Hvordan er grundstofferne blevet til?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Hvordan er grundstofferne blevet til?

Anders B. Wulff undrer sig over, hvordan grundstofferne er opstået:

»Hvordan er grundstofferne blevet til? Har de altid været der? Og hvis
de ikke har men er dannet ved fysiske påvirkninger, kan man så i grunden ikke bare danne de grundstoffer, man vil - f.eks. guld og andre sjældne og dyre grundstoffer?

Det er relativt klart, at grundstoffer kan blive til ud fra andre
grundstoffer, f.eks. ved henfald fra et radioaktivt grundstof. Men alle grundstoffer er jo ikke dannet ud fra henfald af et andet grundstof. Og det er mig uforståeligt, at grundstofferne skulle være blevet til ud fra grundstof nr. 1 - alene pga. påvirkninger af tryk og temperaturforhold - dvs. eksplosioner og lignende fysiske påvirkninger.«

Illustration: Lasse Gorm Jensen

Helge Kragh, professor i videnskabshistorie ved Center for Videnskabsstudier, Aarhus Universitet, svarer:

»Alle de ca. 100 grundstoffer er blevet til enten i den tidligste fase af universets udvidelse, for ca. 13 millliarder år siden, eller ved kerneprocesser i det indre af stjernerne, hvor de stadig dannes.

Nogle få minutter efter big bang var der skabt atomkerner af de mest hyppige grundstoffer i universet, brint og helium, og også af lithium. Først sluttede kvarker sig sammen til protoner og neutroner, der ved de lavere temperaturer forårsaget af universets hurtige udvidelse kunne kombinere til heliumkerner.

Under de fysiske omstændigheder (temperatur og tryk), der herskede i det tidlige univers, kan heliumkerner dog ikke slutte sig sammen og danne f.eks. kulstof og endnu tungere grundstoffer. Grundstoffer med atomvægt større end 8 er alle dannet i det indre af stjernerne og derfor senere i universets udviklingshistorie.

I visse stjerner kan heliumkerner slutte sig sammen og danne kulstof, silicium og andre grundstoffer, hvilket sker ved fusionsprocesser. I stjerner som Solen dannes fortsat store mængder helium, men dog meget mindre end der blev produceret efter big bang.

I de forskellige faser af stjerners udvikling kan temperaturen variere drastisk og give anledning til forskellige typer af kerneprocesser. Ved ekstremt høje temperaturer, som de findes i de indre dele af en supernova, vil dannes grundstoffer omkring jern og nikkel. Endnu tungere grundstoffer dannes ved forskellige typer af neutronindfangning, hvor en lettere kerne indfanger en eller flere neutroner og efterfølgende henfalder radioaktivt ved at udsende en elektron. Herved stiger grundstoffets atomnummer.

Illustration: Lasse Gorm Jensen

Det er således ikke de fysiske påvirkninger (tryk og temperatur) der direkte danner grundstofferne, men de skaber de betingelser, under hvilke kerneprocesserne kan foregå. Disse betingelser er af en sådan art at de ikke, eller kun i yderst begrænset grad, kan genskabes i laboratorier.

Teorien for skabelse af grundstoffer i stjernerne (stellar nukleosyntese) går tilbage til 1930'erne, men blev først udviklet til en omfattende teori i slutningen af 1950'erne. Den kosmologiske teori for dannelse af heliumisotoper og tung brint (deuterium) stammer fra omtrent samme periode. Astronomer og fysikere har i dag et pålideligt og ret detaljeret billede af hvordan alle grundstoffer i universet er blevet til. Deres beregninger af grundstoffernes hyppighed stemmer således godt med observationer baseret på spektroskopiske målinger og andre teknikker.«

Dokumentation

Læs og stil spørgsmål til Scientariet

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det er vel bare Darwin teorien om igen: Nogle atomer kunne klare det - andre bukkede under. Dem, der duede, har vi den dag idag.

  • 0
  • 0

Den går ikke Jens Madsen.

Da Herren skabte dette dette Univers sikrede han sig to ting, der er energi nok og der er stof nok.

Siden har stjernerne sørget for resten. Jern er det tungeste grundstof der kan dannes ved fussion processer i stjernerne og tungere grundstoffer må være dannet ved stjerne eksplosioner. Se f.eks. flg. link

http://astrofysikk.wikispaces.com/Supernov...

Venlig hilsen Peter Vind Hansen

  • 0
  • 0

Helge Kragh forklarer det fremragende, men for at gøre en lang historie ultrakort:

Brint og helium opstod i Big Bang. Grundstofferne fra litium til jern er skabt ved fusion i stjerner, og senere spredt i det interstellare medium i supernovaeksplosioner. Alle grundstoffer tungere end jern er skabt i supernovaøjeblikket.

