Амьд бие юунаас бүтдэг вэ, нүүрстөрөгч үүнтэй ямар холбоотой вэ? Генетик код гэж юу вэ, вирус гэж хэн бэ, хувьслын мод хэрхэн ажилладаг вэ, Кембрийн дэлбэрэлт яагаад болсон бэ? Атомоос мод хүртэл: Орчин үеийн амьдралын шинжлэх ухааны танилцуулга нь эдгээр болон бусад олон асуултад хариулдаг. Түүхийн "анхаарал" нь дэлхий дээрх амьдралын хувьсал юм: зохиогч зөвхөн энэ өнцгөөс харахад биологийн янз бүрийн асуудлууд нэг утгыг олж авч чадна гэж зохиогч үзэж байна. Энэхүү ном нь шинжлэх ухааны алдартай уран зохиолын салбарын "Соён гэгээрүүлэгч" шагналын эцсийн шатанд шалгарсан. Хэвлэлийн газрын зөвшөөрлөөр Alpina Nonfiction судалгааныхаа хэсгийг нийтэлдэг.
Амьд организм юунаас бүрддэг вэ?
Үүний хариулт нь маш амархан: амьд организмууд нь амьд бус биетүүдийн нэгэн адил атомуудаас бүрддэг.
Тэдний хэлснээр энэ мэдэгдлийн ач холбогдлыг хэт үнэлэхэд хэцүү байдаг. Нобелийн шагналт Ричард Фейнман алдарт “Фэйнманы физикийн лекцүүд” номынхоо эхэнд “Хэрэв дэлхийн ямар нэгэн сүйрлийн улмаас шинжлэх ухааны хуримтлуулсан бүх мэдлэг устаж, хойч үеийн амьд биетүүдэд ганцхан хэллэг өвлүүлсэн бол яах вэ? Хамгийн их мэдээлэл өгөх хамгийн цөөн үгээс бүрдсэн мэдэгдэл? Энэ бол атомын таамаглал гэдэгт би итгэдэг (та үүнийг таамаглал биш, харин баримт гэж нэрлэж болно, гэхдээ энэ нь юу ч өөрчлөхгүй): бүх бие нь атомуудаас бүрддэг - тасралтгүй хөдөлгөөнд байдаг жижиг биетүүд, богино зайд татагддаг, гэхдээ Хэрэв нэг нь нөгөө рүү нь илүү чанга дарвал няца."
Фейнманы хэлсэн үг мэдээж үнэн. Гэсэн хэдий ч аливаа шинжлэх ухааны мэдэгдэл нь тодорхой хязгаарлалттай байх ёстой. Тэднийг эндээс бас хайцгаая. Атомын таамаглал бол хүн төрөлхтний сэтгэлгээний агуу ололт боловч Орчлон ертөнц бүхэлдээ атомуудаас бүрддэг үү? Бүх амьд организм зөвхөн тэдгээрээс бүрддэг үү?
Эдгээр асуултын эхний хариулт нь хачирхалтай нь тодорхой сөрөг байх болно. Эхлэхийн тулд манай орчлон ертөнц ойролцоогоор 13.8 тэрбум жилийн өмнө Их тэсрэлтээр эхэлсэн бөгөөд тэр цагаас хойш түүний бүтэц маш их өөрчлөгдсөн. Бидний хэлж байгаагаар эхний 300,000 жилийн хугацаанд орчлон ертөнцөд нэг ч атом байгаагүй (хэдийгээр өөр хэд хэдэн төрлийн бөөмс байсан). Гэвч атомууд үүссэний дараа ч тэд сансар огторгуйн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болж чадаагүй юм. Планкийн сансрын ажиглалтын төвийн мэдээлснээр одоогийн орчлон ертөнц 4.9 хувь нь атом үүсгэж болох энгийн энгийн бөөмс, 26.8 хувь нь хар матери (массаас өөр ажиглагдах шинж чанаргүй), 68.3 хувь нь харанхуй энерги (ойролцоогоор) бүрддэг. Энэ нь ямар нэгэн материаллаг биетэй холбоотой эсэх нь ерөнхийдөө тодорхойгүй байна). Товчхондоо бол орчлон ертөнц 5 хувиас илүүгүй энгийн атомуудаас бүрддэг.
Эдгээр харьцаа нь өнөөгийн нөхцөл байдлыг илэрхийлж байгааг бид онцолж байна. Хэдэн тэрбум жилийн өмнө тэд өөр байж магадгүй, учир нь Орчлон ертөнц байнга хувьсан өөрчлөгдөж байдаг; Үүнийг харьцангуйн ерөнхий онол болон сансрын реликт цацрагийн шууд ажиглалт дээр үндэслэсэн тооцоолол хоёулаа баталж байна. Судалгааны тоо баримтаас харахад одоо бол ердийн материас бүтээгдсэн орчлон ертөнцийн хэсэг нь үнэндээ харанхуй бодис, харанхуй энергийн далай дундах арлууд болж, тэдний гүнийг хүмүүс хараахан судалж амжаагүй байна. (Дашрамд хэлэхэд, доктор Хаус алдарт цувралын наймдугаар улирлын эхний ангид яг ийм судалгаа хийхийг мөрөөддөг.)
