કણોનું વિનાશ અને ભૌતિકીકરણ શું છે. "શ્યામ ઊર્જાના મહાસાગરો વચ્ચેના ટાપુઓ

પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોન, ન્યુટ્રિનો, ફોટોન, ગ્રેવિટોન એ સ્થિર પ્રાથમિક કણો છે. વૈજ્ઞાનિકોને હાલમાં કોઈ શંકા નથી કે લગભગ તમામ જાણીતા ટ્રેસ તત્વોના પોતાના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ છે. આજની તારીખે, કણોનો વિનાશ પણ સાબિત થયો છે.

વિનાશ - વિનાશ

1932 માં ઇલેક્ટ્રોનના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ, પોઝિટ્રોન, શોધાઈ ન હતી ત્યાં સુધી એન્ટિપાર્ટિકલ્સના અસ્તિત્વ વિશે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ દ્વારા લાંબા સમય સુધી ચર્ચા કરવામાં આવી હતી. પાછળથી, પ્રવેગકમાં એન્ટિપ્રોટોન અને એન્ટિન્યુટ્રોન મળી આવ્યા હતા.

આ શોધ પછી, પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોન એક જ રીતે અદૃશ્ય થઈ શકે છે તેમાં હવે કોઈ શંકા રહી નથી: એન્ટિપ્રોટોન અથવા પોઝિટ્રોન સાથે અથડાઈને. આ કિસ્સામાં, કણો નાશ પામે છે, પરિણામે બંને ગામા ફોટોનમાં ફેરવાય છે. લેટિનમાં "નિહિલ" નો અર્થ "કંઈ નથી", એટલે કે, કણોના વિનાશનો અર્થ "વિનાશ" હોવો જોઈએ.

વાસ્તવમાં, આપણે વિનાશ વિશે નહીં, પરંતુ પરિવર્તન વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. બાકીની ઉર્જા (પ્રોટોન, એન્ટિપ્રોટોન, ઈલેક્ટ્રોન, પોઝીટ્રોન) સાથેના સૂક્ષ્મ તત્વો બાકીના દળ વગરના તત્વોમાં રૂપાંતરિત થાય છે. ઊર્જાનો કુલ જથ્થો અપરિવર્તિત રહે છે. મજબૂત બેરીયોન (પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન) અને નબળા લેપ્ટોનિક (ઇલેક્ટ્રોન અને એન્ટિપાર્ટિકલ) ચાર્જ અને અન્ય લાક્ષણિકતાઓ પણ સાચવેલ છે.

પ્રાથમિક સૂક્ષ્મ પદાર્થોના એન્ટિપાર્ટિકલ્સ ક્ષીણ થતા નથી, જ્યારે મોટાભાગના અન્ય થોડા સમય પછી સ્વયંભૂ ક્ષીણ થઈ જાય છે.

ભૌતિકીકરણ

ભૌતિકીકરણ એ કણોના વિનાશની વિરુદ્ધ પ્રક્રિયા છે. આ બંનેએ બ્રહ્માંડની રચનાના પ્રારંભિક તબક્કામાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવી હતી.

એક સરળ ઉદાહરણનો ઉપયોગ કરીને, ચાલો જોઈએ કે ભૌતિકીકરણ શું છે.

જો ઓછામાં ઓછા 1 MeV ની ઉર્જા ધરાવતો ગામા ફોટોન અણુના ન્યુક્લિયસની નજીકથી ઉડે છે, તો તે ઈલેક્ટ્રોન અને પોઝીટ્રોનમાં ફેરવાઈ જશે. આ કિસ્સામાં, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ સુરક્ષિત છે, ફોટોનનો ચાર્જ શૂન્ય છે, અને બંને ઉભરતા સૂક્ષ્મ તત્વોના ચાર્જનો સરવાળો પણ શૂન્ય છે. તેવી જ રીતે, લેપ્ટન ચાર્જ ભૌતિકીકરણ દરમિયાન સચવાય છે. જો કણોની ઝડપ વધુ હોય, તો તેમની કુલ ઊર્જા આરામ કરતાં વધુ હોય છે, અને પરિણામી ગામા ફોટોનની ઊર્જા પણ વધુ હશે.

હવે તે સ્પષ્ટ છે કે શા માટે એન્ટિપ્રોટોન, પોઝિટ્રોન અથવા પાર્થિવ અથવા સૌર મૂળના એન્ટિન્યુટ્રોન ટૂંકા જીવનકાળવાળા કણો છે.

સૂર્ય અને પૃથ્વી પદાર્થથી બનેલા છે, એટલે કે પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોન અને ન્યુટ્રોન. તેથી, કણો સાથે તેમની પ્રથમ બેઠકમાં, એન્ટિપાર્ટિકલ્સ તરત જ નાશ પામે છે.

દ્રવ્ય એ એન્ટિપાર્ટિકલ્સ માટે પ્રતિકૂળ વાતાવરણ છે, તેથી એન્ટિમેટર અને દ્રવ્ય એકબીજાની નજીકમાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકતા નથી.

અત્યાર સુધી આપણને ખબર નથી કે તે બાહ્ય અવકાશમાં ક્યાં સ્થિત છે. પ્રકાશનો કિરણ આપણને આ વાત જાહેર કરી શકતો નથી, કારણ કે પદાર્થ દ્વારા ઉત્સર્જિત ફોટોન બરાબર સમાન હોય છે.

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ભૌતિકીકરણનો અર્થ છે બાકીના સમૂહ સાથે ઊર્જાનું કણમાં રૂપાંતર.

ઊર્જા અણુના ન્યુક્લિયસની નજીકથી પસાર થતા ફોટોનના સ્વરૂપમાં હોઈ શકે છે. કોસ્મિક રેડિયેશન પ્રોટોનની ગતિ ઊર્જા પણ સાકાર થઈ શકે છે. અવકાશમાંથી આવતા પ્રોટોનમાં તેની બાકીની ઉર્જા કરતાં એક અબજ ગણી વધુ ગતિ ઊર્જા હોઈ શકે છે. અને તે ગતિનું આ વિશાળ ભૌતિક માપ છે જે પૃથ્વીના વાતાવરણમાં ઘણા બધા કણોને જન્મ આપે છે. ઊંડા અવકાશમાંથી આવા ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા પ્રોટોન પૃથ્વીના વાતાવરણમાં નાઇટ્રોજન અથવા ઓક્સિજન ન્યુક્લિયસ સાથે અથડાય છે. આ અથડામણ દરમિયાન, ન્યુક્લિયસ તૂટી જાય છે, અને પ્રોટોનની ગતિની પ્રચંડ માત્રા લાખો કણો અને વિવિધ પ્રકારના એન્ટિ-પાર્ટિકલ્સ (બેરિયન અને એન્ટિબેરિયન, લેપ્ટોન્સ અને એન્ટિલેપ્ટન્સ, મેસોન્સ અને ફોટોન) ને જન્મ આપે છે. સામૂહિક રીતે, આ કણોને કોસ્મિક રે શાવર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જે મોટા પાયે ભૌતિકીકરણનું ઉદાહરણ છે.