Husk: Vi er alle gjort af stjernestøv :-)

  • 0
  • 0

-- Dannes grundstoffer ved nedbrydning af Makro-kerner?
De forskellige grundstof-atomer, både stabile og ustabile, kan meget vel være dannet ved nedbrydning af supertunge proton-neutron-systemer, nukleon-systemer, bestående af et meget stort antal protoner og neutroner. Sådanne ’supertunge’ nukleon-systemer kan vi kalde Super-kerner eller Makro-kerner.

(I undertegnedes kosmologi antages det, at grundstofferne er dannet ved nedbrydning af makro-kerner. Om ikke andet, gjaldt dette for de først dannede grundstoffer i Universet.)

Studér mere på: http://louis.rostra.dk

-- Fra større tæthed til mindre tæthed --
Da Universet har udviklet sig fra tættere stoftilstande til mindre og mindre tætte stoftilstande, ja, så kan dette meget naturligt også have været tilfældet for supertunge nukleon-systemer.

-- Makro-kerner omkring Neutronstjerner?
Omkring en Neutron-stjerne, der kan opfattes som en super-super tung atomkerne, eksisterer et stærkt magnetfelt. Som følge af bl.a. det stærke magnetfelt, og den kvantemekaniske tunneleffekt ’blæses’ klynger af neutroner, neutron-klynger, og enlige neutroner ud fra Neutron-stjernens overflade.
(I undertegnedes kosmologi postuleres neutronstjerner (og såkaldte ’sorte huller’) at være ’rester’ af Universets tidligere supertætte og tunge objekter).

-- Makro-kerner --
I de større eller mindre udsendte neutron-klynger vil et større eller mindre antal neutroner henfalde til protoner, elektroner og antineutrinoer, således at der dannes makro-kerner med forskellige meget høje atomnumre, langt højere atomnumre end de af os kendte grundstoffer.

-- Grundstof-dannelse ved nedbrydning af Makro-kerner --
Postulater:
Ved nedbrydning (radioaktive henfald) af makro-kerner kan alle kendte og endnu ukendte grundstoffer dannes.

Frigjorte enlige neutroner henfalder til protoner, elektroner og antineutrinoer. Af protoner og elektroner er hydrogen-atomer blevet dannet.

De lettere grundstof-kerner, såsom helium-kerner (identisk med alfa-partikler), kulstof-kerner, oxygen-kerner, silicium-kerner etc., kan være grundstof-kerner, der er udsendt fra makro-kerner. Vi kan kalde makro-kernernes udsendelse af lettere grundstof-kerner for Delta-stråling. (Til forskel fra alfa, beta og gamma-stråling).

Hilsen fra
Louis Nielsen

  • 0
  • 0

-- Stjerne-model med Fissions-Fusions-reaktioner og centralt roterende neutronlegeme --

I det følgende beskrives en alternativ model af Solen og andre lignende stjerner. Lad os, som eksempel, betragte Solens opbygning og de processer, der foregår i den. Generelt betragtet har Solen og lignende stjerner en lagdelt struktur.

-- Central roterende neutron-kugle --
Den centrale del af Solen (og lignende stjerner) består af en relativt lille roterende neutron’kugle’, der næsten udelukkende består af neutroner. Den roterende neutronkugle er kilden til Solens primære magnetfelt.

-- Superkerne-zone med dannelse af grundstoffer --
Omkring neutronkuglen eksisterer en zone af superkerner (betegnet makro-kerner i tidligere indlæg) med forskellige, meget høje nukleontal. Superkernerne er »fordampet« fra neutronkuglens overflade, hjulpet af sted af det stærke magnetfelt og evt. af den kvantemekaniske tunneleffekt. I mere fri tilstand er disse superkerner ustabile, og de vil derfor ved forskellige reaktionstyper desintegrere til kerner med lavere nukleontal.
I superkernezonen foregår der henfald af superkerner ved spontan og induceret fission, og ligeledes foregår henfald, hvor der udsendes alfa-, beta-, gamma- og delta-partikler. Med delta-partikler betegnes andre udsendte partikler end alfa, beta og gamma. Eksempelvis kan der være tale om udsendelse af carbonkerner, oxygenkerner, siliciumkerner, svovlkerner og andre lettere atomkerner.
Ved desintegrationsprocesserne frigøres der energi, der viser sig i form af kinetisk energi og strålingsenergi. Partikeltrykket og strålingstrykket bevirker en »oppustning« af stofsystemet. En aktiv stjerne er under dannelse!
Henfalds-processerne er energiproducerende, og samtidig dannes de tungere grundstoffer ned til jern, der er den mest stabile kerne, vi har kendskab til.
I superkernezonen bliver hyppigheden af specielt jern større og større, efterhånden som desintegrationen af superkernerne skrider frem.
De neutroner, alfa-partikler og lettere grundstofkerner der udsendes ved superkernernes desintegration blæses af strålingstrykket og partikeltrykket udad i Solen.

