Нуклеосинтез

Наглядная запись

Теперь возьмём для примера какой-нибудь химический элемент. Например, калий. В таблице Менделеева он имеет запись K и его можно найти под номером 19. Значит, у него имеется 19 электронов, которые нужно расфасовать по орбиталям в указанном порядке. Делаем это.

Сначала идёт уровень 1s. Подуровень s может содержать только 2 электрона. Число электронов записывается в виде маленького индекса над буквой. В данном случае это будет 1s2.

Следом по порядку идёт 2s. Тоже s и тоже только 2 электрона. 2s2 .

Дальше 2p. Смотрим, сколько электронов может содержать уровень p. 2p6.

Теперь снова возвращаемся на подуровень s, который опять-таки включает в себя всего лишь 2 электрона. 3s2 .

12 уже упорядочено. Осталось 7. И следующий уровень — 3p6.

Остался всего один электрон, который нужно разместить на следующем s-подуровне. В результате на нём остаётся одно свободное место — всего частиц может быть 2, но мы располагаем только одну оставшуюся. А записывается это как 4s1.

В одну строчку это всё записывается следующим образом: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1.

Важно учитывать, что это электронная конфигурация для основного состояния атома. В Периодической системе элементов у атомов тоже указаны исключительно те их свойства, которыми они обладают в своём основном состоянии

Но также они могут пребывать и в возбуждённом состоянии. Это происходит при сообщении им дополнительной энергии. Тогда электроны с положенных им орбиталей будут перескакивать на другие и запись будет несколько иной.

Теория Ломоносова

В первой половине XVIII века Михаил Васильевич Ломоносов изложил свою знаменитую теорию строения вещества. Сквозь своеобразную словесную вязь его научных трудов проступает образ мудрого и проницательного естествоиспытателя-материалиста, по взглядам — почти нашего современника. Он дерзновенно призывает «разумом достигнуть потаенного в безмерной малости вида, движения и положения первоначальных частиц, смешенные тела составляющих».

Михаил Васильевич Ломоносов

По его теории все вещества состоят из корпускул (так Ломоносов назвал молекулы). А корпускулы состоят из атомов, мельчайших неделимых частиц вещества, которые могут быть отличными друг от друга. Свойства вещества определяются набором различных атомов в корпускуле. Меткости такого определения могут позавидовать и современные ученые! Это же на самом деле так.

Видите, к каким выводам пришел Ломоносов? Даже через много лет ученые-естествоиспытатели не проводили такого различия между атомом и молекулой, то есть между элементами и соединениями.

Чтобы покончить с путаницей, участники химического конгресса, собравшегося в 1860 году, вынуждены, были решить вопрос о названии частиц… голосованием! С тех пор атомами стали считать наименьшее количество неделимого тела, заключенное в частицах. Химические элементы были признаны первичными и неизменными. Идея алхимиков о превращении одного элемента в другой еще никогда не казалась такой фантастической, как в тот период. Глубоким и незыблемым выглядело учение об электричестве и магнетизме. Газовые законы и термодинамика (наука о теплоте) уверенно входили в инженерную практику. Венцом познания природы казалась волновая теория света.

Поиск внеземной жизни — FAQ

Это была информация об инопланетных цивилизациях, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

Почему гипотеза зоопарка получила подобное наименование?

Как мы помним, гипотеза состоит в том, что инопланетные цивилизации не связываются с нами из-за недостаточного уровня нашего развития и просто наблюдают за нами так же, как мы смотрим на животных в зоопарке.

Придумал ли Ферми парадокс Ферми?

В рабочей столовой Ферми и его коллеги обсуждали инопланетян. Неудивительно, что вскоре образовался вопрос: «Существуют ли пришельцы?» Ферми ответил: «Вы не задумывались, где все в таком случае?» Он не имел в виду, что пришельцев нет — нет технологий, необходимых для контакта, или цивилизации ещё не зародились. А сам парадокс описал астрофизик Майкл Харт, поэтому вклад Ферми в данном вопросе преувеличен.

Какие экзопланеты нам уже удалось обнаружить?

