Tá solas na Gréine mar gheall ar chomhleá núicléach, a athraíonn hidrigin go héiliam go príomha. Mar sin féin, is féidir le réaltaí dul faoi phróisis bhreise, ag cruthú eilimintí i bhfad níos troime ná sin. Creidmheas íomhá: NASA / SDO.

60 Bliain de Starstuff

Conas a fuair an chine daonna amach cá as a dtagann ár n-eilimintí.

Scríobh an fisiceoir Paul Halpern ó Ollscoil na nEolaíochtaí i Pennsylvania an t-alt seo. Is é Paul údar an leabhair nua The Quantum Labyrinth: How Richard Feynman agus John Wheeler Revolutionized Time and Reality.

“Ní fhéadfá a bheith anseo mura bpléascfadh réaltaí, toisc nár cruthaíodh na heilimintí - an carbón, nítrigin, ocsaigin, iarann, na rudaí go léir atá tábhachtach don éabhlóid agus don saol - ag tús an ama. Cruthaíodh iad i bhfoirnéisí núicléacha réaltaí, agus is é an t-aon bhealach dóibh dul isteach i do chorp ná dá mbeadh na réaltaí sin cineálta go leor le pléascadh… ”-Lawrence Krauss

San eolaíocht, ní gá duit gach rud a chur ina cheart chun na rudaí is dochreidte a chur ina gceart. Uaireanta tagann smaointe maithe as paraidím a theip. Sampla den scoth den dá rud is ea an páipéar núicléasaisintéise stellar ceannródaíoch (núicléis chasta a chruthú ó chinn níos simplí), a foilsíodh i 1957, ar a dtugtar B2FH go simplí, tar éis ceannlitreacha na gceithre údar. Den chéad uair, thairg sé samhail rathúil de fhoirmiú eilimintí. Dearadh é chun an gá le Big Bang a sheachaint, agus chun tacú le míniú malartach ar a dtugtar teoiric Steady State. Sa lá atá inniu ann, cé gur iarsma den am atá thart í teoiric Steady State, comhlánaíonn núicléasaisintéis stellar teoiric an Big Bang i míniú rathúil, cuimsitheach ar an gcaoi ar tógadh na heilimintí go léir sa chruinne ó cháithníní tosaigh.

Is fíric aisteach den stair é gur bhain réalteolaí an téarma “Big Bang” leis an gcéad uair chun cur síos a dhéanamh ar chéimeanna luatha na Cruinne, agus chiallaigh sé sin go géarchúiseach. Shíl taighdeoir Cambridge Fred Hoyle (an “H” sa pháipéar lárnach), a chum an abairt in agallamh raidió de chuid an BBC i 1948, go raibh smaoineamh an ábhair uile sa chruinne ag teacht chun cinn ag an am céanna, cosúil le pléascadh tobann piñata cosmaí colossal, a bheith ridiculous go paiteanta.

Bhí Fred Hoyle ina chlár rialta ar chláir raidió an BBC sna 1940idí agus sna 1950idí, agus bhí sé ar dhuine de na daoine ba mhó tionchar i réimse na núicléasaisintéise stellar. Creidmheas íomhá: Cuideachta Craolacháin na Breataine.

Cé gur chreid sé i gcosmas a bhí ag leathnú, shíl sé go mairfeadh sé go deo i Stát Steady atá beagnach cosúil leis, le suaitheadh ​​mall d’ábhar úr ag líonadh na mbearnaí - cosúil le táilliúir ag cur cnaipí nua le culaith a athraíodh do leanbh atá ag fás.

Sa Big Bang, cruthaíonn an Cruinne atá ag leathnú ábhar caolú le himeacht ama, agus sa Teoiric Steady-State, cinntíonn cruthú ábhair leanúnach go bhfanann an dlús seasmhach le himeacht ama. Creidmheas íomhá: E. Siegel.

Ba é ceann de na príomhfhadhbanna le scéim Steady State Hoyle, a chomhfhorbair le Thomas Gold agus Herman Bondi, ná an chaoi a bhféadfadh na cáithníní fuar, bunrang a théann isteach sa spás aistriú go heilimintí níos airde de réir a chéile. Sa réimse sin, mhaígh teoiric an Big Bang, ar dtús, go raibh na freagraí ar fad aici. Airbheartaigh George Gamow, in éineacht lena mhac léinn Ralph Alpher, míniú iomlán a thabhairt ar chruthú eilimintí trí núicléasaisintéis Big Bang. Is é sin, d'áitigh siad gur chruthaigh coire tinte an Big Bang na heilimintí ceimiceacha nádúrtha go léir, ó hidrigin suas trí úráiniam, as na bloic thógála prótón agus neodrón níos simplí. D’fhoilsigh siad a gcuid oibre i bpríomhpháipéar “Origin of the Chemical Elements,” a bhí le feiceáil in Aibreán 1948.