Гэхдээ бидний хоёр дахь асуултад - бүх амьд систем атомаас бүтсэн үү? - Хариулт нь "тийм" гэсэн итгэлтэй байх болно. Үүнтэй холбогдуулан биологийн ертөнц нь физик ертөнцөөс хамаагүй бага ялгаатай байдаг. Аливаа амьд амьтан нь атомын сонгодог таамаглалд бүрэн нийцүүлэн зөвхөн атомуудаас бүрддэг. Амьдралын атомын бус хэлбэрүүдийн жишээг зөвхөн шинжлэх ухааны уран зөгнөлт зохиолоос олж болно. Жишээлбэл, Станислав Лемийн "Соларис" хэмээх агуу романд атомаас бус, харин маш хөнгөн энгийн тоосонцор - нейтринооос үүссэн амьд биетүүдийг дурдсан байдаг. Гэхдээ энэ бол зохиолчийн хийсэн бодлын туршилтаас өөр зүйл биш юм. Бодит биологийн хувьд бид зөвхөн атомууд болон тэдгээрийн тогтвортой хослолуудыг л авч үзэх ёстой бөгөөд үүнийг молекул гэж нэрлэдэг. Мөн молекулууд нь эргээд бодисыг бүрдүүлдэг. Фейнманы нэгэн адил бичсэнчлэн аливаа бодис нь атомын зохион байгуулалтын өөрийн гэсэн төрөл юм.
Атомын ертөнц маш олон янз байдаг. Эдгээр мөрүүдийг бичиж байх үед эрдэмтэд 118 төрлийн атомыг мэддэг бөгөөд үүнийг химийн элемент гэж нэрлэдэг. Үнэн, тэдгээр нь бүгд амьд биед байдаггүй бөгөөд олдсон нь тэнд маш жигд бус тархсан байдаг.
Сайн мэдээ гэвэл атомууд ихэвчлэн маш бат бөх байдаг. Биологийн шууд судалдаг эдгээр процессуудад тэдгээр нь бараг хэзээ ч задрахгүй, шинээр үүсэхгүй, бие биедээ хувирдаггүй. Энэ нь тэд хэзээ ч бие биедээ хувирдаггүй гэсэн үг биш юм: хэрэв атомуудын харилцан хувирал (илүү нарийвчлалтай, тэдгээрийн цөм) байхгүй байсан бол Орчлон ертөнцөд амьдрал үүсэх боломжгүй гэдгийг бид удахгүй харах болно. Гэсэн хэдий ч амьд биетүүд хэрхэн бүтэцтэй байдгийг ойлгохын тулд бэлэн ба өөрчлөгдөөгүй атомуудын харилцан үйлчлэлийг харгалзан үзэх нь бидэнд хангалттай байх болно.
Атомын тухай товчхон
Тэгэхээр атомууд.
Тэдгээр нь протон, нейтрон, электрон гэсэн гурван төрлийн энгийн бөөмсөөс бүрддэг нь нэлээд удаан хугацаанд мэдэгдэж байсан. Протон ба нейтрон нь харьцангуй том бөөмс бөгөөд тус бүр нь электроноос 1800 дахин хүнд байдаг. Атомын цөм нь протон, нейтроноос бүрдэх ба атомын гаднах бүрхүүл нь электронуудаас бүрддэг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн шууд электрон бүрхүүл гэж нэрлэдэг. Бүрхүүлийг бүрдүүлдэг электронууд нь маш нарийн төвөгтэй траекторын дагуу цөмийг тойрон хөдөлдөг боловч дүрмээр бол түүнээс хэт хол хөдөлдөггүй.
Бидний хувьд энгийн бөөмсийн хамгийн чухал шинж чанар бол масс биш, харин цахилгаан цэнэг юм. Энд туйлын ойлгомжтой, маш энгийн хууль үйлчилж байна.
Протон эерэг цахилгаан цэнэгтэй, электрон сөрөг цэнэгтэй, нейтрон цэнэггүй.
Электроны сөрөг цэнэг нь протоны эерэг цэнэгийн хэмжээтэй яг тэнцүү байна. Протон нь +1, электрон нь -1 цэнэгтэй гэж ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрдөг.
Атом дахь электронуудын тоо анхдагчаар протоны тоотой тэнцүү байдаг тул бүхэл атомын цэнэг тэг байна. Хэрэв электроны тоо протоны тооноос ялгаатай бол энэ нь бидний өмнө зөвхөн атом биш, харин цэнэглэгдсэн бөөмс - ион байна гэсэн үг юм.
18-р зууны физикчид эерэг ба сөрөг гэсэн хоёр төрлийн цахилгаан цэнэг байдгийг олж мэдсэн. Тэд мөн адил цэнэгүүд татдаг, мөн адил цэнэгүүд нь няцадаг болохыг олж мэдсэн. Энэ хуулийг цахилгаан статикийн үндсэн хууль буюу Кулоны хууль гэж нэрлэдэг (үнэндээ энэ нь таталцлын эсвэл түлхэлтийн хүчийг нарийн тодорхойлох боломжийг олгодог томъёогоор бичигдсэн байдаг, гэхдээ бид энд математикгүйгээр хийх болно). Кулоны хууль хаана ч, тэр дундаа атом дотор ч үйлчилдэг. Хатуухан хэлэхэд электрон ба протонууд бие биедээ цахилгаан татагддаг учраас нэг атом үүсгэдэг. Лавлагааны үүднээс бид протон ба нейтроныг атомын цөмд тэс өөр төрлийн таталцлаар "наасан" - богино зайд электростатикаас хамаагүй хүчтэй цөмийн харилцан үйлчлэл гэж нэрлэгддэг. Кулоны хүч тэднийг бие биенээсээ түлхэж байгаа ч цөм дэх протонууд хоорондоо наалддаг нь ийм учиртай юм.