Ярким примером является экзопланета Проксима Центавра b, вращающаяся вокруг красного карлика Проксима Центавра. Неизвестно, есть ли на планете жизнь, однако она находится в пределах обитаемой зоны.

Какие звёзды нам удалось обнаружить?

На данный момент проводятся исследования звезды Табби в созвездии Лебедя, у которой были замечены аномальные изменения светимости, которые не удалось объяснить. Радиосигналы, полученные от звезды, имеют искусственное происхождение. Сейчас наблюдения продолжаются.

Какие технологии готовят для дальнейшего поиска экзопланет и звёзд?

Одной из таких технологий является телескоп Джеймса Уэбба, который планируют запустить во второе десятилетие XXI века. Он должен превзойти предшественника — телескоп Хаббла — за счёт более крупного зеркала и более продвинутого оборудования.

Пришельцы или пульсар?

В 1967 году учёные Энтони Хьюиш и Джослин Белл обнаружили пульсирующее радиоизлучение из космоса. Оно мерцало с периодичностью раз в секунду. Тогда они подумали, что это сигналы, посылаемые внеземной цивилизацией. На самом деле они обнаружили первую звезду-пульсар (вращающуюся нейтронную звезду).

Как выглядят жители внеземных цивилизаций?

Ответ на вопрос «существуют ли инопланетяне?» дать сложно; ещё сложнее предположить, как будут выглядеть пришельцы. Если мы занимаемся поисками углеводородной формы жизни, то какое-никакое сходство с нами все же должно быть. Но что делать с другими формами жизни, если они есть? Они должны выглядеть совершенно по-другому — у них вряд ли обнаружится ДНК. Единственное, что будет знакомо нам, — атомы, из которых состоит всё вещество во Вселенной.

Гелиоцентрический переворот Коперника

Ещё по этой теме

Церковь, наука и образование

На протяжении долгого времени в европейской астрономии не сдавал позиций геоцентризм. Однако в XVI веке Николай Коперник поместил в центр мира Солнце, вокруг которого вращались планеты, включая Землю, и указал на то, что Земля вращается вокруг своей оси.

Гелиоцентрический проект существовал ещё в античности (см. выше), но большого развития не получил. Заявление Коперника вышло куда более громким. В 1543 году он выпустил книгу «О вращениях небесных сфер». При этом всю Вселенную Коперник сводил до неподвижных звезд вокруг, опираясь на теорию о сферах.

Тем не менее, его система преодолела разрыв между представлениями о «дольнем» и «горнем» мире, сделав Землю одной из планет в пространстве, где нет верха и низа.

Упрощение уравнения

Зная размер наблюдаемой Вселенной и то, что материя равномерно и конечно распределена по ней, намного легче вычислить число атомов. Тем не менее, есть ещё несколько предположений, которые мы должны сделать, прежде чем возьмём в руки калькулятор.

Во-первых, мы должны предположить, что все атомы содержатся в звёздах, хотя это и не так. К сожалению, у нас есть гораздо менее точное представление о том, сколько планет, лун и иных космических тел существует в наблюдаемой Вселенной по сравнению с количеством звёзд, что означает, что их трудно добавить в уравнение. Но поскольку подавляющее большинство атомов во Вселенной содержится в звёздах, мы можем получить хорошее приближение числа атомов во Вселенной, выяснив, сколько атомов есть в звёздах, игнорируя всё остальное.

Во-вторых, мы должны предположить, что все атомы во Вселенной являются атомами водорода, хотя это тоже не так. Атомы водорода составляют около 90% от общего количества атомов во Вселенной, по данным Лос-Аламосской национальной лаборатории. Это значительно упрощает вычисления.

История вопроса

Тут такое дело. До первой половины ХХ века ученые считали, что Вселенная существовала всегда. Да, что-то все время менялось. Зарождались и умирали звезды и галактики, вместо них появлялись какие-то новые подобные им объекты, но, в целом, в масштабах Вселенной, ничего не изменялось. Хотя, некоторые факты говорили, что здесь что-то не так. Например, согласно теории всемирного тяготения Ньютона, под действием гравитации, все материальные объекты Вселенной – звезды, межзвездный газ и прочая «мелочь» типа планет, должны были притягиваться друг к другу. И если бы Вселенная существовала вечно, то все, находящееся в ней, уже давно бы стянулось в одну точку. И была бы не Вселенная, а такая вселенская «черная дыра». Эти космические монстры давно были предсказаны, а тут, недавно, и фотография одной из них появилась.