George Gamow, ina sheasamh (le píopa) ar dheis, i Saotharlann Bragg i 1930/1931. Creidmheas íomhá: Serge Lachinov.

Bhí tuiscint iontach greann ag Gamow agus ba bhreá leis scéalta grinn praiticiúla a imirt. Ag tabhairt dá haire go raibh ainm Alpher agus a chosúlacht leis an gcéad agus an tríú litir den aibítir Ghréagach, alfa agus gáma, nuair a chuir sé an páipéar isteach, shocraigh sé ainm an fhisiceora Hans Bethe, a bhí cosúil le béite, a chur leis mar an dara údar. Ní raibh baint ar bith ag Bethe leis an bpáipéar. Mar sin féin, bhí sé ina shaineolaí ar núicléasaisintéis, agus mar sin ní raibh an smaoineamh chomh craiceáilte is a bhí sé. Dá bhrí sin tugtar an páipéar alfa-béite-gáma ar an alt seimineár go huilíoch. (Nuair a tháinig mac léinn iarchéime eile Robert Herman isteach ar an bhfoireann, mhol Gamow go magúil go n-athródh sé a ainm go “Delter,” díreach le go n-oirfeadh sé.)

An páipéar cáiliúil Alpher-Bethe-Gamow i 1948, a thug mionsonraí ar chuid de na pointí is deise de Nucleosynthesis Big Bang. Bhí na heilimintí solais tuartha i gceart; ní raibh na heilimintí troma. Creidmheas íomhá: Physical Review (1948).

Bródúil as a chuid focal cliste mar aon lena smaoineamh úrscéal, sheol Gamow cóip den pháipéar chuig a chara fisiceoir Sualannach Oskar Klein, ag cur in iúl dó a thábhachtaí atá sé. “Dealraíonn sé go bhféadfadh an t-alt‘ aibítreach ’seo alfa go óimige den táirgeadh eiliminte a léiriú,” a scríobh Gamow. "Conas is maith leat é?" Ansin d’fhreagair Klein:

“Go raibh míle maith agat as do pháipéar aibítreach a fheictear a chur chugam. An ligfidh tú dom, áfach, roinnt amhrais a bheith agam maidir lena léiriú 'an alfa go óimige den táirgeadh eiliminte.' Chomh fada agus a théann gáma, aontaím leat go hiomlán ar ndóigh agus go bhfuil an gealladh fúthu an tús geal seo go deimhin, ach maidir leis an bhforbairt bhreise feicim deacrachtaí. "

Go deimhin, bhí freagra Klein oiriúnach. Ní fhéadfadh an páipéar alfa-béite-gáma ach na chéad trí ghné a mhíniú: hidrigin, héiliam, agus (go pointe teoranta) litiam. D’fhéadfaí iad seo a thógáil céim ar chéim, cosúil le gráganna dréimire, trí phrótón, neodrón, nó deoitéirón (teaglaim prótóin-neodróin) a chur leis chun ardú go dtí an chéad iseatóp eile. Taobh amuigh de tháirgeadh litiam bhí fadhb mharfach ann: ní raibh iseatóip chobhsaí de mhais adamhach (suim prótón móide neodrón) cúig nó ocht!

  • Dá gcuirfí prótón nó neodrón le héiliam-4, chun héiliam-5 nó litiam-5 a chruthú, dhéanfadh ceachtar acu lobhadh i níos lú ná 10–21 soicind.
  • Nuair a chuirtear dhá núicléas héiliam-4 le chéile, chun beirilliam-8 a chruthú, tá meath i mbeagán faoi bhun 10-16 bliana.

Gan céim mhaith trí mhais a cúig nó a hocht, ba chosúil nach raibh aon bhealach maith ann chun dul chun cinn breise. Ní raibh aon bhealach ann, mar shampla, go bhféadfaí carbón a chur le chéile, go háirithe san am teoranta a bhí na cruinne ar a teo. Nuair a smaoinigh tú ar eilimintí níos airde agus níos troime, níor fhás an fhadhb ach níos deacra. Mar sin bhí dréimirí lárnacha in easnamh ar an dréimire núicléasaisintéise Big Bang a rinne doomed air mar chur síos iomlán ar an tábla peiriadach iomlán.