Зураг: Питер Макдиармид / Getty Images
Аливаа атомын хамгийн чухал үзүүлэлт бол протоны тоо буюу атомын дугаар (Z) юм. Z утга нь элементийн үечилсэн систем, өөрөөр хэлбэл үелэх систем дэх өгөгдсөн атомын байрлалыг өвөрмөц байдлаар тодорхойлдог. Бидний мэдэж байгаагаар электронуудын тоо ихэвчлэн протоны тоотой тэнцүү байдаг. Харин нейтроны тооны хувьд ижил тооны протоны хувьд энэ нь өөр байж болно. Атомын дугаар ижил боловч нейтроны тоо өөр атомыг изотоп гэж нэрлэдэг. Хэрэв "изотопууд" гэдэг үгийг дурдаагүй бол энэ тохиолдолд нейтроны тоо бидний хувьд чухал биш гэсэн үг юм. Тодорхойлолтоор ижил тооны протонтой бүх атомууд ижил химийн элементэд хамаардаг.
Бүх боломжит атомуудаас хамгийн энгийн нь устөрөгч (Z=1) юм. Энэ нь нэг протон, нэг электроноос бүрдэнэ. Үүнд нейтрон огт байхгүй байж магадгүй (хэдийгээр энэ нь ямар изотопоос хамаарч байж болно). Хэрэв та энгийн энгийн устөрөгчийн атомыг цорын ганц электроноос нь хасвал эерэг цэнэгтэй ионтой үлдэх бөгөөд энэ нь "нүцгэн" протоноос өөр зүйл биш юм.
19-р зууны эхээр Английн химич, эмч Уильям Проут бусад бүх химийн элементүүдийн атомууд нэг буюу өөр тооны устөрөгчийн атомуудын нэгдлийн үр дүнд үүсдэг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. . Тэгээд тэр үнэнээс тийм ч хол байсангүй. Бүх атомууд үнэхээр ижил төрлийн бөөмсөөс тогтдог бөгөөд тэдгээрийн хамгийн энгийн багц нь устөрөгчийн атомаас өөр зүйл биш юм (Z=1). Хоёр дахь хамгийн нийлмэл атом нь гелий (Z = 2), гурав дахь нь литий (Z = 3) бөгөөд дараа нь бид бүхэл бүтэн үелэх систем бидний мэдэлд байна. Хамгийн хүнд атомууд нь зуу гаруй протон, хоёр зуу орчим нейтрон агуулдаг. Гэхдээ биологийн хувьд ийм мангастай таарахгүй.
Химийн холбоо
Атомуудын хоорондын харилцан үйлчлэлийн хамгийн чухал арга бол ковалент холбоо юм. Энэ бол хоёр атом тус бүрээс нэг электрон хосоор үүсгэгдсэн холбоо юм. Энэ хосын электронууд нэгэн зэрэг хоёр атомд хамаарна гэж бид таамаглаж болно. Молекулуудын бүтцийг нүдээр харуулсан график томъёонд ковалент холбоог химийн элементүүдийн тэмдгүүдийн хоорондох энгийн шугамаар зааж өгдөг. Ихэнх энгийн молекулуудын атомуудыг холбодог яг эдгээр холбоо юм. Жишээ нь устөрөгчийн молекул юм. Энэ нь бие биетэйгээ нэг ковалент холбоо үүсгэдэг хоёр устөрөгчийн атомаас (H) бүрдэнэ: H–H, эсвэл товчоор H2.
Заримдаа ковалент бонд нь хоёр хос электроноор нэг дор үүсдэг, эсвэл бүр гурав дахин - гурван хосоор нэг дор үүсдэг. Бондын олон талт байдал өндөр байх тусам холбоо илүү хүчтэй болно, бусад зүйлс тэнцүү байна. Давхар ковалент холбоо нь биологид маш түгээмэл байдаг. Гурвалсан нь хамаагүй бага тохиолддог, гэхдээ тэдний оршин тогтнох талаар мэдэх нь тийм ч хэцүү биш юм. График томъёонд давхар ба гурвалсан холбоог атомын тэмдэгтүүдийн хооронд давхар эсвэл гурвалсан зураасаар тус тус зааж өгсөн болно. Жишээлбэл, хүчилтөрөгчийн атом (O) хооронд давхар холбоо үүсч болно. Үр дүн нь O=O молекул буюу товчоор O2 юм. Дашрамд хэлэхэд энэ бол бидний амьсгалж буй агаар мандлын хүчилтөрөгч юм.
Ковалентын холбоог бодвол (наад зах нь амьд бодист) хамаагүй бага түгээмэл зүйл бол цэнэгтэй хэсгүүдийн электростатик таталт болох ионы холбоо юм. Кулоны хуулийн дагуу цахилгаан цэнэгүүд шиг түлхэж, ялгаатай нь татдаг гэдгийг бид аль хэдийн мэддэг болсон. Тиймээс эерэг цэнэгтэй бөөмс (катион) ба сөрөг цэнэгтэй (анион) бие биенээ татах нь гарцаагүй. Ион гэдэг нь электроны тоо нь протоны тооноос ялгаатай бие даан орших аливаа бөөм юм гэдгийг аль хэдийн дурдсан. Майкл Фарадейгийн зохиосон нэр томъёо нь өөрөө "явах" гэсэн утгатай грек үгнээс гаралтай: цахилгаан гүйдэл дамжин өнгөрөх уусмалд эерэг цэнэгтэй ионууд сөрөг туйл руу, сөрөг ионууд эерэг туйл руу шилждэг. Атом нь нэмэлт электрон авсан эсвэл эсрэгээрээ хаа нэгтээ зарим электроноо алдсан бол ион болдог.
Ионы бондын маш сайн жишээг сайн мэддэг ширээний давс NaCl (натрийн хлор) харуулж байгаа бөгөөд түүний томъёог дахин бичиж болно. Энэ нь давсны талст нь эерэг цэнэгтэй натрийн ион ба сөрөг цэнэгтэй хлорын ионуудаас нэгээс нэг харьцаатай байна гэсэн үг юм. Энэ тохиолдолд хлорын атом бүр хөрш натрийн атомаас нэг электрон авдаг бололтой.