પૃથ્વીની સપાટી પર, કણોના પ્રવેગકમાં વિવિધ પ્રકારના ભૌતિકીકરણ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, હાઇડ્રોજન ચેમ્બરમાં, ઝડપી પ્રોટોન હાઇડ્રોજન ન્યુક્લિયસ, એટલે કે, પ્રોટોન સાથે અથડાય છે અને તેની ગતિ ઊર્જા ન્યુટ્રોન, એન્ટિપ્રોટોન અને મેસોનમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

11 નવેમ્બર એ આંતરરાષ્ટ્રીય ઉર્જા બચત દિવસ છે. વૈકલ્પિક ઉર્જા સ્ત્રોતો વપરાશને વધુ આર્થિક અને પર્યાવરણને અનુકૂળ બનાવવા માટે રચાયેલ છે. શેવાળનો ઉપયોગ કરીને રહેણાંક મકાનને ઊર્જા સાથે કેવી રીતે પ્રદાન કરવું તે વિશે વાંચો, પવન ઉર્જા પ્લાન્ટના સંચાલનના સિદ્ધાંતો શું છે અને વૈકલ્પિક ઊર્જામાં કયા દેશો અગ્રેસર છે.

તમે એલ્યુમિનિયમના ડબ્બા પર કેટલું દૂર જઈ શકો છો?

આધુનિક વિશ્વમાં વૈકલ્પિક ઉર્જા સ્ત્રોતો પહેલાથી જ સામાન્ય બની ગયા છે. જો કે, આ ક્ષેત્રમાં વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા અદ્ભુત શોધ માટે હજી અવકાશ છે. જે પણ ઊર્જાના સ્ત્રોત તરીકે કામ કરે છે. કેટલાક દાયકાઓ પહેલાના કેટલાક વિચારો માત્ર વિજ્ઞાન સાહિત્ય લેખકોને જ આવી શક્યા હોત, પરંતુ 21મી સદીમાં આ પહેલેથી જ વાસ્તવિકતા છે.

થોડા વર્ષો પહેલા, જર્મનીના હેમ્બર્ગમાં, એક ઘર સંપૂર્ણપણે શેવાળ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. છોડ સાથેના 129 માછલીઘર બિલ્ડિંગના બાહ્ય સ્કેફોલ્ડિંગ પર નિશ્ચિત છે અને સૂર્ય પછી ફેરવવામાં સક્ષમ છે. આમ, જ્યારે પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે છે ત્યારે શેવાળ ગરમી છોડે છે. જો "બાયોરેએક્ટર" અગ્રભાગ વધુ પડતી ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે (ગરમ સની હવામાનમાં), તો ઊર્જા વિશિષ્ટ બફરમાં અનામતમાં સંગ્રહિત થાય છે. જ્યારે ટાંકીમાં શેવાળની ​​માત્રા તેની મર્યાદા સુધી પહોંચે છે, ત્યારે વધારાનું બાયોફ્યુઅલમાં પ્રક્રિયા કરવા માટે મોકલવામાં આવે છે અને સમગ્ર શિયાળાના સમયગાળા માટે પુરવઠો પૂરો પાડે છે.

ઉનાળામાં, લીલા શેવાળ પેનલ્સ અન્ય કાર્ય કરે છે: તેઓ એપાર્ટમેન્ટ્સની અંદર છાંયો બનાવે છે. ભાવિ માળખું બનાવવામાં લગભગ ત્રણ વર્ષનો સમય લાગ્યો, અને તેના નિર્માણમાં લગભગ 5 મિલિયન યુરો ખર્ચવામાં આવ્યા.

શું ફૂટબોલ રમતી વખતે ઊર્જાનો બગાડ ન કરવો, પરંતુ તેનાથી વિપરીત, તેને ઉત્પન્ન કરવું શક્ય છે? સોકેટ બોલના વિકાસકર્તાઓ (સોસર - ફૂટબોલ અને સોકેટ - કનેક્ટરમાંથી) આ પ્રશ્નનો હકારાત્મક જવાબ આપે છે. તકનીકી રીતે અદ્યતન બોલ એક ઉપકરણથી સજ્જ છે જે અસરમાંથી ગતિ ઊર્જાને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરવામાં સક્ષમ છે. માત્ર 15 મિનિટની રમતમાં, ગેમિંગ ડિવાઇસમાં બનેલી બેટરી સંપૂર્ણ ચાર્જ થઈ જાય છે. આ શક્તિ મોબાઇલ ફોન અથવા લેમ્પ ચાર્જ કરવા માટે પૂરતી હોઈ શકે છે. બોલ અન્ય સ્ત્રોતમાં વીજળી પ્રસારિત કરવા માટે વિશિષ્ટ કનેક્ટરથી સજ્જ છે.

રશિયન વિકાસકર્તાઓ વૈકલ્પિક ઉર્જાના ક્ષેત્રમાં શોધોની પણ બડાઈ કરી શકે છે. જર્મનીથી આમંત્રિત પ્રોફેસર એલેક્ઝાન્ડર ગ્રોમોવના નેતૃત્વ હેઠળ NUST MISIS ના બિન-ફેરસ ધાતુઓ અને સોનાના વિભાગની વૈજ્ઞાનિક ટીમે વેસ્ટ એલ્યુમિનિયમ અને બિન-ફેરસ ધાતુઓમાંથી વૈકલ્પિક પર્યાવરણને અનુકૂળ ઇંધણ (હાઇડ્રોજન) બનાવવાની પદ્ધતિ વિકસાવી છે. . એટલે કે, આ વિકાસ માટે આભાર, કાર એલ્યુમિનિયમ કેન પર સવારી કરી શકશે. એક નાનો સોડા કેન (0.33 લિટર) રિસાયકલ કરવાથી 20 મીટર ડ્રાઇવિંગ માટે બળતણ મળે છે.

“અમે ફીડસ્ટોકનું વિશ્લેષણ, એલ્યુમિનિયમના કચરાને ગ્રાઇન્ડીંગ કરવા માટેની શ્રેષ્ઠ પદ્ધતિઓ, મિકેનિઝમ્સ અને ઓક્સિડેશનની પદ્ધતિઓનો વિકાસ તેમજ પરિણામી ઘન ધાતુના રીએજન્ટના સંગ્રહ અને પરિવહનનો સમાવેશ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો કચરો, હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટેના ઉપકરણનો ખ્યાલ વિકસાવ્યો - એક એનાલોગ એસિટિલીન કાર્બાઇડ જનરેટર,” ગ્રોમોવે જણાવ્યું હતું.

ટેકનોલોજીનો એક ફાયદો તેની આગ સલામતી છે. તૈયાર ઈંધણ એલ્યુમિનિયમના કચરાને રિસાયકલ કરવાની સમસ્યાને ઉકેલવામાં પણ મદદ કરે છે અને કચરાના અલગ અલગ સંગ્રહ અને વર્ગીકરણની સમસ્યા તરફ ધ્યાન દોરે છે.

વૈકલ્પિક ઉર્જાના ફાયદા અને ગેરફાયદા

વિશ્વના ઘણા દેશો તેમની ઊર્જા પ્રણાલીઓમાં વૈકલ્પિક સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ સક્રિયપણે રજૂ કરી રહ્યા છે. ચીન નેતાઓમાંનું એક છે. આ દેશ વાતાવરણમાં સૌથી વધુ CO2 ઉત્સર્જન કરે છે, જેણે ચીની નેતૃત્વને વૈકલ્પિક પર્યાવરણને અનુકૂળ ઉર્જા સ્ત્રોતો વિશે વિચારવાની ફરજ પાડી. રાજ્ય યોજના અનુસાર, 2020 સુધીમાં, દેશના સાત પ્રદેશોમાં વિશાળ પવન ઊર્જા પ્લાન્ટ બનાવવામાં આવશે. પવન ઉર્જા સાથે, ચીન સક્રિયપણે સૌર ઉર્જાનો ઉપયોગ કરવાની યોજના ધરાવે છે.

યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં વૈકલ્પિક ઉર્જા પણ સક્રિય રીતે વિકાસ કરી રહી છે. 2014 માં, અમેરિકન વિન્ડ ટર્બાઇનની કુલ ક્ષમતા 65,879 મેગાવોટ જેટલી હતી. આ દેશ ભૂ-ઉષ્મીય ઊર્જાના વિકાસમાં વિશ્વ અગ્રણી છે, એક ક્ષેત્ર જે પૃથ્વીના કોર અને તેના પોપડા વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતનો ઉપયોગ ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે કરે છે.

જર્મની વૈકલ્પિક ઉર્જામાં અન્ય અગ્રણી દેશ છે. ગયા એપ્રિલમાં, દેશે એક પ્રકારનો રેકોર્ડ બનાવ્યો: એપ્રિલના છેલ્લા સપ્તાહના અંતે, જર્મનીએ તેની 85% ઊર્જા નવીનીકરણીય સ્ત્રોતોમાંથી પ્રાપ્ત કરી, એટલે કે, સૌર, પવન અને હાઇડ્રોઇલેક્ટ્રિક પાવર પ્લાન્ટ્સને આભારી.

વૈકલ્પિક ઉર્જા એવા દેશો માટે સારી મદદરૂપ બની શકે છે કે જેમની પાસે પોતાનો હાઇડ્રોકાર્બન અનામત નથી. જાપાને આ માર્ગને અનુસર્યો. 2011 માં જાપાની સંસદ દ્વારા પસાર કરાયેલ કાયદો વૈકલ્પિક ઉર્જા તેમજ પવન, સૌર, હાઇડ્રો અને જિયોથર્મલ ઉર્જાના વિકાસ માટે ટેકો પૂરો પાડે છે. દેશના મોટાભાગના રહેવાસીઓ વૈકલ્પિક ઊર્જામાં સંક્રમણને સમર્થન આપે છે, ફુકુશિમા અકસ્માત પછી, ઘણા જાપાનીઓ અણુ પાવર પ્લાન્ટનો સખત વિરોધ કરે છે.

આજકાલ, વૈકલ્પિક ઉર્જા મુખ્યત્વે પવન અને સૌર ઉર્જાનો ઉપયોગ કરવાના માર્ગને અનુસરે છે. વર્લ્ડ વિન્ડ એનર્જી એસોસિએશન (WWEA) દ્વારા પ્રકાશિત આંકડા અનુસાર, 2017ના અંતે વિશ્વની તમામ વિન્ડ ટર્બાઈનની કુલ ક્ષમતા 539,291 મેગાવોટ હતી. 2017 ના અંત સુધીમાં વિશ્વભરમાં સ્થાપિત વિન્ડ ટર્બાઇન વિશ્વની વીજળીની માંગના 5% કરતાં વધુ સપ્લાય કરી શકે છે.

વિન્ડ પાવર પ્લાન્ટના સંચાલનનો સિદ્ધાંત પવનની ગતિ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવાનો છે. આવા સ્ટેશનોમાં વિન્ડ એન્જિન, ઇલેક્ટ્રિક કરંટ જનરેટર, પવન એન્જિનના સંચાલનને નિયંત્રિત કરવા માટેનું સ્વચાલિત ઉપકરણ અને જનરેટરનો સમાવેશ થાય છે. વિન્ડ પાવર પ્લાન્ટનું ઉત્પાદન પોતે જ એકદમ સસ્તું છે. ગેરફાયદામાં ઓછી શક્તિ અને હકીકત એ છે કે તેમની કામગીરી હવામાન પર આધારિત છે. એક પ્રકારનું હવામાન અવલંબન. વધુમાં, આવા સ્ટેશનો ઘણો અવાજ ઉત્પન્ન કરે છે અને સામાન્ય રીતે રાત્રે બંધ કરવામાં આવે છે. પવન ઉર્જા પ્લાન્ટ હવાના ટ્રાફિક અને રેડિયો તરંગોમાં પણ દખલ કરે છે.

સૌર ઉર્જા પણ અનેક ગુણદોષ ધરાવે છે. નિષ્ણાતો પર્યાવરણીય મિત્રતા, વિશ્વમાં લગભગ ગમે ત્યાં ઉપલબ્ધતા અને સૂર્યનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદાઓ તરીકે આ સંસાધનની નવીનીકરણનો સમાવેશ કરે છે. ગેરફાયદામાં સ્ટેશનોની જટિલ જાળવણી અને સાધનોની ખર્ચાળ કિંમતનો સમાવેશ થાય છે.

કેવી રીતે જર્મન ઓસ્કરોવિચ અને એનાટોલી બોરીસોવિચે દલીલ કરી

વૈકલ્પિક ઊર્જાના ઉપયોગ અંગે રશિયામાં કોઈ સર્વસંમતિ નથી. Sberbank જર્મન ગ્રીફના વડા અને રુસ્નાનો કંપની એનાટોલી ચુબાઈસના વડા વચ્ચે ગૈદર ફોરમના માળખામાં થયેલા વિવાદ દ્વારા આ પુરાવા મળે છે.

જર્મન ગ્રેફે અભિપ્રાય વ્યક્ત કર્યો હતો કે આગામી વર્ષોમાં વૈકલ્પિક ઉર્જાને મોટા પાયે વિકાસની તક મળે તેવી શક્યતા નથી.

"મને ખબર નથી કે આપણી પાસે શા માટે સૂર્ય છે (સૌર ઉર્જા - સંસાધનોની વર્તમાન સસ્તીતાને જોતાં, મને એક પણ તક દેખાતી નથી કે આગામી 10 વર્ષમાં આપણી પાસે કોઈ પ્રકારનો સૂર્ય અથવા પવન હશે, " Sberbank ના વડા નોંધ્યું .

ચોથી આંતરરાષ્ટ્રીય કોંગ્રેસમાં બોલતા ટેક્સલરે જણાવ્યું હતું કે, "આ મુદ્દા પર ઊર્જા મંત્રાલયમાં અમારી પાસે ચોક્કસ સર્વસંમતિ છે, 2024 પછી નવીનીકરણીય ઉર્જા માટે સમર્થન વધારવા અને ચાલુ રાખવા માટે, અમે હવે આ પ્રકારના સમર્થનના કદ, કદ વિશે ચર્ચા કરી રહ્યા છીએ." રીનકોન "રિન્યુએબલ એનર્જી - XXI સદી: ઊર્જા અને આર્થિક કાર્યક્ષમતા".

હાલમાં, રશિયા પાસે "ગ્રીન" ઊર્જાને ટેકો આપવા માટે એક પ્રોગ્રામ છે, જેમાં પાવર પ્લાન્ટના નિર્માણનો સમાવેશ થાય છે જે સ્પર્ધાત્મક ધોરણે પસંદ કરવામાં આવે છે, પરંતુ આ પ્રોગ્રામ 2024 માં સમાપ્ત થશે. હવે પછી શું થશે તેની ઇન્ડસ્ટ્રી ચર્ચા કરી રહી છે.

અગાઉ, ઉર્જા પ્રધાન એલેક્ઝાન્ડર નોવાકે જણાવ્યું હતું કે 2035 સુધી 3.5 ટ્રિલિયન રુબેલ્સના રશિયન પાવર પ્લાન્ટના આધુનિકીકરણ માટે વિકસિત મોટા પાયે કાર્યક્રમના ભાગ રૂપે, 2024 પછી "ગ્રીન" ઊર્જાને ટેકો આપવા માટે નવા પ્રોગ્રામ માટે 405 બિલિયન રુબેલ્સ ફાળવવામાં આવી શકે છે. . નોવાકે એ પણ સમજાવ્યું કે તે હજી સ્પષ્ટ નથી કે સમર્થન તેના વર્તમાન સ્વરૂપમાં રહેશે કે શું અન્ય પગલાં હશે.

ભલે તે બની શકે, તે સ્પષ્ટ છે કે રશિયા અને અન્ય દેશોમાં વૈકલ્પિક ઉર્જા સ્ત્રોતો દર વર્ષે તેમની ક્ષમતામાં વધારો કરશે. તે જ સમયે, નજીકના ભવિષ્યમાં હાઇડ્રોકાર્બન ઊર્જાના મુખ્ય સ્ત્રોત તરીકે બંધ થવાની શક્યતા નથી.

સામગ્રી RIA નોવોસ્ટી અને ઓપન સોર્સની માહિતીના આધારે તૈયાર કરવામાં આવી હતી

જીવંત શરીર શેના બનેલા છે અને તેની સાથે કાર્બનનો શું સંબંધ છે? આનુવંશિક કોડ શું છે, વાયરસ કોણ છે, ઉત્ક્રાંતિ વૃક્ષ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને કેમબ્રિયન વિસ્ફોટ કેમ થયો? અણુઓથી વૃક્ષો સુધી: આધુનિક જીવન વિજ્ઞાનનો પરિચય આ અને અન્ય ઘણા પ્રશ્નોના જવાબ આપે છે. વાર્તાનું "ફોકસ" એ પૃથ્વી પરના જીવનની ઉત્ક્રાંતિ છે: લેખક માને છે કે ફક્ત આ ખૂણાથી જ વિવિધ જૈવિક સમસ્યાઓ એક જ અર્થ પ્રાપ્ત કરી શકે છે. આ પુસ્તક લોકપ્રિય વિજ્ઞાન સાહિત્યના ક્ષેત્રમાં “Enlightener” એવોર્ડ માટે ફાઇનલિસ્ટ હતું. પ્રકાશન ગૃહની પરવાનગી સાથે, અલ્પીના નોન-ફિક્શન સંશોધનનો એક ભાગ પ્રકાશિત કરે છે.

જીવંત જીવો શેના બનેલા છે?

આનો જવાબ ખૂબ જ સરળ છે: જીવંત સજીવો, નિર્જીવ શરીરની જેમ, અણુઓથી બનેલા છે.

આ નિવેદનનું મહત્વ, જેમ કે તેઓ કહે છે, વધુ પડતો અંદાજ કાઢવો મુશ્કેલ છે. નોબેલ પારિતોષિક વિજેતા રિચાર્ડ ફેનમેને તેમના પ્રખ્યાત "ફિઝિક્સ પરના ફેનમેન લેક્ચર્સ" ની શરૂઆતમાં કહ્યું હતું: "જો, કોઈ વિશ્વ આપત્તિના પરિણામે, બધા સંચિત વૈજ્ઞાનિક જ્ઞાનનો નાશ થઈ ગયો અને માત્ર એક જ વાક્ય જીવંત પ્રાણીઓની ભાવિ પેઢીઓને પસાર થઈ, તો પછી શું? સૌથી ઓછા શબ્દોથી બનેલું નિવેદન જે સૌથી વધુ માહિતી પ્રદાન કરશે? હું માનું છું કે આ એક પરમાણુ પૂર્વધારણા છે (તમે તેને પૂર્વધારણા નહીં, પરંતુ હકીકત કહી શકો, પરંતુ આ કંઈપણ બદલતું નથી): બધા શરીરમાં અણુઓનો સમાવેશ થાય છે - નાના શરીર જે સતત ગતિમાં હોય છે, ટૂંકા અંતરે આકર્ષાય છે, પરંતુ જો તેમાંથી એક તેને બીજામાં વધુ કડક રીતે દબાવી દે તો તેને ભગાડો."

ફેનમેને જે કહ્યું તે, અલબત્ત, સાચું છે. જો કે, કોઈપણ વૈજ્ઞાનિક નિવેદનમાં લાગુ પડવાની ચોક્કસ મર્યાદાઓ હોવી જોઈએ. ચાલો તેમને અહીં પણ શોધીએ. પરમાણુ પૂર્વધારણા માનવ વિચારની એક મહાન સિદ્ધિ છે, પરંતુ શું બ્રહ્માંડ સંપૂર્ણપણે અણુઓથી બનેલું છે? અને શું બધા જીવંત સજીવો ફક્ત તેમાંથી જ બનેલા છે?

આમાંના પ્રથમ પ્રશ્નોના જવાબ, વિચિત્ર રીતે પૂરતા, સ્પષ્ટપણે નકારાત્મક હશે. શરૂ કરવા માટે, આપણું બ્રહ્માંડ લગભગ 13.8 અબજ વર્ષો પહેલા બિગ બેંગથી શરૂ થયું હતું, અને ત્યારથી તેની રચનામાં ઘણો ફેરફાર થયો છે. જ્યાં સુધી આપણે કહી શકીએ, પ્રથમ 300,000 વર્ષો સુધી બ્રહ્માંડમાં એક પણ અણુ ન હતો (જોકે ત્યાં અન્ય ઘણા પ્રકારના કણો હતા). પરંતુ અણુઓ ઉદભવ્યા પછી પણ, તેઓ બ્રહ્માંડના મુખ્ય ઘટક બન્યા નથી. પ્લાન્ક સ્પેસ ઓબ્ઝર્વેટરી અનુસાર, વર્તમાન બ્રહ્માંડમાં 4.9 ટકા સામાન્ય પ્રાથમિક કણો છે જે અણુઓ બનાવી શકે છે, 26.8 ટકા ડાર્ક મેટર (જે સામૂહિક સિવાયના કોઈપણ અવલોકનક્ષમ ગુણધર્મો પ્રદર્શિત કરતું નથી) અને 68. 3 ટકા શ્યામ ઊર્જા (જેના વિશે) છે. તે સામાન્ય રીતે અસ્પષ્ટ છે કે તે કોઈપણ ભૌતિક સંસ્થાઓ સાથે જોડાયેલ છે કે કેમ). આશરે કહીએ તો, બ્રહ્માંડમાં 5 ટકાથી વધુ સામાન્ય અણુઓ નથી.

અમે ભારપૂર્વક જણાવીએ છીએ કે આ ગુણોત્તર વર્તમાન સ્થિતિને પ્રતિબિંબિત કરે છે. કેટલાક અબજ વર્ષો પહેલા તેઓ કદાચ અલગ હતા, કારણ કે બ્રહ્માંડ સતત વિકસિત થઈ રહ્યું છે; સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંત અને કોસ્મિક રેલિક્ટ રેડિયેશનના પ્રત્યક્ષ અવલોકનો પર આધારિત બંને ગણતરીઓ દ્વારા આની પુષ્ટિ થાય છે. તેથી, સંશોધન ડેટા દર્શાવે છે કે હવે બ્રહ્માંડના ભાગો, સામાન્ય દ્રવ્યમાંથી બનેલા છે, હકીકતમાં, શ્યામ દ્રવ્ય અને શ્યામ ઊર્જાના મહાસાગરો વચ્ચેના માત્ર ટાપુઓ છે, જેની ઊંડાઈ લોકોએ હજુ સુધી જોઈ નથી. (બાય ધ વે, આ બરાબર એ જ પ્રકારનું સંશોધન છે જેનું ડૉ. હાઉસ પ્રખ્યાત શ્રેણીની આઠમી સિઝનના પ્રથમ એપિસોડમાં સપના કરે છે.)