Na méideanna tuartha de héiliam-4, deoitéiriam, héiliam-3 agus litiam-7 mar a bhí tuartha ag Nucleosynthesis Big Bang, agus breathnóireachtaí le feiceáil sna ciorcail dhearga. Cé go dtógann an Bang Mór roinnt eilimintí, níl an chuid is mó den tábla peiriadach. Creidmheas íomhá: Foireann eolaíochta NASA / WMAP.

Idir an dá linn, chuir Hoyle a hipitéis féin amach gur táirgeadh réaltaí móra dearga na heilimintí go léir níos airde ná héiliam. Le deich mbliana anuas, ó lár na 1940idí go lár na 1950idí, thosaigh sé ag smaoineamh ar chineálacha éagsúla próiseas núicléach a d’fhéadfadh na heilimintí níos airde a thógáil suas, mar shampla carbón, nítrigin, agus ocsaigin i gcroíthe stellar tinte. Theastódh teocht an-ard uathu seo ar feadh tréimhsí fada ama.

Ag Caltech, bhunaigh CC (Charles Christian) Lauritsen, fisiceoir núicléach ón Danmhairg, ionad cumhachtach struchtúir núicléach darb ainm Saotharlann Radaíochta WK Kellogg. I measc na dtaighdeoirí a bhí ann sna 1950idí bhí mac léinn iarchéime Lauritsen William Fowler, agus Thomas, mac Lauritsen, fisiceoir cumasach ann féin. Rinneadh idirdhealú idir an tsaotharlann agus luasairí cáithníní á n-úsáid chun cáithníní a bhrostú agus a chamán i dtreo spriocanna núicléacha, agus ba chúis le tras-aistrithe i gcásanna áirithe.

Willie Fowler i Saotharlann Radaíochta WK Kellogg ag Caltech, a dhearbhaigh go raibh Stát Hoyle agus an próiseas triple-alfa ann. Creidmheas íomhá: Cartlann Caltech.

Tarraingthe ag cumas Saotharlann Kellogg, shocraigh Hoyle go dtabharfadh sé cuairteanna fada ar Caltech, ag tosú i 1953. Nuair a shroich sé an saotharlann thug sé dúshlán láithreach do na taighdeoirí imscrúdú a dhéanamh ar a hipitéis ar staid chorraitheach fhadtréimhseach carbóin-12 a ghníomhaigh mar céim ríthábhachtach i núicléasaisintéis stellar. Bhí sé mar aidhm ag Fowler, an dá Lauristens, agus fisiceoir eile darb ainm CW Cook an stát sin a aimsiú agus d’éirigh leo é a tháirgeadh go gairid. Chuir sé sin tús le comhoibriú an-bhrabúsach idir Hoyle, Fowler, agus eile. Ba ghearr go raibh foireann bean chéile agus fear céile réalteolaithe na Breataine E. Margaret agus Geoffrey Burbidge ina dteannta, a d'oibrigh le Hoyle ag Cambridge.

Margaret agus Geoffrey Burbidge, ceannródaithe i réimse na núicléasaisintéise stellar. Creidmheas íomhá: Cartlann Caltech.

Ar an 30 Nollaig, 1956, bhí an obair aistrithe eiliminte ag Kellogg, a bhain le bombardú carbóin le deoitíní, le feiceáil san New York Times mar fhianaise ar theoiric Steady State seachas ar an mBang Mór. Ag tagairt do chaint a thug Thomas Lauritsen ag cruinniú bliantúil Chumann Fisiciúil Mheiriceá an bhliain sin, léigh a cheannlíne, “Déanann an Fisiceoir Héiliam Carbóin; Glactar le Transmutation mar Chuidiú le Bunús na Cruinne a Mhíniú; Buail Teoiric 'Big Bang'. "

Na ceannlínte ag fógairt go n-éireoidh le núicléasaisintéis stellar ... agus ag tuar na n-eilimintí alfa-béite-gáma d'eilimintí níos troime. Creidmheas íomhá: New York Times.