Амьдралын элементүүд
Амьд бодисын химийн найрлага нь нэлээд жигд байдаг. Амьд эсийн бүтцийг хамгийн түрүүнд ойлгохын тулд зөвхөн таван химийн элементийг мэдэхэд хангалттай. Эдгээр нь устөрөгч (H), хүчилтөрөгч (O), азот (N), нүүрстөрөгч (C), фосфор (P) юм. Эдгээр элементүүдийн атомын дугаарыг бид одоохондоо анхаарахгүй: нэгдүгээрт, тэдгээрийг үечилсэн системээс олохоос өөр хялбар зүйл байхгүй, хоёрдугаарт, өөр нэг үзүүлэлт одоо бидний хувьд илүү чухал юм. Аливаа химийн элементийн талаар бидний мэдэх ёстой хамгийн чухал зүйл бол түүний валент, өөрөөр хэлбэл түүний атом үүсгэж болох ковалент бондын тоо юм.
Тиймээс устөрөгчийн валент нь 1, хүчилтөрөгч - 2, азот - 3, нүүрстөрөгч - 4, фосфор - 5. Та эдгээр тоонуудыг санах хэрэгтэй. Заримдаа жагсаасан элементүүдийн зарим нь бусад валенттай байдаг боловч биологийг судлахдаа тусгайлан заасан цөөн хэдэн элементээс бусад тохиолдолд үүнийг үл тоомсорлож болно. Нэг валент устөрөгч, хоёр валент хүчилтөрөгч, гурван валент азот, дөрвөн валент нүүрстөрөгч, таван валент фосфор нь амьдралын гол химийн бүрэлдэхүүн хэсэг юм (1.2-р зургийг үз). Заримдаа бид ярилцаж байхдаа хүхэр (S), натри (Na), хлор (Cl), кали (K) эсвэл төмөр (Fe) зэрэг бусад атомуудтай тулгарах болно. Гэхдээ та тэдгээрийг байнга санаж байх шаардлагагүй. Таван үндсэн биоген (өөрөөр хэлбэл амьдрал үүсгэгч) химийн элемент нь эхлэхэд хангалттай юм.
Суперноваци ба амьдрал
Манай орчлонгийн атомуудын дийлэнх нь устөрөгч ба гелийн атомууд гэдэгт эргэлзэх зүйл алга. Астрофизикчид 13 тэрбум жилийн өмнө, өөрөөр хэлбэл Их тэсрэлтийн дараа "ердөө" хэдхэн зуун сая жилийн дараа энэ харьцаа дараах байдалтай байсан гэж мэдэгджээ: Орчлон ертөнцийн бүх атомын ойролцоогоор 75 хувь нь устөрөгчийн атом, ойролцоогоор 25 хувь нь гелийн атом, бүх хүнд элементүүдийн атомууд нийлээд 0.00007 хувийг эзэлж байна. Мэдээжийн хэрэг, тэр цагаас хойш орчлон ертөнц өөрчлөгдсөн. Гэхдээ одоо ч гэсэн устөрөгч, гелиас бусад бүх элементүүд нь одоо байгаа атомуудын 2 хувиас илүүгүй байна. Үүний зэрэгцээ валент нь нэгтэй тэнцэх устөрөгч болон химийн холбоо үүсгэхийг хүсдэггүй гелий зэргээс нарийн төвөгтэй молекулуудыг барьж чадахгүй нь ойлгомжтой.
Орчин үеийн ертөнц дэх янз бүрийн төрлийн атомуудын тоог харьцуулж үзвэл устөрөгч ба гелийн дараа хамгийн түгээмэл элементүүд нь хүчилтөрөгч (Z = 8), нүүрстөрөгч (Z = 6), азот (Z = 7) болохыг бид шууд харах болно. Үүнийг манай Сүүн зам галактик дахь химийн элементүүдийн харьцангуй элбэг дэлбэг байдлыг дүрсэлсэн графикаар тодорхой харуулж болно (Зураг 1.3-ыг үз). Хэвтээ тэнхлэгийн дагуу та атомын дугаарыг (Z), босоо тэнхлэгийн дагуу - элементүүдийн элбэг дэлбэг байдлыг, логарифмын масштабаар (энгийнээр хэлбэл, босоо тэнхлэг дээрх "алхам" бүр нь зөрүүтэй тохирч байна гэсэн үг юм. нэгээр биш, харин 10 дахин) . Ийм график дээр таны анхаарлыг татах хамгийн эхний зүйл бол бидний аль хэдийн мэдэж байгаа баримт юм: Галактикт бусад бүх химийн элементүүдийг нийлүүлснээс хэд дахин их устөрөгч ба гели байдаг. Эдгээр хоёр элемент нь өрсөлдөөнөөс гадуур юм. Лити (Z=3), бериллий (Z=4) болон борын (Z=5) бүсэд эдгээр атомын цөм харьцангуй тогтворгүй тул тодорхой доголдол ажиглагдаж байна: оддод тохиолддог цөмийн урвалын системд, тэдгээр нь амархан нийлэгждэг боловч амархан задарч, унадаг. Төмөр цөм (Z=26) нь эсрэгээрээ маш тогтвортой байдаг. Оддын гүнд тохиолддог олон цөмийн урвалууд тэнд дуусдаг тул төмөр график дээр өндөр оргилыг өгдөг. Гэхдээ Сүүн замд устөрөгч, гелийн дараа хамгийн түгээмэл элементүүд нь хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгч, азотууд бөгөөд амьдралын химийн "барилгын материал" болсон нь эргэлзээгүй юм. Энэ бол осол биш л дээ.
Зураг: Питер Макдиармид / Getty Images
Нэмж дурдахад, Галактик дахь химийн элементүүдийн элбэг дэлбэг байдлын график нь тодорхой "ховор" байгааг анзаарахгүй байхын аргагүй юм. Тэгш атомын дугаартай элементүүд нь сондгой тоотой "ойролцоогоор ижил утгатай" элементүүдээс дунджаар Орчлон ертөнцөд илүү түгээмэл байдаг. Зуун жилийн өмнө Италийн Жузеппе Оддо, Америкийн Уильям Харкинс гэсэн хоёр химич нар бие биенээсээ хамааралгүйгээр үүнийг анхаарч үзсэн. Тэдний нийтлэл 1914, 1917 онд тус тус хэвлэгджээ. Мөн тэгш тоотой элементүүд, бусад бүх зүйл тэнцүү, сондгой тоотой элементүүдээс давамгайлах дүрмийг Оддо-Харкинсийн дүрэм гэж нэрлэдэг хэвээр байна. Жишээлбэл, дэлхийн царцдасын химийн найрлагад дүн шинжилгээ хийхдээ энэ дүрмийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
Оддо-Харкинсийн дүрмийн шийдлийг түүнийг нээсэн хүмүүс аль хэдийн санал болгосон. Баримт нь хүнд элементүүдийн атомын цөмүүд нь ихэвчлэн хөнгөн цөмүүдийн нэгдлээс болж үүсдэг. Үүний зэрэгцээ хоёр ижил атомын цөм нийлснээр ямар ч тохиолдолд тэгш тооны протонтой, өөрөөр хэлбэл тэгш атомын дугаартай элементийн цөм үүсэх нь тодорхой байна. Дараа нь үүссэн цөмүүд хоорондоо нэгдэж, хамгийн түрүүнд тэгш тоотой элементүүдийг өгдөг. Жишээлбэл, гелийг (Z=2) "шатаах" нь түүний цөмүүд хоорондоо нийлж их хэмжээний энерги гаргаснаар эхлээд тогтворгүй богино хугацааны бериллийн цөм (Z=4), дараа нь нүүрстөрөгчийн цөм (Z=6) үүсдэг. ), дараа нь хүчилтөрөгч (Z=8).
Од үүсч эхлэхээс өмнө орчлон ертөнц зөвхөн устөрөгч, гели болон бага хэмжээний лити агуулсан байв. Бидний мэдэж байгаагаар литийн жингээс илүү хүнд бүх элементүүд нь зөвхөн одод нийлэгжиж, суперновагийн дэлбэрэлтийн үр дүнд тархдаг. Энэ нь наад зах нь эхний үеийн оддын амьдралын мөчлөг дуусч, эдгээр одууд дэлбэрч эхлэх хүртэл амьд организмд юу ч бий болоогүй гэсэн үг юм.
Одод дахь химийн элементүүдийн нийлэгжилтийн механизмыг тодорхойлсон хамгийн алдартай нийтлэлийн зохиогчид нь Маргарет Бербиж, Жеффри Бербиж, Уильям Фаулер, Фред Хойл гэсэн дөрвөн эрдэмтэн байв. Энэ өгүүллийг зохиогчийн нэрийн эхний үсгээр B2FH (“ba-square-ef-ash”) гэж нэрлэдэг. Судалгааны санаачлагч нь астрофизикч Хойл байсан: оддод зөвхөн гелий төдийгүй нүүрстөрөгчийг нэгтгэж болно гэж тэр анх таамаглаж байсан. Хойлын ачаар эхлээд мэргэжлийн цөмийн физикч Фаулер (эхэндээ тэр эргэлзэж байсан ч Хойл түүнийг итгүүлсэн), дараа нь Бурбижийн одон орон судлаачид ажилд оролцов. Тэдний хамгийн том нь Фаулерын 60 насны төрсөн өдрийг тэмдэглэж, хамт ажиллагсад нь түүнд өгсөн уурын зүтгүүрийн загварт баярлаж байгаа гайхалтай зургийг интернетээс олоход хялбар байдаг.
B2FH баримт бичиг нь бүх элементүүдийн цөмүүд Big Bang-ийн үеэр шууд нийлэгжсэн бөгөөд түүнээс хойш тэдгээрийн концентраци ойролцоогоор тогтмол хэвээр байна гэж үздэг өмнөх таамаглалыг няцаав. Үнэн хэрэгтээ Их тэсрэлтээс хойшхи эхний хэдэн тэрбум жилийн хугацаанд орчлон ертөнц цэвэр устөрөгч-гелий байсан байх магадлалтай. Зөвхөн тэр үед л түүнийг хэт шинэ гаригийн тусламжтайгаар хүнд элементүүдээр баяжуулж эхэлсэн ("хүнд элементүүд" гэж бид одоо гелиээс хүнд, эсвэл онцгой тохиолдолд литий гэж нэрлэдэг).
Протон, электрон, нейтрино, фотон, гравитонууд нь тогтвортой энгийн бөөмс юм. Эрдэмтэд одоогоор мэдэгдэж байгаа бараг бүх микроэлементүүд өөрийн гэсэн эсрэг бөөмстэй гэдэгт эргэлзэхгүй байна. Өнөөдрийг хүртэл бөөмс устах нь бас батлагдсан.
Устгах - устгах
1932 онд электроны эсрэг бөөмс болох позитроныг нээх хүртэл физикчид эсрэг бөөмс байдаг талаар удаан хугацааны турш хэлэлцсэн. Хожим нь хурдасгуурт антипротон ба антинейтрон илэрсэн.
Энэхүү нээлтийн дараа протон ба электронууд зөвхөн антипротон эсвэл позитронтой мөргөлдөх замаар алга болно гэдэгт эргэлзэхээ больсон. Энэ тохиолдолд бөөмс устаж, үр дүнд нь хоёулаа гамма фотон болж хувирдаг. Латин хэлээр "nihil" гэдэг нь "юу ч биш" гэсэн утгатай, өөрөөр хэлбэл бөөмсийг устгах нь "устгах" гэсэн утгатай байх ёстой.
Бодит байдал дээр бид сүйрлийн тухай биш, харин өөрчлөлтийн тухай ярьж байна. Амралт энергитэй микроэлементүүд (протон, антипротон, электрон, позитрон) нь тайван бус масстай болж хувирдаг. Эрчим хүчний нийт хэмжээ өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Хүчтэй барион (протон ба нейтрон) ба сул лептоник (электрон ба эсрэг бөөмс) цэнэг болон бусад шинж чанарууд ч хадгалагдан үлджээ. 
Энгийн бичил биетүүдийн эсрэг бөөмс нь ялзардаггүй, харин бусад ихэнх хэсэг нь богино хугацааны дараа аяндаа ялзардаг.
Материалжилт
Материалжих нь бөөмс устгах үйл явцын эсрэг үйл явц юм. Тэд хоёулаа Орчлон ертөнц үүсэх эхний үе шатанд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн.
Энгийн жишээ ашиглан материалжилт гэж юу болохыг харцгаая.
Хэрэв хамгийн багадаа 1 МэВ энергитэй гамма фотон атомын цөмд ойрхон нисч байвал электрон болон позитрон болж хувирна. Энэ тохиолдолд цахилгаан цэнэг хадгалагдаж, фотоны цэнэг тэг, шинээр гарч ирж буй хоёр элементийн цэнэгийн нийлбэр мөн тэг байна. Үүнтэй адилаар материалжих явцад лептоны цэнэг хадгалагдана. Хэрэв бөөмс нь өндөр хурдтай бол тэдгээрийн нийт энерги нь амралтаас их байх ба үүссэн гамма фотонуудын энерги нь бас их байх болно.
Яагаад хуурай газрын эсвэл нарны гаралтай антипротон, позитрон эсвэл антинейтрон нь богино наслалттай бөөмс болох нь тодорхой болсон.
Нар, Дэлхий нь матери, өөрөөр хэлбэл протон, электрон, нейтроноос бүрддэг. Тиймээс, бөөмстэй анхны уулзалт хийх үед эсрэг бөөмсүүд шууд устдаг.
Матери нь эсрэг бөөмсийн эсрэг тэсрэг орчин тул антиматер болон матери хоёр зэрэгцэн орших боломжгүй.
Одоогоор бид сансар огторгуйд хаана байрлаж байгааг мэдэхгүй байна. Бодисын ялгаруулж буй фотонууд яг адилхан тул гэрлийн туяа бидэнд үүнийг илчилж чадахгүй.
Өөрөөр хэлбэл, материалжилт гэдэг нь энергийг тайван масстай бөөмс болгон хувиргах явдал юм.
Эрчим хүч нь атомын цөмийн ойролцоо өнгөрч буй фотон хэлбэртэй байж болно. Сансар огторгуйн цацрагийн протоны кинетик энерги нь бас биелж болно. Сансар огторгуйгаас ирж буй протоны кинетик энерги нь тайван үеийнхээсээ тэрбум дахин их байдаг. Энэ бол дэлхийн агаар мандалд маш олон тооны бөөмсийг төрүүлдэг асар том материаллаг хөдөлгөөний хэмжүүр юм. Сансарын гүнээс гарч ирсэн ийм өндөр энергитэй протон дэлхийн агаар мандалд азот буюу хүчилтөрөгчийн цөмтэй мөргөлддөг. Энэ мөргөлдөөний үед цөм задарч, протоны асар их хөдөлгөөний улмаас олон сая бөөмс, янз бүрийн төрлийн эсрэг бөөмс (барион ба антибарион, лептон ба антилептон, мезон ба фотон) үүсдэг. Хамтдаа эдгээр хэсгүүдийг сансрын туяа шүршүүр гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь өргөн цар хүрээтэй материалжих жишээ юм. 
Дэлхийн гадаргуу дээр бөөмийн хурдасгуурт янз бүрийн төрлийн материалжилт үүсдэг. Жишээлбэл, устөрөгчийн камерт хурдан протон нь устөрөгчийн цөм, өөрөөр хэлбэл протонтой мөргөлдөж, кинетик энерги нь нейтрон, антипротон, мезон болж хувирдаг.
Арваннэгдүгээр сарын 11-ний өдөр Олон улсын эрчим хүч хэмнэх өдөр. Эрчим хүчний өөр эх үүсвэрүүд нь хэрэглээг илүү хэмнэлттэй, байгаль орчинд ээлтэй болгох зорилготой юм. Замаг ашиглан орон сууцны барилгыг хэрхэн эрчим хүчээр хангах, салхин цахилгаан станцуудын үйл ажиллагааны зарчим юу вэ, аль улс орон өөр эрчим хүчээр тэргүүлдэг талаар уншина уу.
Та хөнгөн цагаан лаазаар хэр хол явж чадах вэ?
Орчин үеийн ертөнцөд альтернатив эрчим хүчний эх үүсвэр аль хэдийн түгээмэл болсон. Гэсэн хэдий ч энэ чиглэлээр эрдэмтдийн хийсэн гайхалтай нээлтүүд байсаар байна. Юу ч байсан эрчим хүчний эх үүсвэр болдог. Хэдэн арван жилийн өмнө зарим санаанууд зөвхөн шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолчдод л төрдөг байсан бол 21-р зуунд энэ нь аль хэдийн бодит байдал болсон.
