortsätter till det sista grundämnet som förekommer naturligt på jorden, nummer 92, uran. Är detta bara en tillfällighet?

Tänk också på den rika variation som grundämnena uppvisar. Guld och kvicksilver är grundämnen med karakteristiska glänsande färger. Det ena är i fast form, och det andra är en vätska. Ändå står de intill varandra som grundämnena nummer 79 och 80. En guldatom har 79 elektroner, 79 protoner och 118 neutroner. En kvicksilveratom har bara en elektron mer, en proton mer och ungefär samma antal neutroner.

 Är det bara slumpen att en liten förändring i atompartiklarnas arrangemang ger en så stor variation av grundämnen? Och hur är det med de krafter som håller samman atompartiklarna? ”Från den minsta partikel till den största galax följer allt i universum regler som beskrivs av fysikens lagar”, heter det i The Encyclopedia of Stars & Atoms. Tänk dig vad som skulle hända, om en av de här reglerna skulle ändras. Vad skulle hända, om det till exempel skulle bli en ändring av den kraft som gör att elektronerna rör sig runt kärnan i en atom?

Exakt avpassade fysiska krafter

Tänk vad som skulle hända om den elektromagnetiska kraften minskades. ”Elektroner skulle då inte längre vara bundna till atomerna”, konstaterar dr David Block i sin bok Universums skapelse. Exakt vad skulle det betyda? ”Vi skulle få ett universum där inga kemiska reaktioner var möjliga!” tillägger han. Vi kan verkligen vara tacksamma för de bestämda lagar som gör kemiska reaktioner möjliga! Så till exempel bildar två väteatomer tillsammans med en syreatom en molekyl värdefullt vatten.

Den elektromagnetiska kraften är omkring 100 gånger svagare än den starka kärnkraften som håller samman kärnan i atomerna. Vad skulle hända om det här förhållandet ändrades? ”Om de relativa styrkorna hos kärnkrafterna och de elektromagnetiska krafterna var bara lite annorlunda, skulle kolatomer inte kunna existera”, förklarar forskarna John Barrow och Frank Tipler. Utan kol skulle det inte finnas något liv. Kolatomer svarar för 20 procent av vikten hos alla levande organismer.

Något som också har betydelse är styrkan i den elektromagnetiska kraften jämfört med gravitationskraften. ”Den allra minsta förändring i de relativa styrkorna hos gravitationskraften och den elektromagnetiska kraften”, skriver tidskriften New Scientist, ”skulle förvandla stjärnor som solen till blå jättar [alldeles för heta för liv] eller röda dvärgar [inte tillräckligt heta för att uppehålla liv].”

En annan kraft, den svaga kärnkraften, bestämmer hastigheten hos kärnreaktioner i solen. ”Den är exakt så svag att vätet i solen brinner i långsam och jämn takt”, förklarar fysikern Freeman Dyson. Många andra exempel skulle kunna ges för att visa hur vårt liv beror på de fint balanserade lagarna och förhållandena som råder i universum. Vetenskapsskribenten professor Paul Davies liknade dessa universella lagar och förhållanden vid rattar som man vrider på och sade: ”Det [verkar] som om de olika rattarna måste finjusteras med enorm precision om universum skall vara sådant att livet kan blomstra.”

Långt innan Sir Isaac Newton upptäckte tyngdlagen skrev Bibeln om sådana bestämda regler eller lagar. Mannen Job fick frågan: ”Påbjöd du de regler som styr himlarna, eller fastställde du naturlagarna på jorden?” (Job 38:33, The New English Bible) Andra frågor som gör en ödmjuk var: ”Var befann du dig, när jag grundade jorden?” och ”Vem fastställde dess mått — ifall du vet det?” — Job 38:4, 5.

[Ruta på sidan 6]

LIVSVIKTIGA GRUNDÄMNEN

Grundämnena väte, syre och kol utgör cirka 98 procent av atomerna i din kropp. Sedan kommer kväve, som utgör ytterligare 1,4 procent. Det finns också andra grundämnen i mycket små mängder, men de är likväl livsviktiga.

[Tabell/Diagram på sidorna 6, 7]

(För formaterad text, se publikationen)

 Vid tiden för publiceringen av denna artikel har forskarna framställt grundämnen med atomnummer från 93 till och med 118. Som man har kunnat förutsäga passar dessa grundämnen fortfarande in i det periodiska systemets mönster.

[Bildkälla]

Källa: Los Alamos National Laboratory, USA

Grundämne Kemiskt tecken Atomnummer

(antal protoner)

väte H 1

helium He 2

litium Li 3

beryllium Be 4

bor B 5

kol C 6

kväve N 7

syre O 8

fluor F 9

neon Ne 10

natrium Na 11

magnesium Mg 12

aluminium Al 13

kisel Si 14

fosfor P 15

svavel S 16

klor C1 17

argon Ar 18

kalium K 19

kalcium Ca 20

skandium Sc 21

titan Ti 22

vanadin V 23

krom Cr 24

mangan Mn 25

järn Fe 26

kobolt Co 27

nickel Ni 28

koppar Cu 29

zink Zn 30

gallium Ga 31

germanium Ge 32

arsenik 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

teknetium Tc 43

rutenium Ru 44

rodium Rh 45

palladium Pd 46

silver Ag 47

kadmium Cd 48

indium In 49

tenn Sn 50

antimon Sb 51

tellur Te 52

jod I 53

xenon Xe 54

cesium Cs 55

barium Ba 56

lantan La 57

cerium Ce 58

praseodym Pr 59

neodym 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

tantal Ta 73

volfram W 74

rhenium Re 75

osmium Os 76

iridium Ir 77

platina Pt 78

guld Au 79

kvicksilver Hg 80

tallium Tl 81

bly Pb 82

vismut Bi 83

polonium Po 84

astat At 85

radon Rn 86

francium Fr 87

radium Ra 88

aktinium Ac 89

torium Th 90

protaktinium 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

dubnium Db 105

seaborgium Sg 106

bohrium Bh 107

hassium Hs 108

meitnerium Mt 109

110

111

112

114

116

118

[Diagram]

(För formaterad text, se publikationen)

Återspeglar grundämnenas ordning och harmoni i det periodiska systemet enbart slumpen — eller intelligent formgivning?

Heliumatom

Elektron

Proton

Neutron

[Diagram/Bild på sidan 7]

(För formaterad text, se publikationen)

Vad ligger bakom den fina avvägningen av de fyra fysiska krafterna?

ELEKTROMAGNETISM

STARK KÄRNKRAFT

GRAVITATION

SVAG KÄRNKRAFT

Vattenmolekyl

Atomkärna

Blå jätte

Röd dvärg

Solen