પરંતુ આપણા બીજા પ્રશ્ન માટે - શું બધી જીવંત પ્રણાલીઓ અણુઓથી બનેલી છે? - જવાબ વિશ્વાસપૂર્વક "હા" હશે. આ સંદર્ભમાં, જૈવિક વિશ્વ ભૌતિક વિશ્વ કરતાં ઘણું ઓછું વૈવિધ્યસભર છે. કોઈપણ જીવંત પ્રાણી શાસ્ત્રીય પરમાણુ પૂર્વધારણા અનુસાર સંપૂર્ણ રીતે અણુઓમાંથી અને માત્ર અણુઓમાંથી બનેલ છે. જીવનના અન્ય, બિન-પરમાણુ સ્વરૂપોના ઉદાહરણો અત્યાર સુધી માત્ર વિજ્ઞાન સાહિત્યમાં જ મળી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્ટેનિસ્લાવ લેમની મહાન નવલકથા સોલારિસ અણુઓમાંથી નહીં, પરંતુ અત્યંત હળવા પ્રાથમિક કણો - ન્યુટ્રિનોથી બનેલા જીવંત પ્રાણીઓનો ઉલ્લેખ કરે છે. પરંતુ આ લેખક દ્વારા સ્થાપિત વિચાર પ્રયોગ સિવાય બીજું કંઈ નથી. વાસ્તવિક જીવવિજ્ઞાનમાં, આપણે ફક્ત અણુઓ અને તેમના સ્થિર સંયોજનો સાથે વ્યવહાર કરવાનો છે, જેને પરમાણુ કહેવામાં આવે છે. અને પરમાણુઓ, બદલામાં, પદાર્થો બનાવે છે. એ જ ફેનમેને લખ્યું તેમ, કોઈપણ પદાર્થ એ અણુઓની પોતાની ગોઠવણીનો પ્રકાર છે.

અણુઓની દુનિયા તદ્દન વૈવિધ્યસભર છે. આ રેખાઓ લખતી વખતે, વૈજ્ઞાનિકો 118 પ્રકારના અણુઓ જાણે છે, જેને સામાન્ય રીતે રાસાયણિક તત્વો કહેવામાં આવે છે. સાચું, તે બધા જીવંત શરીરમાં જોવા મળતા નથી, અને જે જોવા મળે છે તે ત્યાં ખૂબ જ અસમાન રીતે વહેંચવામાં આવે છે.

સારા સમાચાર એ છે કે અણુઓ ઘણીવાર ખૂબ ટકાઉ હોય છે. તે પ્રક્રિયાઓમાં જે જીવવિજ્ઞાનનો સીધો અભ્યાસ કરે છે, તેઓ લગભગ ક્યારેય વિઘટિત થતા નથી, નવેસરથી ઉદ્ભવતા નથી અને એકબીજામાં રૂપાંતરિત થતા નથી. આનો અર્થ એ નથી કે તેઓ ક્યારેય એકબીજામાં રૂપાંતરિત થતા નથી: ખૂબ જ ટૂંક સમયમાં આપણે જોશું કે જો અણુઓ (વધુ સ્પષ્ટ રીતે, તેમના મધ્યવર્તી કેન્દ્ર) ના પરસ્પર પરિવર્તન ન હોત, તો બ્રહ્માંડમાં જીવન ઉદ્ભવ્યું ન હોત. જો કે, જીવંત શરીરની રચના કેવી રીતે થાય છે તે સમજવા માટે, આપણા માટે એકબીજા સાથે તૈયાર અને અપરિવર્તનશીલ અણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ધ્યાનમાં લેવી તે પૂરતું હશે.

અણુઓ વિશે સંક્ષિપ્તમાં

તેથી, અણુઓ.

તે ઘણા સમયથી જાણીતું છે કે તેઓ ત્રણ પ્રકારના પ્રાથમિક કણો ધરાવે છે: પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન. પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન પ્રમાણમાં મોટા કણો છે, દરેક ઇલેક્ટ્રોન કરતાં લગભગ 1800 ગણા ભારે છે. અણુ ન્યુક્લિયસ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનથી બનેલું હોય છે, અને અણુનો બાહ્ય શેલ ઇલેક્ટ્રોનથી બનેલો હોય છે, જેને સામાન્ય રીતે સીધો ઇલેક્ટ્રોન શેલ કહેવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોન કે જે શેલ બનાવે છે તે અત્યંત જટિલ માર્ગ સાથે ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે, પરંતુ, એક નિયમ તરીકે, તેનાથી ખૂબ દૂર જતા નથી.

આપણા માટે પ્રાથમિક કણોની સૌથી મહત્વની મિલકત દળ પણ નથી, પણ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે. અહીં કામ પર એકદમ સ્પષ્ટ અને ખૂબ જ સરળ કાયદાઓ છે.

પ્રોટોન વિદ્યુત રીતે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે, ઇલેક્ટ્રોન નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે, અને ન્યુટ્રોન પર કોઈ ચાર્જ નથી.

ઇલેક્ટ્રોનનો નકારાત્મક ચાર્જ પ્રોટોનના હકારાત્મક ચાર્જની તીવ્રતામાં સખત સમાન છે. તે સામાન્ય રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે કે પ્રોટોનનો ચાર્જ +1 છે, અને ઇલેક્ટ્રોન -1.

અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા મૂળભૂત રીતે પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે, તેથી સમગ્ર અણુનો ચાર્જ શૂન્ય છે. જો ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યાથી અલગ હોય, તો તેનો અર્થ એ છે કે આપણી પાસે માત્ર એક અણુ નથી, પરંતુ ચાર્જ થયેલ કણ છે - એક આયન.

18મી સદીમાં ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ શોધ્યું કે બે પ્રકારના ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે: હકારાત્મક અને નકારાત્મક. તેઓએ એ પણ શોધ્યું કે વિપરીત ચાર્જ આકર્ષે છે, અને ચાર્જની જેમ ભગાડે છે. આ કાયદાને ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સનો મૂળભૂત કાયદો અથવા કુલોમ્બનો કાયદો કહેવામાં આવે છે (હકીકતમાં, તે એક સૂત્ર તરીકે લખાયેલું છે જે તમને આકર્ષણ અથવા પ્રતિકૂળતાના બળને ચોક્કસ રીતે નિર્ધારિત કરવાની મંજૂરી આપે છે, પરંતુ અમે અહીં ગણિત વિના કરીશું). કુલોમ્બનો નિયમ અણુની અંદર સહિત ગમે ત્યાં લાગુ પડે છે. કડક શબ્દોમાં કહીએ તો, ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોન એક અણુ બનાવે છે કારણ કે તેઓ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટલી એકબીજા તરફ આકર્ષાય છે. સંદર્ભ માટે, અમે ઉમેરીએ છીએ કે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન સંપૂર્ણપણે અલગ પ્રકારના આકર્ષણ દ્વારા અણુ ન્યુક્લિયસમાં "ગુંદરાયેલા" છે - કહેવાતા મજબૂત પરમાણુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, જે ટૂંકા અંતરે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક કરતાં વધુ શક્તિશાળી છે. આ કારણે જ ન્યુક્લિયસમાં રહેલા પ્રોટોન કૂલમ્બ બળ તેમને એકબીજાથી ભગાડતા હોવા છતાં એક સાથે વળગી રહે છે.