Так вот, нет. Ни в какую «черную дыру» бесконечно существующая Вселенная, почему-то не превратилась.

Вот, смотрите, закон всемирного тяготения. Кружатся планеты вокруг Солнца и не падают на него. Да, и это происходит в точности с законами ньютоновской физики. Но если и вся Вселенная устроена так, как наша Солнечная система, то у нее должно быть какое-то «вселенское солнце», какой-то центр притяжения, вокруг которого все и вертится. Но ничего такого обнаружено не было.

Именно эти противоречия сподвигли Эйнштейна на создание Общей Теории Относительности (ОТО), которая должна была «поправить» Ньютоновскую теорию гравитации и объяснить устройство бесконечно существующей Вселенной.

Ничего не получилось. Конечно, ОТО подтвердила себя в массе наблюдений. И не только. Достаточно сказать, что без учета предсказанных ею эффектов не могли бы работать современные системы GPRS. Но вот с объяснением  вечно существующей Вселенной —  не получилось.

Покатай меня, большая черепаха!

Мифологема плавающей в безбрежном океане мировой черепахи, на спине которой покоится Земля, встречается у народов Древней Индии и Древнего Китая, в преданиях коренного населения Северной Америки. В разных вариантах мифа о гигантских «поддерживающих животных» упоминаются слон, змея и кит.

Космологические представления греков

Греческие философы заложили астрономические представления, которыми мы пользуемся и сегодня. Разные философы их школы имели свою точку зрения на модель мироздания. В большинстве своём они придерживались геоцентрической системы мира.

Геоцентризм — это убеждение, что неподвижная Земля находится в центре мироздания, а Солнце, Луна и звёзды вращаются вокруг неё.

Масштабную энциклопедию астрономических и математических знаний создал Птолемей. Описанная им геоцентрическая система мира была наиболее общепризнанной до коперниканского переворота в эпоху Возрождения. Аристотель также считал, что Земля неподвижна, указывая, что небесные тела прикреплены к твёрдым «небесным сферам».

Некоторые представители пифагорейской школы полагали, что и, Солнце, и Луна и планеты вращаются вокруг Центрального Огня, Гестии. Такую модель называют пироцентрической.

Аристарх Самосский предложил гелиоцентрическую систему мира, согласно которой Солнце — центральное небесное тело, а также предположил, что Земля меньше Солнца. Однако идея о том, что центр космоса — Земля, была популярна ещё долго.

Средневековая астрономия

В своих представлениях мыслители европейского средневековья опирались на работы античных философов, принимали системы Птолемея и Аристотеля. Главной концепцией мира оставался геоцентризм, средневековыми философами дополнялось и расширялось представление о небесных сферах. При этом античная мудрость дополнялась христианскими воззрениями.

На представления о мире основное влияние оказывала Церковь, а источниками знаний были монастыри.

Мир на средневековых изображениях — это мир глазами Бога. Все существующие вещи имеют глубокий духовный смысл. Большое развитие получает учение Платона о вещах и идеях, согласно которому все явления и объекты земного мира — это частные проявления божественных идей из горнего мира.

Для европейской средневековой миниатюры и скульптуры не важны пропорции и перспектива — важны символы и значения. Здесь могут одновременно происходить события из прошлого и будущего, а христианская символика пронизывает всё вокруг.

Подробнее об этом: Умберто Эко, «Искусство и красота в средневековой эстетике»

Теории Ренессанса

На протяжении сотен лет средневековая живопись оставалась плоской. И вдруг за очень краткий период Ренессанса стала объёмной. Это тесно связано с мировоззренческим подходом: мир стали изображать так, как он видится человеку, появилось учение о перспективе. Методы наблюдения за природой развивались и создавали всё более полную картину мира.

