Химические элементы. Дело слепого случая

«Каждое тело во Вселенной, даже самая отдаленная звезда, состоит из атомов», - говорится в «Энциклопедии зрение и атомов» (англ.). Отдельные атомы слишком маленькие, чтобы их можно было увидеть, но, соединившись вместе, они образуют все известные химические вещества. Некоторые из этих веществ твердые и видимые для нас, другие - невидимые и газообразные. Можно ли существование всех химических элементов объяснить случайностью?

Хотя водород - самый простой из всех атомов, он служит горючим для таких звезд, как наше Солнце, и необходим для жизни. Ядро атома водорода имеет только один протон, и вокруг этого ядра движется один электрон. В состав атомов других химических элементов, например углерод, кислород, золото и ртуть, входит много электронов, кружат вокруг ядра, которое содержит много протонов и нейтронов.

Около 450 лет назад было известно лишь 12 элементов. С открытием других ученые заметили, что элементы подчиняются естественной системе. И когда их разместили в ряды и столбцы таблицы, ученые обнаружили, что элементы в одном столбце имеют подобные свойства. Однако в таблице оставались свободные места, которые должны были занять неизвестные еще элементы. Благодаря этой системе российский ученый Дмитрий Менделеев предсказал существование элемента с атомным номером 32, германия, а также его окраску, массу, плотность и температуру плавления. «Предсказание [Менделеева] относительно других элементов, которых не хватало, - галлия и скандия - тоже оказались очень точными», - говорится в научном учебнике по химии за 1995 год.

Со временем ученые предсказали существование других неизвестных элементов и некоторые их свойства. В конце концов были открыты все элементы, которых не хватало. В таблице больше не осталось ни одного пустого места. Естественный порядок элементов базируется на количестве протонов в их ядре и начинается элементом с номером 1, водородом, и продолжается до элемента, который встречается на Земле в естественном состоянии, - элемента с номером 92, урана. На данный момент учёными открыто 118 элементов.

Задумаемся также над большим многообразием химических веществ, построенных из этих элементов. Золото и ртуть имеют характерный металлический блеск. Одно вещество твердое, а другое - жидкое. Но их химические элементы идут вслед друг за другом под номерами 79 и 80. Атом золота имеет 79 электронов, 79 протонов и 118 нейтронов. Атом ртути имеет лишь на один электрон и один протон больше и примерно то же самое число нейтронов.

Или совершенно случайно, благодаря такому незначительному изменению в структуре атома, возникло столь богатое многообразие веществ? А что сказать о силах, которые держат атомные частицы вместе? «Целая Вселенная - от малейшей частицы до самой галактики - подчиняется принципам, начертанными законами физики», - объясняется в «Энциклопедии зрение и атомов». Представьте себе, что произошло бы, если бы изменился хоть один из этих принципов. Который был бы следствием изменения, скажем, силы взаимодействия, под действием которой электроны постоянно двигаются вокруг атомного ядра?

Рассмотрим, каков был бы результат того, что электромагнитное взаимодействие стало бы слабее. «Электроны больше не держались бы атомов», - отмечает доктор Дэвид Блок в книге «Стар воч». И к чему это привело бы? «Мы оказались бы во Вселенной, где не могла бы происходить ни одна химическая реакция» - сказал он. Как же мы должны быть благодарны, что существуют неизменные законы, которые позволяют протеканию химических реакций! Когда, например, два атома водорода соединяются с одним атомом кислорода, образуется молекула драгоценной жидкости, воды.

Электромагнитное взаимодействие почти в 100 раз слабее сильного ядерного взаимодействия, благодаря которой атомные ядра не распадаются. Что бы произошло, если бы это соотношение изменилось? «Если бы относительная сила ядерного и электромагнитного взаимодействий была немного другой, то атомы углерода не существовали бы», - говорят ученые Джон Барроу и Фрэнк Типлер. А без углерода не было бы жизни. Атомы этого элемента составляют 20 процентов веса всех живых организмов.

Также очень важным является соотношение между электромагнитной силой и гравитацией. «Незначительный изменение в соотношении между гравитационной и электромагнитной взаимодействиями, - говорится в журнале «Нью сайентист», - превратила бы подобные Солнцу звезды в голубых гигантов [слишком горячих для существования жизни] или в красных карликов (недостаточно теплых для поддержания жизни)».

Другое взаимодействие - слабая ядерная - регулирует скорость ядерных реакций в Солнце. «Она как раз достаточной величины, чтобы водород в Солнце горел медленно, но с постоянной скоростью», - объясняет физик Фриман Дайсон. Можно привести много других примеров, которые показывают, что наша жизнь зависит от невероятно точно согласованных законов и хорошо подогнанных условий во Вселенной. Автор научных статей профессор Пол Дейвис сравнил эти законы и условия для ручек для настройки прибора и сказал: «Кажется, что, чтобы Вселенная была такой, чтобы в нем кипела жизнь, разные ручки должны быть настроены с высокой точностью».