ફોટો: પીટર મેકડીઆર્મિડ/ગેટી ઈમેજીસ

કોઈપણ અણુનું સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ એ પ્રોટોનની સંખ્યા અથવા અણુ સંખ્યા (Z) છે. Z મૂલ્ય વિશિષ્ટ રીતે તત્વોની સામયિક પ્રણાલીમાં આપેલ અણુની સ્થિતિ નક્કી કરે છે, એટલે કે સામયિક કોષ્ટકમાં. જેમ આપણે પહેલાથી જ જાણીએ છીએ, ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા સામાન્ય રીતે પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. પરંતુ ન્યુટ્રોનની સંખ્યા માટે, તે સમાન સંખ્યામાં પ્રોટોન માટે અલગ હોઈ શકે છે. જે પરમાણુ સમાન અણુ નંબર ધરાવે છે પરંતુ ન્યુટ્રોનની સંખ્યા અલગ હોય છે તેને આઇસોટોપ કહેવામાં આવે છે. જો "આઇસોટોપ્સ" શબ્દનો ઉલ્લેખ નથી, તો તેનો અર્થ એ છે કે આ કિસ્સામાં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા આપણા માટે મહત્વપૂર્ણ નથી. સમાન સંખ્યામાં પ્રોટોન ધરાવતા તમામ અણુઓ વ્યાખ્યા દ્વારા સમાન રાસાયણિક તત્વના છે.

તમામ સંભવિત અણુઓમાં સૌથી સરળ હાઇડ્રોજન (Z=1) છે. તે એક પ્રોટોન અને એક ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે. તેમાં કોઈ ન્યુટ્રોન બિલકુલ ન હોઈ શકે (જો કે તે કયા આઇસોટોપ છે તેના આધારે હોઈ શકે છે). જો એક સામાન્ય સરળ હાઇડ્રોજન અણુ તેના એકમાત્ર ઇલેક્ટ્રોનથી વંચિત હોય, તો તે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલ આયન સાથે બાકી રહેશે, જે આ કિસ્સામાં "નગ્ન" પ્રોટોન સિવાય બીજું કંઈ નથી.

19મી સદીની શરૂઆતમાં, અંગ્રેજ રસાયણશાસ્ત્રી અને ચિકિત્સક વિલિયમ પ્રોઉટે એક પૂર્વધારણા રજૂ કરી હતી જે તેના સમયથી આગળ હતી: કે અન્ય તમામ રાસાયણિક તત્વોના અણુઓ એક અથવા બીજી સંખ્યામાં હાઇડ્રોજન અણુઓના સંયોજનના પરિણામે રચાય છે. . અને તે સત્યથી એટલા દૂર ન હતા. બધા અણુઓ ખરેખર એક જ પ્રકારના કણોનો સમાવેશ કરે છે, જેમાંથી સૌથી સરળ શક્ય સમૂહ હાઇડ્રોજન અણુ (Z=1) કરતાં વધુ કંઈ નથી. બીજો સૌથી જટિલ અણુ હિલીયમ છે (Z=2), ત્રીજો લિથિયમ છે (Z=3), અને પછી આપણી પાસે સમગ્ર સામયિક કોષ્ટક છે. સૌથી ભારે અણુઓમાં સો કરતાં વધુ પ્રોટોન અને લગભગ બેસો ન્યુટ્રોન હોય છે. પરંતુ આપણે જીવવિજ્ઞાનમાં આવા રાક્ષસોનો સામનો કરીશું નહીં.

કેમિકલ બોન્ડ્સ

આપણા માટે અણુઓ વચ્ચે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાની સૌથી મહત્વપૂર્ણ રીતને સહસંયોજક બોન્ડ કહેવામાં આવે છે. આ ઇલેક્ટ્રોનની વહેંચાયેલ જોડી દ્વારા રચાયેલ બોન્ડ છે - દરેક બે અણુઓમાંથી એક. અમે ધારી શકીએ છીએ કે આ જોડીના ઇલેક્ટ્રોન એક જ સમયે બંને પરમાણુના છે. ગ્રાફિક ફોર્મ્યુલામાં કે જે પરમાણુઓની રચનાને દૃષ્ટિની રીતે પ્રદર્શિત કરે છે, એક સહસંયોજક બોન્ડ રાસાયણિક તત્વોના પ્રતીકો વચ્ચેની સરળ રેખા દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. તે ચોક્કસપણે આ બોન્ડ્સ છે જે મોટાભાગના સામાન્ય અણુઓમાં અણુઓને જોડે છે. એક ઉદાહરણ હાઇડ્રોજન પરમાણુ છે. તે બે હાઇડ્રોજન અણુઓ (H) ધરાવે છે જે એકબીજા સાથે એક સહસંયોજક બંધન બનાવે છે: H–H, અથવા ટૂંકમાં H2.

કેટલીકવાર સહસંયોજક બોન્ડ ડબલ હોય છે - એક જ સમયે બે જોડી ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા રચાય છે - અથવા તો ટ્રિપલ - એક જ સમયે ત્રણ જોડી દ્વારા રચાય છે. બોન્ડની બહુવિધતા જેટલી વધારે છે, તેટલું મજબૂત બોન્ડ, અન્ય વસ્તુઓ સમાન છે. બાયોલોજીમાં ડબલ સહસંયોજક બોન્ડ ખૂબ સામાન્ય છે. ટ્રિપલ લોકો ખૂબ ઓછા સામાન્ય છે, પરંતુ હજી પણ તેમના અસ્તિત્વ વિશે જાણવાથી નુકસાન થતું નથી. ગ્રાફિકલ સૂત્રોમાં, અનુક્રમે ડબલ અને ટ્રિપલ બોન્ડ, અણુ પ્રતીકો વચ્ચે ડબલ અથવા ટ્રિપલ ડેશ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઓક્સિજન અણુઓ (O) વચ્ચે ડબલ બોન્ડ સારી રીતે રચાય છે. પરિણામ એ O=O પરમાણુ અથવા ટૂંકમાં O2 છે. માર્ગ દ્વારા, આ તે જ વાતાવરણીય ઓક્સિજન છે જે આપણે શ્વાસ લઈએ છીએ.

સહસંયોજક બોન્ડ (ઓછામાં ઓછું જીવંત પદાર્થમાં) કરતાં ઘણું ઓછું સામાન્ય એ આયનીય બોન્ડ છે, જે ચાર્જ થયેલા કણોનું વિદ્યુત-સ્થિતિ આકર્ષણ છે. આપણે પહેલેથી જ જાણીએ છીએ કે કુલોમ્બના નિયમ મુજબ, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની જેમ ભગાડે છે અને તેનાથી વિપરીત આકર્ષે છે. તેથી, હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ કણ (કેશન) અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ એક (આયન) ચોક્કસપણે એકબીજાને આકર્ષિત કરશે. પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો છે કે આયન એ કોઈપણ સ્વતંત્ર રીતે અસ્તિત્વમાં રહેલા કણ છે જેમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રોટોનની સંખ્યાથી અલગ હોય છે. માઈકલ ફેરાડે દ્વારા પ્રયોજિત આ શબ્દ ગ્રીક શબ્દ પરથી આવ્યો છે જેનો અર્થ થાય છે “જવું”: એક ઉકેલમાં જેના દ્વારા વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થાય છે, હકારાત્મક ચાર્જ આયનો નકારાત્મક ધ્રુવ તરફ જાય છે, અને નકારાત્મક આયનો હકારાત્મક ધ્રુવ તરફ જાય છે. અણુ એ આયન બની જાય છે જો તેણે વધારાનું ઇલેક્ટ્રોન મેળવ્યું હોય અથવા તેનાથી વિપરીત, તેના કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન ક્યાંક ગુમાવ્યા હોય.

આયનીય બોન્ડનું ઉત્તમ ઉદાહરણ જાણીતા ટેબલ સોલ્ટ NaCl (સોડિયમ ક્લોરિન) દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જેનું સૂત્ર આ રીતે ફરીથી લખી શકાય છે. આનો અર્થ એ છે કે મીઠું સ્ફટિક એક-થી-એક ગુણોત્તરમાં હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સોડિયમ આયન અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ક્લોરિન આયનોથી બનેલું છે. આ કિસ્સામાં, દરેક ક્લોરિન અણુ પડોશી સોડિયમ અણુમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોન લે છે.

જીવનના તત્વો

જીવંત પદાર્થોની રાસાયણિક રચના એકદમ સમાન છે. પ્રથમ અંદાજ માટે, જીવંત કોષની રચના સમજવા માટે, ફક્ત પાંચ રાસાયણિક તત્વોને જાણવું પૂરતું છે. આ હાઇડ્રોજન (H), ઓક્સિજન (O), નાઇટ્રોજન (N), કાર્બન (C) અને ફોસ્ફરસ (P) છે. અમે હમણાં માટે આ તત્વોની અણુ સંખ્યાઓ પર ધ્યાન આપીશું નહીં: પ્રથમ, સામયિક કોષ્ટકમાં તેમને શોધવા કરતાં વધુ સરળ કંઈ નથી, અને બીજું, બીજું સૂચક હવે આપણા માટે વધુ મહત્વપૂર્ણ છે. કોઈપણ રાસાયણિક તત્વ વિશે આપણે જાણવાની સૌથી મહત્વની વસ્તુ તેની વેલેન્સી છે, એટલે કે તેના પરમાણુ રચી શકે તેવા સહસંયોજક બોન્ડની સંખ્યા.

તેથી, હાઇડ્રોજનની વેલેન્સી 1, ઓક્સિજન - 2, નાઇટ્રોજન - 3, કાર્બન - 4 અને ફોસ્ફરસ - 5 છે. તમારે ફક્ત આ સંખ્યાઓ યાદ રાખવાની જરૂર છે. કેટલીકવાર સૂચિબદ્ધ કેટલાક ઘટકોમાં અન્ય સંયોજકતા હોય છે, પરંતુ જ્યારે જીવવિજ્ઞાનનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે, ત્યારે આને તમામ કિસ્સાઓમાં અવગણી શકાય છે, સિવાય કે કેટલાક વિશિષ્ટ રીતે ઉલ્લેખિત મુદ્દાઓ સિવાય. મોનોવેલેન્ટ હાઇડ્રોજન, ડાયવેલેન્ટ ઓક્સિજન, ત્રિસંયોજક નાઇટ્રોજન, ટેટ્રાવેલેન્ટ કાર્બન અને પેન્ટાવેલેન્ટ ફોસ્ફરસ એ જીવનના મુખ્ય રાસાયણિક ઘટકો છે (ફિગ. 1.2 જુઓ). કેટલીકવાર આપણે વાત કરીએ છીએ ત્યારે આપણે અન્ય અણુઓ જેવા કે સલ્ફર (S), સોડિયમ (Na), ક્લોરિન (Cl), પોટેશિયમ (K) અથવા આયર્ન (Fe) પર આવીશું. પરંતુ તમારે તેમને સતત યાદ રાખવાની જરૂર નથી. પાંચ મુખ્ય બાયોજેનિક (એટલે ​​​​કે જીવન-રચના) રાસાયણિક તત્વો શરૂઆત માટે પૂરતા પ્રમાણમાં છે.

સુપરનોવા અને જીવન

તેમાં કોઈ શંકા નથી કે આપણા બ્રહ્માંડમાં મોટાભાગના અણુઓ હાઇડ્રોજન અને હિલીયમના અણુઓ છે. ખગોળશાસ્ત્રીઓ દાવો કરે છે કે 13 અબજ વર્ષો પહેલા, એટલે કે, બિગ બેંગના થોડાક સો મિલિયન વર્ષો પછી, "માત્ર" ગુણોત્તર નીચે મુજબ હતા: બ્રહ્માંડના તમામ અણુઓમાં આશરે 75 ટકા હાઇડ્રોજન અણુ હતા, આશરે 25 ટકા હિલીયમ અણુ હતા, અને ભારે તત્વો સંયુક્ત રીતે 0.00007 ટકા માટે જવાબદાર છે. અલબત્ત, ત્યારથી બ્રહ્માંડ બદલાઈ ગયું છે. પરંતુ અત્યારે પણ, હાઈડ્રોજન અને હિલીયમ સિવાયના તમામ તત્વો હાલના અણુઓના 2 ટકાથી વધુ નથી. દરમિયાન, તે સ્પષ્ટ છે કે હાઇડ્રોજનમાંથી કોઈ જટિલ પરમાણુઓનું નિર્માણ કરી શકાતું નથી, જેની સંયોજકતા એક સમાન હોય છે, અને હિલીયમ, જે સામાન્ય રીતે રાસાયણિક બોન્ડ બનાવવા માટે અનિચ્છા હોય છે.

આધુનિક બ્રહ્માંડમાં વિવિધ પ્રકારના અણુઓની સંખ્યાની સરખામણી કરીએ તો, આપણે તરત જ જોશું કે તેમાં હાઇડ્રોજન અને હિલીયમ પછી સૌથી સામાન્ય તત્વો ઓક્સિજન (Z=8), કાર્બન (Z=6) અને નાઇટ્રોજન (Z=7) છે. આપણી આકાશગંગામાં રાસાયણિક તત્વોની સાપેક્ષ વિપુલતા દર્શાવતા આલેખમાં આ સ્પષ્ટપણે દર્શાવી શકાય છે (જુઓ આકૃતિ 1.3). આડી અક્ષની સાથે તમે ત્યાં અણુ નંબર (Z) અને વર્ટિકલ અક્ષ સાથે - તત્વોની વિપુલતા, પ્રાધાન્ય લોગરીધમિક સ્કેલ પર (સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, આનો અર્થ એ છે કે ઊભી અક્ષ પર દરેક "પગલું" તફાવતને અનુરૂપ છે. એક દ્વારા નહીં, પરંતુ 10 ના પરિબળ દ્વારા). આવા ગ્રાફ પર, પ્રથમ વસ્તુ જે તમારી આંખને પકડે છે તે એક હકીકત છે જે આપણે પહેલાથી જ જાણીએ છીએ: ગેલેક્સીમાં અન્ય તમામ રાસાયણિક તત્વોના સંયોજન કરતા ઘણા ગણા વધુ હાઇડ્રોજન અને હિલીયમ છે. આ બે તત્વો સ્પર્ધાની બહાર છે. લિથિયમ (Z=3), બેરિલિયમ (Z=4) અને બોરોન (Z=5) ના પ્રદેશમાં સ્પષ્ટ નિષ્ફળતા જોવા મળે છે, કારણ કે આ અણુઓના ન્યુક્લિયસ પ્રમાણમાં અસ્થિર છે: તારાઓમાં થતી પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓની સિસ્ટમમાં, તેઓ સરળતાથી સંશ્લેષણ થાય છે, પણ સરળતાથી અને અલગ પડે છે. આયર્ન કોર (Z=26), તેનાથી વિપરીત, અત્યંત સ્થિર છે. તારાઓની ઊંડાઈમાં થતી ઘણી પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ ત્યાં સમાપ્ત થાય છે, તેથી આયર્ન ગ્રાફ પર ઉચ્ચ શિખર આપે છે. પરંતુ હાઇડ્રોજન અને હિલીયમ પછી આકાશગંગામાં સૌથી સામાન્ય તત્વો નિઃશંકપણે ઓક્સિજન, કાર્બન અને નાઇટ્રોજન છે, ચોક્કસપણે તે જીવનના રાસાયણિક "બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ" બની ગયા છે. આ ભાગ્યે જ અકસ્માત છે.