Хэдэн жилийн өмнө Германы Гамбург хотод замаг бүхэлдээ халаадаг байшин барьжээ. Ургамал бүхий 129 аквариум нь барилгын гадна талын тавцан дээр бэхлэгдсэн бөгөөд нарны дараа эргэх боломжтой. Тиймээс замаг нь гэрэлд өртөх үед дулаан ялгаруулдаг. Хэрэв "биореактор" фасад нь хэт их дулаан (халуун нартай цаг агаарт) үүсгэдэг бол эрчим хүчийг тусгай буферт нөөцөд хадгалдаг. Танк дахь замагны хэмжээ хязгаартаа хүрэхэд илүүдэл нь био түлш болгон боловсруулахад илгээгдэж, өвлийн улиралд бүрэн хангадаг.
Зуны улиралд ногоон замагны хавтан нь өөр үүрэг гүйцэтгэдэг: орон сууцны дотор сүүдэр бий болгодог. Энэхүү футурист байгууламжийг барихад гурван жил орчим хугацаа зарцуулсан бөгөөд барилгын ажилд 5 сая орчим евро зарцуулжээ.
Хөлбөмбөг тоглож байхдаа эрч хүчээ дэмий үрэхгүй, харин ч эсрэгээрээ үйлдвэрлэж болох уу? Soccket бөмбөгийг хөгжүүлэгчид (soscer - хөл бөмбөг ба залгуур - холбогчоос) энэ асуултад эерэгээр хариулдаг. Технологийн дэвшилтэт бөмбөг нь цохилтоос кинетик энергийг цахилгаан болгон хувиргах чадвартай төхөөрөмжөөр тоноглогдсон. Ердөө 15 минут тоглоход тоглоомын төхөөрөмжид суурилуулсан батарей бүрэн цэнэглэгддэг. Энэ хүч нь гар утас эсвэл чийдэнг цэнэглэхэд хангалттай. Бөмбөг нь цахилгааныг өөр эх үүсвэр рүү дамжуулах тусгай холбогчоор тоноглогдсон байдаг.
Оросын хөгжүүлэгчид өөр эрчим хүчний салбарын нээлтүүдээр сайрхаж чадна. ХБНГУ-аас уригдан ирсэн профессор Александр Громовын удирдлаган дор NUST MISIS-ийн Өнгөт металл, алтны тэнхимийн эрдэм шинжилгээний баг хаягдал хөнгөн цагаан, өнгөт металлаас байгальд ээлтэй өөр түлш (устөрөгч) үйлдвэрлэх аргыг боловсруулжээ. . Өөрөөр хэлбэл, энэхүү бүтээн байгуулалтын ачаар автомашинууд хөнгөн цагаан лаазаар явах боломжтой болно. Нэг жижиг лааз (0.33 литр) хийжүүлсэн ундааг дахин боловсруулах нь 20 метр зам туулахад түлш өгдөг.
“Бид түүхий эдэд дүн шинжилгээ хийх, хөнгөн цагааны хаягдлыг нунтаглах оновчтой арга, исэлдэлтийн механизм, горимыг боловсруулах, түүнчлэн үүссэн хатуу металлын урвалжийг хадгалах, тээвэрлэх зэрэг хөнгөн цагааныг исэлдүүлэх оновчтой урвалжуудыг олсон хаягдал устөрөгч үйлдвэрлэх аппаратын концепцийг боловсруулсан - аналог ацетилен карбидын генератор "гэж Громов хэлэв.
Технологийн давуу талуудын нэг нь галын аюулгүй байдал юм. Лаазалсан түлш нь хөнгөн цагааны хог хаягдлыг дахин боловсруулах асуудлыг шийдвэрлэхэд тусалдаг бөгөөд хог хаягдлыг ангилах, тусад нь цуглуулах асуудалд анхаарлаа хандуулдаг.
Альтернатив эрчим хүчний давуу болон сул талууд
Дэлхийн олон улс орон эрчим хүчний системдээ өөр эх үүсвэрийн хэрэглээг идэвхтэй нэвтрүүлж байна. Хятад бол тэргүүлэгчдийн нэг. Энэ улс агаар мандалд хамгийн их CO2 ялгаруулж байгаа нь Хятадын удирдлагуудыг байгаль орчинд ээлтэй эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийн талаар бодоход хүргэв. Улсын төлөвлөгөөний дагуу 2020 он гэхэд тус улсын долоон бүс нутагт салхин цахилгаан станцуудыг асар томоор байгуулна. Хятад улс салхины эрчим хүчнээс гадна нарны эрчим хүчийг идэвхтэй ашиглахаар төлөвлөж байна.
Альтернатив эрчим хүч АНУ-д ч идэвхтэй хөгжиж байна. 2014 онд Америкийн салхин турбинуудын нийт хүчин чадал 65,879 МВт байсан. Тус улс нь дэлхийн цөм ба түүний царцдасын температурын зөрүүг ашиглан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлэх чиглэлээр дэлхийд тэргүүлдэг.
Герман бол өөр эрчим хүчний салбарт тэргүүлэгч орон юм. Өнгөрсөн 4-р сард тус улс дээд амжилт тогтоосон: 4-р сарын сүүлийн амралтын өдрүүдэд Герман эрчим хүчнийхээ 85 хувийг сэргээгдэх эх үүсвэрээс, өөрөөр хэлбэл нар, салхи, усан цахилгаан станцын ачаар авдаг.
Өөрсдийн нүүрсустөрөгчийн нөөцгүй орнуудад альтернатив эрчим хүч сайн тус болж чадна. Япон улс энэ замаар явсан. Японы парламентаас 2011 онд баталсан хуульд альтернатив эрчим хүч, түүнчлэн салхи, нар, ус, газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлэхэд дэмжлэг үзүүлэхээр тусгасан. Тус улсын оршин суугчдын дийлэнх нь Фукушимагийн ослын дараа өөр эрчим хүч рүү шилжихийг дэмжиж байгаа бөгөөд олон япончууд атомын цахилгаан станцыг эрс эсэргүүцэж байна.
Өнөө үед альтернатив эрчим хүч нь салхи, нарны эрчим хүчийг ашиглах замаар голчлон хөгжиж байна. Дэлхийн салхин эрчим хүчний ассоциациас (WWEA) нийтэлсэн статистик мэдээллээр 2017 оны эцсийн байдлаар дэлхийн бүх салхин үүсгүүрийн нийт хүчин чадал 539,291 МВт болсон байна. 2017 оны эцсийн байдлаар дэлхий даяар суурилуулсан салхин турбинууд дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээний 5-аас илүү хувийг хангах боломжтой.
Салхины цахилгаан станцуудын ажиллах зарчим нь салхины кинетик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргах явдал юм. Ийм станцууд нь салхины хөдөлгүүр, цахилгаан гүйдэл үүсгэгч, салхины хөдөлгүүрийн ажиллагааг хянах автомат төхөөрөмж, генератороос бүрдэнэ. Салхин цахилгаан станцын үйлдвэрлэл өөрөө нэлээд хямд. Сул тал нь бага хүч чадал, тэдгээрийн үйл ажиллагаа нь цаг агаарын байдлаас хамаардаг. Нэг төрлийн цаг агаарын хамаарал. Үүнээс гадна ийм станцууд маш их дуу чимээ гаргадаг бөгөөд ихэвчлэн шөнийн цагаар унтардаг. Салхины цахилгаан станцууд нь агаарын хөдөлгөөн, тэр ч байтугай радио долгионд саад болдог.
Нарны эрчим хүч нь олон тооны давуу болон сул талуудтай. Мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар байгаль орчинд ээлтэй байдал, дэлхийн бараг хаана ч ашиглах боломжтой, мөн энэ нөөцийн нөхөн сэргээгдэх боломжтой байдлыг нарны давуу тал гэж үздэг. Сул талууд нь станцуудын нарийн төвөгтэй засвар үйлчилгээ, тоног төхөөрөмжийн өртөг өндөртэй байдаг.
Герман Оскарович, Анатолий Борисович нар хэрхэн маргасан бэ
Орос улсад өөр эрчим хүчийг ашиглах талаар зөвшилцөлд хүрээгүй байна. Гайдарын чуулга уулзалтын хүрээнд Сбербанкны тэргүүн Герман Греф, Руснано компанийн тэргүүн Анатолий Чубайс нарын хооронд болсон маргаан үүнийг нотолж байна.
Герман Греф ойрын жилүүдэд альтернатив эрчим хүчийг өргөнөөр хөгжүүлэх боломж байхгүй гэж үзэж байгаагаа илэрхийлэв.
“Бидэнд яагаад нар (нарны эрчим хүч - ред.) байдгийг би ойлгохгүй байна, манай одоогийн нөөцийн хувьд бид ойрын 10 жилд ямар нэгэн нар эсвэл салхитай байх ганц ч боломж харагдахгүй байна. "гэж Сбербанкны тэргүүн тэмдэглэв.
"Бид Эрчим хүчний яаманд энэ талаар тодорхой санал нэгтэй байна, 2024 оноос хойш сэргээгдэх эрчим хүчийг дэмжих, цаашид үргэлжлүүлэх талаар бид одоо энэ төрлийн дэмжлэгийн хэмжээ, хэмжээг хэлэлцэж байна" гэж Текслер олон улсын дөрөв дэх их хурал дээр хэлсэн үгэндээ хэлэв. Реенкон "Сэргээгдэх эрчим хүч - XXI зуун: эрчим хүч ба эдийн засгийн үр ашиг".
Одоогийн байдлаар Орост "ногоон" эрчим хүчийг дэмжих хөтөлбөр, тэр дундаа өрсөлдөөний зарчмаар сонгогдсон цахилгаан станц барих хөтөлбөр хэрэгжиж байгаа ч энэ хөтөлбөр 2024 онд дуусна. Цаашид юу болох талаар салбарынхан хэлэлцэж байна.
Өмнө нь Эрчим хүчний сайд Александр Новак хэлэхдээ, 2035 он хүртэл 3.5 их наяд рублийн өртөг бүхий Оросын цахилгаан станцуудыг шинэчлэх томоохон хөтөлбөрийн хүрээнд 2024 оноос хойш "ногоон" эрчим хүчийг дэмжих шинэ хөтөлбөрт 405 тэрбум рубль хуваарилах боломжтой гэж мэдэгджээ. . Новак мөн дэмжлэг одоогийн хэлбэрээрээ үлдэх эсэх эсвэл өөр арга хэмжээ авах эсэх нь одоогоор тодорхойгүй байна гэж тайлбарлав.
Ямар ч байсан Орос болон бусад орны эрчим хүчний өөр эх үүсвэрүүд жил бүр хүчин чадлаа нэмэгдүүлэх нь ойлгомжтой. Үүний зэрэгцээ нүүрс устөрөгч ойрын ирээдүйд эрчим хүчний гол эх үүсвэр байхаа болих магадлал багатай юм.
Материалыг РИА Новости болон нээлттэй эх сурвалжийн мэдээлэлд үндэслэн бэлтгэсэн