(Superkernernes stabilitetsforhold afhænger også af gravitations-'konstantens' aktuelle værdi og ligeledes af, hvor hurtigt denne varierer. I tidligere epoker af Universet var tyngdekræfterne meget større. Da Universet blev født, var Newtons gravitations-'konstant' omkring 1042 gange større end i vor epoke, og i det tidligste Univers aftog gravitationskræfterne uhyre hurtigt.)

-- Hydrogen-dannelse --
Frigjorte neutroner omdannes til protoner, elektroner og antineutrinoer, hvorfra der kan dannes hydrogenatomer.

-- Helium-dannelse --
Alfapartikler kan danne heliumatomer.

-- Jern-zonen --
En zone med relativt stor hyppighed af jern, hvor der kan være balance mellem fissionsprocesser og fusionsprocesser.

-- Hydrogen-Helium-zoner –
Hydrogen, helium og nogle af de lettere og tungere grundstoffer »placerer« sig i to zoner omkring og uden for superkernezonen.
I den inderste hydrogen-heliumzone, hvor temperatur og tryk er høje, kan der foregå fusionsprocesser under frigørelse af energi og dannelse af lettere grundstoffer.
Den yderste hydrogen-heliumzone er identisk med de yderste dele af Solen og består, som spektralanalyser viser, af hydrogen, helium og lettere grundstoffer, heri iblandet tungere grundstoffer.

-- Supernova-nedbrydning af superkerner –
Ved voldsomme stjerne-eksplosioner, såsom supernovaer, hypernovaer eller lignende, vil der kunne foregå en hurtig nedbrydning (spaltninger) af superkerner til kendte grundstoffer.

Hilsen fra
Louis Nielsen

  • 0
  • 0

Da Universet har udviklet sig fra tættere stoftilstande til mindre og mindre tætte stoftilstande, ja, så kan dette meget naturligt også have været tilfældet for supertunge nukleon-systemer.

Strent taget er det densiteten der er faldet. Det er ikke helt det samme. At konkludere det som "naturligt" at universet er startet med supertunge atomkerner fordi stofdensiteten er faldende, er noget af en påstand.

Men iøvrigt, hvordan kan et magnetfelt påvirke de neutrale neutroner således at de forlader neutronstjernen? Er det ikke kun elektrisk ladede partikler som påvirkes af et magnetfelt? Og hvordan kan tunneleffekten have betydning for meget tunge legemer? Det er jo ikke en effekt man normalt observerer på det makroskopiske plan.

mvh Søren

  • 0
  • 0

@Søren
Jo, neutroner påvirkes af et magnetisk felt. Hvilket ikke er mærkeligt, da en neutron er opbygget af elektrisk ladede partikler.
Neutronen har et magnetisk moment, der er målt til den negative værdi:
- 9.66*10^(-27) J/T. ( J/T er forkortelse for måle-enheden joule pr. tesla).

Hilsen fra
Louis

  • 0
  • 0

Ja, neutroner har ganske rigtigt et magnetisk moment (dvs de har magnetiske poler) og de påvirkes af et magnetfelt som de orienterer sig efter - som kompasnåle. Men det er vel ikke det du mener løfter dem ud af en neutronstjernes tyngdefelt?

Mvh Søren

  • 0
  • 0

Ligesom med liv, så kræves naturligvis at betingelserne er tilstede, for at atomerne kan opstå. For de tunge atomer, er disse betingelser kun til stede i de tunge stjerner. Og du vil se, at der opstår masser af partikler, og isotoper, der ikke overlever.

Selv på superstreng niveau, vil du se det hele bestemmes af, hvad der lever videre.

Det rette svar på, hvorfor atomerne er indrettet som de er, er ganske enkelt, at når der dannes en helt masse tilfældigt på superstrengsniveau, så er det de konstruktioner der lever videre.

Naturligvis skal betingelserne være tilstede for stoffernes dannelse - ligesom betingelserne skal være til stede, for at der opstår liv. Derfor, dannes de tunge atomer i tunge stjerner, fordi betingelserne for deres dannelse er tilstede.

  • 0
  • 0

Det videnskaben kalder stoffer/grundstoffer er midlertidige tilstande, der er virkning af evige skabe/virke-principper.
'Noget fysikerne, endnu ikke har forstået'.
I al korthed.

  • 0
  • 0