ફોટો: પીટર મેકડીઆર્મિડ/ગેટી ઈમેજીસ

આ ઉપરાંત, ગેલેક્સીમાં રાસાયણિક તત્વોની વિપુલતાનો આલેખ સ્પષ્ટપણે "જેગ્ડ" છે તે નોંધવું પણ મદદ કરી શકતું નથી. સમાન પરમાણુ સંખ્યાવાળા તત્વો, સરેરાશ, બ્રહ્માંડમાં "સમાન મૂલ્ય વિશે" વિષમ સંખ્યાવાળા તત્વો કરતાં વધુ સામાન્ય છે. સો વર્ષ પહેલાં, બે રસાયણશાસ્ત્રીઓ, ઇટાલિયન જિયુસેપ ઓડો અને અમેરિકન વિલિયમ હાર્કિન્સે એકબીજાથી સ્વતંત્ર રીતે આ તરફ ધ્યાન દોર્યું હતું. તેમના લેખો અનુક્રમે 1914 અને 1917 માં પ્રકાશિત થયા હતા. અને નિયમ કે જે મુજબ સમાન સંખ્યાઓ સાથેના તત્વો, અન્ય તમામ વસ્તુઓ સમાન હોવાને કારણે, એકી સંખ્યાવાળા તત્વો પર વિજય મેળવે છે, તે હજુ પણ તેમના માનમાં ઓડ્ડો-હાર્કિન્સ નિયમ કહેવાય છે. આ નિયમને ધ્યાનમાં લેવો આવશ્યક છે, ઉદાહરણ તરીકે, પૃથ્વીના પોપડાની રાસાયણિક રચનાનું વિશ્લેષણ કરતી વખતે.

ઓડ્ડો-હાર્કિન્સ નિયમનો ઉકેલ તેના શોધકર્તાઓ દ્વારા પહેલેથી જ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો. હકીકત એ છે કે ભારે તત્વોના પરમાણુ મધ્યવર્તી કેન્દ્ર મુખ્યત્વે હળવા ન્યુક્લીના ફ્યુઝનને કારણે રચાય છે. દરમિયાન, તે સ્પષ્ટ છે કે બે સરખા અણુ ન્યુક્લીનું મિશ્રણ કોઈપણ સંજોગોમાં પ્રોટોનની સમાન સંખ્યાવાળા તત્વના ન્યુક્લિયસમાં પરિણમશે, એટલે કે એક સમાન અણુ સંખ્યા સાથે. અને પછી પરિણામી ન્યુક્લી એકબીજા સાથે ભળી જાય છે, ફરીથી બધા તત્વોને સમાન સંખ્યાઓ સાથે આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, હિલીયમનું "બર્નિંગ" (Z=2), જેમાં તેના ન્યુક્લી મોટા ઉર્જા આઉટપુટ સાથે એકબીજા સાથે જોડાય છે, પ્રથમ અસ્થિર અલ્પજીવી બેરિલિયમ ન્યુક્લી (Z=4), પછી કાર્બન ન્યુક્લી (Z=6) ઉત્પન્ન કરે છે. ), અને પછી ઓક્સિજન (Z=8).

તારાઓની રચના શરૂ થઈ તે પહેલાં, બ્રહ્માંડમાં માત્ર હાઇડ્રોજન, હિલીયમ અને લિથિયમની માત્રા હતી. જ્યાં સુધી આપણે જાણીએ છીએ ત્યાં સુધી, લિથિયમ કરતાં ભારે બધા તત્વો ફક્ત તારાઓમાં જ સંશ્લેષણ થાય છે અને સુપરનોવા વિસ્ફોટના પરિણામે વિતરિત થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે ઓછામાં ઓછા પ્રથમ પેઢીના તારાઓનું જીવન ચક્ર સમાપ્ત થાય અને આ તારાઓ વિસ્ફોટ ન થાય ત્યાં સુધી જીવંત સજીવોની રચના માટે કંઈ જ નહોતું.

સૌથી પ્રસિદ્ધ લેખના લેખકો, જેણે તારાઓમાં રાસાયણિક તત્વોના સંશ્લેષણની પદ્ધતિનું વર્ણન કર્યું હતું, તે ચાર વૈજ્ઞાનિકો હતા: માર્ગારેટ બર્બિજ, જ્યોફ્રી બરબિજ, વિલિયમ ફોલર અને ફ્રેડ હોયલ. આ લેખનો વારંવાર લેખકોના આદ્યાક્ષરો B2FH (“ba-square-ef-ash”) દ્વારા ઉલ્લેખ કરવામાં આવે છે. સંશોધનનો આરંભ કરનાર એસ્ટ્રોફિઝિસ્ટ હોયલ હતા: તેમણે જ સૌપ્રથમ અનુમાન લગાવ્યું હતું કે તારાઓમાં માત્ર હિલીયમ જ નહીં, પણ કાર્બનનું પણ સંશ્લેષણ થઈ શકે છે. હોયલનો આભાર, પ્રથમ વ્યાવસાયિક પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્રી ફાઉલર (પ્રથમ તો તે શંકાસ્પદ હતો, પરંતુ હોયલે તેને ખાતરી આપી), અને પછી બર્બિજ ખગોળશાસ્ત્રીઓ, કાર્યમાં સામેલ થયા. ઇન્ટરનેટ પર એક અદ્ભુત ફોટો શોધવો સરળ છે જેમાં ચારેય તેમનામાંના સૌથી મોટા ફોલરનો 60મો જન્મદિવસ ઉજવે છે અને બાદમાં તેમના સાથીદારોએ તેમને આપેલા સ્ટીમ એન્જિનના વર્કિંગ મોડલ પર આનંદ કરે છે.

B2FH પેપર અગાઉની પૂર્વધારણાને રદિયો આપે છે, જે માનતા હતા કે બિગ બેંગ દરમિયાન તમામ તત્વોના ન્યુક્લિયસ સીધા જ સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યા હતા અને ત્યારથી તેમની સાંદ્રતા લગભગ સ્થિર રહી છે. વાસ્તવમાં, બિગ બેંગ પછીના પ્રથમ અબજો વર્ષોમાં, બ્રહ્માંડ કેવળ હાઇડ્રોજન-હિલીયમ હતું તેવી શક્યતા વધુ છે. અને તે પછી જ તે સુપરનોવાની મદદથી ભારે તત્વોમાં સમૃદ્ધ થવાનું શરૂ થયું ("ભારે તત્વો" હવે આપણે દરેક વસ્તુને હિલીયમ કરતાં ભારે અથવા, આત્યંતિક કિસ્સામાં, લિથિયમ કહીએ છીએ).