Возникновение жизни на Земле: углеводородная жизнь

Гипотезы возникновения жизни на нашей планете

Чтобы строить предположения относительно внеземных форм жизни, необходимо понять, как возникла жизнь на нашей планете. На этот вопрос нет точного ответа, однако существует множество гипотез, от подтверждения и опровержения которых будет зависеть вопрос о жизни внеземных цивилизаций.

• Гипотеза креационизма — всё живое сотворено богом, следовательно, не нуждается в объяснении;
• Гипотеза самопроизвольного зарождения жизни — живые организмы постоянно самопроизвольно появляются из неживой материи;
• Гипотеза стационарного состояния — жизнь не возникала откуда-то, а существовала всегда, получается, что цепь эволюционного развития организмов должна быть бесконечна;
• Теория Опарина-Холдейна — жизнь зародилась из неживой материи в ходе сложных биохимических процессов; подразделяется на три этапа:
  • появление органических соединений;
  • образование полимерных соединений (белков, липидов, полисахаридов);
  • возникновение способных к воспроизведению потомства примитивных организмов;
• Гипотеза панспермии — гипотеза о внеземном происхождении жизни; жизнь каким-то образом была занесена на нашу планету извне (возможно, с помощью астероида или другого космического объекта, упавшего на Землю);

Теория Опарина-Холдейна — наиболее популярная в научной среде теория возникновения жизни на Земле. Фото: infotables.ru.

Получается, если гипотеза панспермии будет доказана, то это повысит шанс доказательства существования жизни вне Земли? По крайней мере, мы будем знать, что на другом космическом объекте могла зародиться жизнь, прежде чем попасть на нашу планету.

Однако это не означает, что элементарные формы жизни были посланы к нам от инопланетян. Это могло произойти в результате столкновения космических тел, на которых есть жизнь, или с помощью другого способа, тем более что мы до сих пор не знаем, какие формы жизни могут существовать помимо углеводородной формы.

Гипотеза панспермии: комета переносит бактериальную форму жизни на Землю.

Углеводородная форма жизни — единственно возможная?

На сегодняшний день нам знакома одна форма жизни — земная (углеводородная), что лишает нас возможности масштабного исследования других форм жизни в космосе, ведь мы ничего о них не знаем: от условий для жизнедеятельности до механического воспроизведения.

Это — проблема для поиска жизни во Вселенной. Однако на основе единственно известной нам углеводородной формы жизни мы должны вывести базовые принципы, касающиеся также потенциальной неземной жизни. Здесь стоит быть осторожным, чтобы не попасть в ловушку антропоморфного образа мышления.

Кроме того, при изучении потенциальных форм жизни астрофизики предпочитают пользоваться принципом Коперника.

Данный принцип хорошо согласуется с результатами исследований, ведь четыре элемента, ответственные за возникновение и дальнейшую эволюцию жизни, входят в список наиболее распространённых элементов во всей Вселенной. Это:

• Водород (H)
• Кислород (O)
• Углерод (C)
• Азот (N)

Ещё два элемента из этого числа — гелий и неон — редко участвуют в соединениях с другими элементами; значит, земную жизнь составляют четыре самых распространённых элемента космоса вообще. Получается, логическая картина не запрещает нам предполагать о существовании иных цивилизаций и даже пытаться их найти. Но к чему привели многочисленные исследования?

Как появилась Вселенная из ничего. Холодное рождение

Однако пути к подобному объединению можно обдумать на качественном уровне, и здесь появляются весьма интересные перспективы. Одну из них рассмотрел известный космолог, профессор Аризонского университета Лоуренс Краусс в своей недавно изданной книге «A Universe From Nothing» («Вселенная из ничего»). Его гипотеза выглядит фантастической, но отнюдь не противоречит установленным законам физики.

Считается, что наша Вселенная возникла из очень горячего начального состояния с температурой порядка 1032 кельвинов. Однако возможно представить и холодное рождение вселенных из чистого вакуума — точнее, из его квантовых флуктуаций. Хорошо известно, что такие флуктуации порождают великое множество виртуальных частиц, буквально возникших из небытия и впоследствии бесследно исчезнувших. Согласно Крауссу, вакуумные флуктуации в принципе способны давать начало столь же эфемерным протовселенным, которые при определенных условиях переходят из виртуального состояния в реальное.