Níos lú ná bliain ina dhiaidh sin, an 1 Deireadh Fómhair, 1957, d’fhoilsigh an dá Burbidges, Fowler, agus Hoyle (B²FH) an páipéar seimineáir “Synthesis of the Elements in Stars” in Reviews of Modern Physics. " Ag tarraingt ar shaineolas teoiriciúil Hoyle, fios gnó breathnóireachta na Burbidges, agus crógacht thurgnamhach Fowler (a phioc sé go páirteach ó CC Lauritsen), ba léiriú iontach é an páipéar ar an gcaoi ar tógadh na heilimintí, agus iad á roinnt ina bpróisis éagsúla, ag tosú le dó hidrigine agus le héiliam a dhó, agus leanúint ar aghaidh leis na próisis “s” (gabháil neodrón mall) mar a thugtar orthu, “r” (gabháil tapa neodrón) agus “p” (gabháil prótóin) ina mbíonn eilimintí níos airde i gceist.

Na bealaí chun eilimintí a thógáil - seasmhach agus éagobhsaí - ó núicléasaisintéis i réaltaí. Creidmheas íomhá: Woosley, Arnett and Clayton (1974), Astrophysical Journal.

Léirigh siad an chaoi a bhféadfadh réaltaí atá ag dul in aois a bhí ollmhór go leor, mar Red Giants agus Supergiants, a bheith indéanta go fuinniúil na heilimintí go léir a chruthú suas go hiarann ​​ina gcroí. D’fhéadfaí na heilimintí níos airde fós a tháirgeadh i ndálaí foircneacha pléascadh supernova, ar a scaoilfí an gamut iomlán eilimintí isteach sa spás.

Ní amháin go ndéanann iarsma supernova eilimintí troma a cruthaíodh sa phléasc a dhíbirt ar ais isteach sa Cruinne, ach is féidir láithreacht na n-eilimintí sin a bhrath ón Domhan. Creidmheas íomhá: Réadlann X-gha NASA / Chandra.

Ba é príomhtheorannú an earra a bhí gan íoc ar shlí eile ná a mhainneachtain an méid héiliam sa spás a thuar. Cé go gcomhleáíonn na réaltaí go léir hidrigin ina héiliam, ní chruthóidís ach Cruinne a bhí, de réir maise, níos lú ná 5% héiliam inniu. Ach breathnaímid ar Cruinne ina bhfuil héiliam níos mó ná 25% dá mais. Chun an céatadán sin a tháirgeadh, bhí gá leis an Big Bang te. Comhoiriúnú dlúth réamh-mheastacháin Big Bang leis an gcóimheas hidrigine-go-héiliam iarbhír, chomh maith le fionnachtain 1965 ag Arno Penzias agus Robert Wilson ar radaíocht chúlra chosmaí, “hiss” fuaraithe na radaíochta ón luath-Cruinne, príomhshrutha stroighin tacaíocht réalteolaithe don Big Bang thar an Stát Steady.

I lár na 1960idí, scaoil Hoyle agus na Burbidges an teoiric bhunaidh Steady State, ach in éineacht le mac léinn Hoyle d’fhorbair Jayant Narlikar rogha eile le “bangs beaga” ar a dtugtar an stát gar-seasmhach. Go dtí a bhás i 2001, lean Hoyle ag glacadh leis an teoiric sin. Cé gur bhuaigh Fowler an Duais Nobel as a thaighde núicléach i gcoitinne, is féidir a rá nach bhfuair Hoyle agus na Burbidges mórán creidmheasa as a gcuid ranníocaíochtaí seimineár.

I 2007, in éineacht le Virginia Trimble, chabhraigh mé le seisiún a eagrú ag cruinniú de chuid Chumann Fisiciúil Mheiriceá in onóir cothrom 50 bliain an pháipéir B²FH. D’fhreastail Geoffrey Burbidge, faoin drochshláinte faoin am sin, le cúnamh ó altra, agus teoranta do chathaoir rothaí, agus thug sé óráid. Bhí a spiorad agus a ghuth chomh láidir agus a bhí riamh, áfach. Is cuimhin liom é ag caint faoi mhuintir Big Bang a bheith cosúil le leamaí mímheabhracha ag leanúint a gceannaire thar aille. Fuair ​​sé bás níos lú ná trí bliana ina dhiaidh sin.

Inniu is í Margaret Burbidge, ag aois 97, an t-aon údar ar an bpáipéar atá fós beo, agus muid ag comóradh 60 bliain ar an bhfód. Déanaimis tósta a ardú don Ollamh Burbidge agus a comhghleacaithe nach maireann, mar cheiliúradh ar an nóiméad a thuig an cine daonna go bhfuil sé déanta as rudaí réalta!

Tá Starts With A Bang lonnaithe ag Forbes, athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Déan an chéad leabhar de chuid Ethan, Beyond The Galaxy, a ordú agus a chéad cheann eile, Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive!