Nga se përbëhen trupat e gjallë dhe çfarë lidhje ka karboni me të? Cili është kodi gjenetik, kush janë viruset, si funksionon pema evolucionare dhe pse ndodhi shpërthimi Kambrian? Nga atomet te pemët: Një hyrje në shkencën moderne të jetës u përgjigjet këtyre dhe shumë pyetjeve të tjera. "Fokusi" i tregimit është evolucioni i jetës në Tokë: autori beson se vetëm nga ky kënd një sërë problemesh biologjike mund të marrin një kuptim të vetëm. Libri ishte finalist i çmimit “Iluminator” në fushën e letërsisë shkencore popullore. Me lejen e shtëpisë botuese, Alpina Non-Fiction boton një fragment të studimit.
Nga se përbëhen organizmat e gjallë?
Përgjigja për këtë është shumë e lehtë: organizmat e gjallë, si trupat jo të gjallë, përbëhen nga atome.
Rëndësia e kësaj deklarate, siç thonë ata, është e vështirë të mbivlerësohet. Laureati i Nobelit Richard Feynman tha në fillim të tij të famshëm "Leksionet e Feynman në fizikë": "Nëse, si rezultat i ndonjë katastrofe botërore, të gjitha njohuritë e grumbulluara shkencore u shkatërruan dhe vetëm një frazë u kalua brezave të ardhshëm të qenieve të gjalla, atëherë çfarë deklaratë e përbërë nga më pak fjalë që do të jepte më shumë informacion? Unë besoj se kjo është një hipotezë atomike (mund ta quash jo hipotezë, por fakt, por kjo nuk ndryshon asgjë): të gjithë trupat përbëhen nga atome - trupa të vegjël që janë në lëvizje të vazhdueshme, tërhiqen në një distancë të shkurtër, por zmbrapsni nëse njëri prej tyre i shtyp më fort në tjetrin.”
Ajo që tha Feynman është, natyrisht, e vërtetë. Megjithatë, çdo deklaratë shkencore duhet të ketë kufij të caktuar të zbatueshmërisë. Le t'i kërkojmë edhe këtu. Hipoteza atomike është një arritje e madhe e mendimit njerëzor, por a është Universi i përbërë tërësisht nga atome? Dhe a përbëhen të gjithë organizmat e gjallë vetëm prej tyre?
Përgjigja për të parën nga këto pyetje, çuditërisht, do të jetë qartësisht negative. Si fillim, Universi ynë filloi me Big Bengun afërsisht 13.8 miliardë vjet më parë, dhe përbërja e tij ka ndryshuar shumë që atëherë. Me sa mund të themi, për 300,000 vitet e para nuk kishte asnjë atom të vetëm në Univers (edhe pse kishte disa lloje të tjera grimcash). Por edhe pasi u ngritën atomet, ato nuk u bënë përbërësi kryesor i kozmosit. Sipas observatorit hapësinor Planck, Universi aktual përbëhet nga 4,9 për qind grimca elementare të zakonshme që mund të formojnë atome, 26,8 për qind materie e errët (e cila nuk shfaq ndonjë veçori të vëzhgueshme përveç masës) dhe 68,3 për qind është nga energjia e errët (rreth të cilës përgjithësisht është e paqartë nëse është e lidhur me ndonjë trup material). Përafërsisht, Universi përbëhet nga jo më shumë se 5 për qind atome të zakonshme.
Theksojmë se këto raporte pasqyrojnë gjendjen aktuale të punëve. Disa miliardë vjet më parë ata ndoshta ishin të ndryshëm, sepse Universi është vazhdimisht në zhvillim; kjo konfirmohet nga të dy llogaritjet e bazuara në teorinë e përgjithshme të relativitetit dhe vëzhgimet e drejtpërdrejta të rrezatimit relikt kozmik. Pra, të dhënat e kërkimit tregojnë se tani pjesë të Universit, të ndërtuara nga materia e zakonshme, janë, në fakt, vetëm ishuj midis oqeaneve të materies së errët dhe energjisë së errët, thellësitë e të cilave njerëzit duhet të shohin ende. (Meqë ra fjala, ky është pikërisht lloji i kërkimit që Dr. House ëndërron në episodin e parë të sezonit të tetë të serialit të famshëm.)
Por për pyetjen tonë të dytë - a janë të gjitha sistemet e gjalla të përbëra nga atome? - përgjigja do të jetë një "po" e sigurt. Në këtë drejtim, bota biologjike është shumë më pak e larmishme sesa bota fizike. Çdo krijesë e gjallë është ndërtuar nga atomet, dhe vetëm nga atomet, në përputhje të plotë me hipotezën klasike atomike. Shembuj të formave të tjera jo-atomike të jetës mund të gjenden deri më tani vetëm në fantashkencë. Për shembull, romani i madh i Stanislaw Lem Solaris përmend qeniet e gjalla të krijuara jo nga atomet, por nga grimcat elementare shumë të lehta - neutrinot. Por ky nuk është gjë tjetër veçse një eksperiment mendimi i ngritur nga shkrimtari. Në biologjinë reale, ne duhet të merremi vetëm me atomet dhe kombinimet e tyre të qëndrueshme, të cilat quhen molekula. Dhe molekulat, nga ana tjetër, përbëjnë substanca. Siç shkroi i njëjti Feynman, çdo substancë është lloji i vet i rregullimit të atomeve.
Bota e atomeve është mjaft e larmishme. Në kohën e shkrimit të këtyre rreshtave, shkencëtarët njohin 118 lloje atomesh, të cilat zakonisht quhen elemente kimike. Vërtetë, jo të gjitha gjenden në trupa të gjallë, dhe ato që gjenden shpërndahen atje shumë në mënyrë të pabarabartë.
Lajmi i mirë është se atomet shpesh janë shumë të qëndrueshme. Në ato procese që biologjia studion drejtpërdrejt, ato pothuajse kurrë nuk shpërbëhen, nuk lindin përsëri dhe nuk shndërrohen në njëra-tjetrën. Kjo nuk do të thotë që ata kurrë nuk shndërrohen në njëri-tjetrin fare: shumë shpejt do të shohim se nëse nuk do të kishte transformime të ndërsjella të atomeve (më saktë, bërthamat e tyre), jeta nuk mund të kishte lindur në Univers. Sidoqoftë, për të kuptuar se si janë strukturuar trupat e gjallë, do të jetë mjaft e mjaftueshme që ne të marrim parasysh ndërveprimin e atomeve të gatshme dhe të pandryshueshme me njëri-tjetrin.
Shkurtimisht për atomet
Pra, atomet.
Prej shumë kohësh dihet se ato përbëhen nga tre lloje grimcash elementare: protone, neutrone dhe elektrone. Protonet dhe neutronet janë grimca relativisht masive, secila rreth 1800 herë më e rëndë se një elektron. Bërthama atomike përbëhet nga protone dhe neutrone, dhe shtresa e jashtme e atomit përbëhet nga elektrone, e cila zakonisht quhet drejtpërdrejt shtresë elektronike. Elektronet që formojnë guaskën lëvizin rreth bërthamës përgjatë trajektoreve jashtëzakonisht komplekse, por, si rregull, nuk lëvizin shumë larg prej saj.
Vetia më e rëndësishme e grimcave elementare për ne nuk është as masa, por ngarkesa elektrike. Këtu funksionojnë ligje absolutisht të qarta dhe shumë të thjeshta.
Një proton është i ngarkuar elektrikisht pozitivisht, një elektron është i ngarkuar negativisht dhe një neutron nuk ka ngarkesë.
Ngarkesa negative e një elektroni është rreptësisht e barabartë në madhësi me ngarkesën pozitive të një protoni. Në përgjithësi pranohet se një proton ka një ngarkesë +1, dhe një elektron -1.
Numri i elektroneve në një atom është si parazgjedhje i barabartë me numrin e protoneve, kështu që ngarkesa e të gjithë atomit është zero. Nëse numri i elektroneve ndryshon nga numri i protoneve, kjo do të thotë se ne kemi para nesh jo vetëm një atom, por një grimcë të ngarkuar - një jon.
Fizikanët në shekullin e 18-të zbuluan se ekzistojnë dy lloje të ngarkesave elektrike: pozitive dhe negative. Ata zbuluan gjithashtu se, ndryshe nga ngarkesat tërheqin, dhe ngarkesat e ngjashme sprapsin. Ky ligj quhet ligji themelor i elektrostatikës, ose ligji i Kulombit (në fakt, ai është shkruar si një formulë që ju lejon të përcaktoni me saktësi forcën e tërheqjes ose zmbrapsjes, por ne do të bëjmë pa matematikë këtu). Ligji i Kulombit zbatohet kudo, duke përfshirë edhe brenda një atomi. Në mënyrë të rreptë, elektronet dhe protonet formojnë një atom të vetëm sepse ato tërhiqen elektrostatikisht nga njëri-tjetri. Për referencë, shtojmë se protonet dhe neutronet janë "ngjitur" në bërthamën atomike nga një tërheqje e një lloji krejtësisht të ndryshëm - i ashtuquajturi ndërveprim i fortë bërthamor, i cili në distanca të shkurtra është shumë më i fuqishëm se ai elektrostatik. Kjo është arsyeja pse protonet në bërthamë ngjiten së bashku, pavarësisht se forca e Kulombit i largon ato nga njëri-tjetri.
Foto: Peter Macdiarmid/Getty Images
Parametri më i rëndësishëm i çdo atomi është numri i protoneve, ose numri atomik (Z). Vlera Z përcakton në mënyrë unike pozicionin e një atomi të caktuar në sistemin periodik të elementeve, domethënë në tabelën periodike. Siç e dimë tashmë, numri i elektroneve është zakonisht i barabartë me numrin e protoneve. Por sa i përket numrit të neutroneve, ai mund të jetë i ndryshëm për të njëjtin numër protonesh. Atomet që kanë të njëjtin numër atomik, por numër të ndryshëm neutronesh quhen izotope. Nëse fjala "izotope" nuk përmendet, do të thotë se numri i neutroneve nuk është i rëndësishëm për ne në këtë rast. Të gjithë atomet që kanë të njëjtin numër protonesh i përkasin të njëjtit element kimik sipas përkufizimit.
Më i thjeshtë nga të gjithë atomet e mundshëm është hidrogjeni (Z=1). Ai përbëhet nga një proton dhe një elektron. Mund të mos ketë fare neutrone në të (edhe pse mund të ketë, varësisht se çfarë izotopi është). Nëse privoni një atom hidrogjeni më të thjeshtë nga elektroni i tij i vetëm, ai do të mbetet me një jon të ngarkuar pozitivisht, i cili në këtë rast nuk është asgjë më shumë se një proton "i zhveshur".
Në fillim të shekullit të 19-të, kimisti dhe mjeku anglez William Prout parashtroi një hipotezë që ishte përpara kohës së tij: që atomet e të gjithë elementëve të tjerë kimikë formohen si rezultat i kombinimit të një ose një numri tjetër atomesh hidrogjeni. . Dhe ai nuk ishte aq larg nga e vërteta. Të gjithë atomet në të vërtetë përbëhen nga i njëjti lloj grimcash, grupi më i thjeshtë i mundshëm i të cilave nuk është asgjë më shumë se një atom hidrogjeni (Z=1). Atomi i dytë më kompleks është heliumi (Z=2), i treti është litiumi (Z=3), dhe më pas kemi në dispozicion të gjithë tabelën periodike. Atomet më të rënda përmbajnë më shumë se njëqind protone dhe rreth dyqind neutrone. Por ne nuk do të hasim në biologji përbindësh të tillë.
Lidhjet kimike
Mënyra më e rëndësishme për ne për të bashkëvepruar midis atomeve quhet një lidhje kovalente. Kjo është një lidhje e formuar nga një palë elektronesh të përbashkëta - një nga secili prej dy atomeve. Mund të supozojmë se elektronet e këtij çifti u përkasin të dy atomeve njëherësh. Në formulat grafike që shfaqin vizualisht strukturën e molekulave, një lidhje kovalente tregohet nga një vijë e thjeshtë midis simboleve të elementeve kimike. Janë pikërisht këto lidhje që lidhin atomet në shumicën e molekulave të zakonshme. Një shembull është një molekulë hidrogjeni. Ai përbëhet nga dy atome hidrogjeni (H) që formojnë një lidhje të vetme kovalente me njëri-tjetrin: H–H, ose shkurt H2.
Ndonjëherë lidhjet kovalente janë të dyfishta - të formuara nga dy palë elektrone njëherësh - ose edhe të trefishta - të formuara nga tre çifte njëherësh. Sa më i madh të jetë shumëfishimi i një lidhjeje, aq më e fortë është lidhja, pasi gjërat e tjera janë të barabarta. Lidhjet kovalente dyfishe janë shumë të zakonshme në biologji. Ato të trefishta janë shumë më të rralla, por ende nuk është e dëmshme të dimë për ekzistencën e tyre. Në formulat grafike, lidhjet e dyfishta dhe të trefishta tregohen, përkatësisht, me viza të dyfishta ose të trefishta midis simboleve atomike. Për shembull, një lidhje e dyfishtë mund të formohet mirë midis atomeve të oksigjenit (O). Rezultati është një molekulë O=O, ose shkurt O2. Nga rruga, ky është i njëjti oksigjen atmosferik që ne thithim.
Shumë më pak e zakonshme se një lidhje kovalente (të paktën në lëndën e gjallë) është një lidhje jonike, e cila është një tërheqje elektrostatike e grimcave të ngarkuara. Tashmë e dimë se sipas ligjit të Kulombit, ngarkesat elektrike sprapsin dhe ndryshe tërheqin. Prandaj, një grimcë e ngarkuar pozitivisht (kation) dhe një e ngarkuar negativisht (anion) patjetër do të tërheqin njëra-tjetrën. Është përmendur tashmë se një jon është çdo grimcë ekzistuese në mënyrë të pavarur në të cilën numri i elektroneve ndryshon nga numri i protoneve. Vetë termi, i krijuar nga Michael Faraday, vjen nga një fjalë greke që do të thotë "duke shkuar": në një zgjidhje përmes së cilës kalon një rrymë elektrike, jonet e ngarkuar pozitivisht lëvizin drejt polit negativ dhe jonet negative lëvizin drejt polit pozitiv. Një atom bëhet jon nëse ka fituar një elektron shtesë ose, anasjelltas, ka humbur diku disa nga elektronet e tij.
Një shembull i shkëlqyer i një lidhjeje jonike është demonstruar nga kripa e njohur e tryezës NaCl (klor natriumi), formula e së cilës mund të rishkruhet si. Kjo do të thotë që kristali i kripës përbëhet nga jone natriumi të ngarkuar pozitivisht dhe jone klori të ngarkuar negativisht në një raport një me një. Në këtë rast, çdo atom klori duket se merr një elektron nga atomi fqinj i natriumit.
Elementet e jetës
Përbërja kimike e lëndës së gjallë është mjaft uniforme. Për të kuptuar, në një përafrim të parë, strukturën e një qelize të gjallë, mjafton të njihni vetëm pesë elemente kimike. Këto janë hidrogjeni (H), oksigjeni (O), azoti (N), karboni (C) dhe fosfori (P). Ne nuk do t'i kushtojmë vëmendje numrave atomikë të këtyre elementeve për momentin: së pari, nuk ka asgjë më të lehtë sesa t'i gjejmë ato në tabelën periodike, dhe së dyti, një tregues tjetër është shumë më i rëndësishëm për ne tani. Gjëja më e rëndësishme që duhet të dimë për çdo element kimik është valenca e tij, domethënë numri i lidhjeve kovalente që mund të formojë atomi i tij.
Pra, valenca e hidrogjenit është 1, oksigjeni - 2, azoti - 3, karboni - 4 dhe fosfori - 5. Thjesht duhet t'i mbani mend këto numra. Ndonjëherë disa nga elementët e listuar kanë valenca të tjera, por kur studiohet biologjia, kjo mund të injorohet në të gjitha rastet, përveç disa atyre të specifikuara posaçërisht. Hidrogjeni monovalent, oksigjeni dyvalent, azoti trevalent, karboni katërvalent dhe fosfori pesëvalent janë përbërësit kryesorë kimikë të jetës (shih Fig. 1.2). Ndonjëherë ndërsa flasim do të hasim edhe atome të tjera, si squfuri (S), natriumi (Na), klori (Cl), kaliumi (K) ose hekuri (Fe). Por nuk keni nevojë t'i mbani mend vazhdimisht ato. Pesë elementët kimikë kryesorë biogjenikë (d.m.th., jetëformues) janë mjaft të mjaftueshëm për fillim.
Supernova dhe jeta
Nuk ka dyshim se shumica e atomeve në Universin tonë janë atome të hidrogjenit dhe heliumit. Astrofizikanët pohojnë se 13 miliardë vjet më parë, domethënë "vetëm" disa qindra milionë vjet pas Big Bengut, raportet ishin si më poshtë: afërsisht 75 për qind e të gjithë atomeve në Univers ishin atome hidrogjeni, afërsisht 25 për qind ishin atome helium, dhe elementët më të rëndë të kombinuar përbënin 0.00007 për qind. Sigurisht, universi ka ndryshuar që atëherë. Por edhe tani, të gjithë elementët përveç hidrogjenit dhe heliumit nuk përbëjnë më shumë se 2 për qind të atomeve ekzistuese. Ndërkohë, është e qartë se asnjë molekulë komplekse nuk mund të ndërtohet nga hidrogjeni, valenca e të cilit është e barabartë me një, dhe heliumi, i cili në përgjithësi heziton të krijojë lidhje kimike.
Duke krahasuar numrin e llojeve të ndryshme të atomeve në Universin modern, do të shohim menjëherë se elementët më të zakonshëm në të pas hidrogjenit dhe heliumit janë oksigjeni (Z=8), karboni (Z=6) dhe azoti (Z=7). Kjo mund të tregohet qartë në një grafik që përshkruan bollëkun relativ të elementeve kimike në galaktikën tonë Rruga e Qumështit (shih Figurën 1.3). Përgjatë boshtit horizontal atje mund të vizatoni numrin atomik (Z), dhe përgjatë boshtit vertikal - bollëkun e elementeve, mundësisht në një shkallë logaritmike (e thënë thjesht, kjo do të thotë që çdo "hap" në boshtin vertikal korrespondon me një ndryshim jo me një, por me një faktor 10) . Në një grafik të tillë, gjëja e parë që ju bie në sy është një fakt që ne tashmë e dimë: ka shumë herë më shumë hidrogjen dhe helium në galaktikë se të gjithë elementët e tjerë kimikë të kombinuar. Këto dy elemente janë përtej konkurrencës. Në rajonin e litiumit (Z=3), beriliumit (Z=4) dhe borit (Z=5) ka një dështim të qartë, sepse bërthamat e këtyre atomeve janë relativisht të paqëndrueshme: në sistemin e reaksioneve bërthamore që ndodhin në yje, ato sintetizohen lehtësisht, por edhe lehtë dhe shpërbëhen. Bërthama e hekurit (Z=26), përkundrazi, është jashtëzakonisht e qëndrueshme. Shumë reaksione bërthamore që ndodhin në thellësi të yjeve përfundojnë atje, kjo është arsyeja pse hekuri jep një kulm të lartë në grafik. Por elementët më të zakonshëm në Rrugën e Qumështit pas hidrogjenit dhe heliumit janë padyshim oksigjeni, karboni dhe azoti, pikërisht ata që janë bërë “blloqet ndërtuese” kimike të jetës. Ky nuk është një aksident.
Foto: Peter Macdiarmid/Getty Images
Për më tepër, nuk mund të mos vërehet se grafiku i bollëkut të elementeve kimike në Galaxy është qartë "i dehur". Elementet me numra atomik çift janë, mesatarisht, shumë më të zakonshëm në Univers sesa elementët me "rreth të njëjtën vlerë" me ato tek. Njëqind vjet më parë, dy kimistë, italiani Giuseppe Oddo dhe amerikani William Harkins, tërhoqën vëmendjen për këtë në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri. Artikujt e tyre u botuan përkatësisht në 1914 dhe 1917. Dhe rregulli sipas të cilit elementët me numra çift, duke qenë të gjitha gjërat e tjera të barabarta, mbizotërojnë mbi elementët me numra tek, ende quhet rregulli Oddo-Harkins për nder të tyre. Ky rregull duhet të merret parasysh, për shembull, kur analizohet përbërja kimike e kores së tokës.
Zgjidhja e rregullit Oddo-Harkins ishte propozuar tashmë nga zbuluesit e tij. Fakti është se bërthamat atomike të elementeve të rënda formohen kryesisht për shkak të shkrirjes së bërthamave më të lehta. Ndërkohë, është e qartë se shkrirja e dy bërthamave atomike identike në çdo rast do të rezultojë në bërthamën e një elementi me numër çift protonesh, pra me numër atomik çift. Dhe pastaj bërthamat që rezultojnë bashkohen me njëra-tjetrën, duke dhënë përsëri para së gjithash elemente me numra çift. Për shembull, "djegia" e heliumit (Z=2), në të cilën bërthamat e tij kombinohen me njëra-tjetrën me një prodhim të madh energjie, së pari prodhon bërthama të paqëndrueshme të beriliumit jetëshkurtër (Z=4), pastaj bërthamat e karbonit (Z=6 ), dhe më pas oksigjen (Z=8).
Para fillimit të formimit të yjeve, Universi përmbante vetëm hidrogjen, helium dhe sasi të vogla të litiumit. Me sa dimë tani, të gjithë elementët më të rëndë se litiumi sintetizohen vetëm në yje dhe shpërndahen si rezultat i shpërthimeve të supernovës. Kjo do të thotë se organizmat e gjallë thjesht nuk kishin asgjë për të formuar nga koha kur cikli jetësor i të paktën gjeneratës së parë të yjeve përfundoi dhe këta yje shpërthyen.
Autorët e artikullit më të famshëm, i cili përshkruan mekanizmin e sintezës së elementeve kimike në yje, ishin katër shkencëtarë: Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William Fowler dhe Fred Hoyle. Ky artikull shpesh përmendet me inicialet e autorëve B2FH ("ba-square-ef-ash"). Iniciatori i studimit ishte astrofizikani Hoyle: ishte ai që mendoi për herë të parë se jo vetëm helium, por edhe karboni mund të sintetizohej në yje. Falë Hoyle, së pari fizikani profesionist bërthamor Fowler (në fillim ishte skeptik, por Hoyle e bindi), dhe më pas astronomët e Burbidge, u përfshinë në punë. Është e lehtë të gjesh një foto të mrekullueshme në internet në të cilën të katër festojnë ditëlindjen e 60-të të më të madhit prej tyre, Fowler, dhe ky i fundit gëzohet për modelin e punës të një lokomotivë me avull që kolegët e tij i dhanë.
Gazeta B2FH hodhi poshtë një hipotezë të mëparshme, e cila besonte se bërthamat e të gjithë elementëve u sintetizuan drejtpërdrejt gjatë Big Bengut dhe që atëherë përqendrimet e tyre kanë mbetur afërsisht konstante. Në fakt, ka shumë më tepër gjasa që në miliarda vitet e para pas Big Bengut, Universi të ishte thjesht hidrogjen-helium. Dhe vetëm atëherë filloi të pasurohej me elementë të rëndë me ndihmën e supernovave ("elementë të rëndë" tani i quajmë gjithçka më të rëndë se heliumi ose, në raste ekstreme, litium).
Protonet, elektronet, neutrinot, fotonet, gravitonet janë grimca elementare të qëndrueshme. Shkencëtarët aktualisht nuk kanë asnjë dyshim se pothuajse të gjithë elementët gjurmë të njohur kanë antigrimcat e tyre. Deri më sot, është vërtetuar edhe asgjësimi i grimcave.
Asgjësim - shkatërrim
Ekzistenca e antigrimcave u diskutua nga fizikanët për një kohë të gjatë derisa antigrimca e elektronit, pozitroni, u zbulua në vitin 1932. Më vonë, një antiproton dhe një antineutron u zbuluan në përshpejtuesit.
Pas këtij zbulimi, nuk kishte më asnjë dyshim se një proton dhe një elektron mund të zhdukeshin në të vetmen mënyrë: duke u përplasur me një antiproton ose pozitron. Në këtë rast, grimcat asgjësohen, si rezultat i të cilave të dyja shndërrohen në fotone gama. Në latinisht "nihil" do të thotë "asgjë", domethënë asgjësimi i grimcave duhet të thotë "asgjësim".
Në realitet nuk po flasim për shkatërrim, por për transformim. Mikroelementet me energji pushimi (proton, antiproton, elektron, pozitron) shndërrohen në ato pa masë pushimi. Sasia totale e energjisë mbetet e pandryshuar. Ruhen gjithashtu ngarkesa të forta të barionit (proton dhe neutron) dhe leptonik të dobët (elektron dhe antigrimcë) dhe karakteristika të tjera. 
Antigrimcat e mikroobjekteve elementare nuk prishen, ndërsa shumica e të tjerave kalbet spontanisht pas një kohe të shkurtër.
Materializimi
Materializimi është një proces i kundërt me asgjësimin e grimcave. Të dy ata luajtën një rol të rëndësishëm në fazën fillestare të formimit të Universit.
Duke përdorur një shembull të thjeshtë, le të shohim se çfarë është materializimi.
Nëse një foton gama me një energji prej të paktën 1 MeV fluturon në afërsi të bërthamës së një atomi, ai do të shndërrohet në një elektron dhe një pozitron. Në këtë rast, ngarkesa elektrike ruhet, ngarkesa e fotonit është zero, dhe shuma e ngarkesave të të dy mikroelementeve që dalin është gjithashtu zero. Në mënyrë të ngjashme, ngarkesa e leptonit ruhet gjatë materializimit. Nëse grimcat kanë shpejtësi të lartë, atëherë energjia e tyre totale është më e madhe se pjesa tjetër, dhe energjia e fotoneve gama që rezultojnë do të jetë gjithashtu më e madhe.
Tani është e qartë pse një antiproton, pozitron ose antineutron me origjinë tokësore ose diellore janë grimca me jetëgjatësi të shkurtër.
Dielli dhe Toka përbëhen nga materia, domethënë protonet, elektronet dhe neutronet. Prandaj, në takimin e tyre të parë me grimcat, antigrimcat asgjësohen menjëherë.
Materia është një mjedis armiqësor për antigrimcat, kështu që antimateria dhe lënda nuk mund të ekzistojnë krah për krah në afërsi.
Deri më tani nuk e dimë se ku ndodhet në hapësirën e jashtme. Një rreze drite nuk mund ta zbulojë këtë për ne, pasi fotonet e emetuara nga substanca janë saktësisht të njëjta.
Me fjalë të tjera, materializim nënkupton shndërrimin e energjisë në një grimcë me masë pushimi.
Energjia mund të jetë në formën e një fotoni që kalon pranë bërthamës së një atomi. Energjia kinetike e një protoni rrezatimi kozmik gjithashtu mund të materializohet. Një proton që vjen nga hapësira mund të ketë një energji kinetike një miliard herë më të madhe se energjia e tij e pushimit. Dhe është kjo masë gjigante e lëvizjes materiale që lind shumë grimca në atmosferën e tokës. Një proton i tillë me energji të lartë nga hapësira e thellë përplaset me një bërthamë azoti ose oksigjeni në atmosferën e tokës. Gjatë kësaj përplasjeje, bërthama shpërbëhet dhe sasia kolosale e lëvizjes së protonit lind shumë miliona grimca dhe antigrimca të llojeve të ndryshme (barione dhe antibarione, leptone dhe antileptone, mesone dhe fotone). Së bashku, këto grimca njihen si një dush me rreze kozmike, që është një shembull i materializimit në një shkallë të gjerë. 
Në sipërfaqen e tokës, lloje të ndryshme të materializimit ndodhin në përshpejtuesit e grimcave. Për shembull, në një dhomë hidrogjeni, një proton i shpejtë përplaset me një bërthamë hidrogjeni, domethënë një proton, dhe energjia e tij kinetike shndërrohet në një neutron, antiproton dhe mezon.
11 Nëntori është Dita Ndërkombëtare e Kursimit të Energjisë. Burimet alternative të energjisë janë krijuar për ta bërë konsumin më ekonomik dhe miqësor ndaj mjedisit. Lexoni se si të siguroni një ndërtesë banimi me energji duke përdorur algat, cilat janë parimet e funksionimit të termocentraleve të erës dhe cilat vende janë liderë në energjinë alternative.
Sa larg mund të shkoni në një kuti alumini?
Burimet alternative të energjisë tashmë janë bërë të zakonshme në botën moderne. Megjithatë, ka ende vend për zbulime të mahnitshme nga shkencëtarët në këtë fushë. Çfarëdo që shërben si burim energjie. Disa ide disa dekada më parë mund t'u kishin ndodhur vetëm shkrimtarëve të trillimeve shkencore, por në shekullin e 21-të ky është tashmë një realitet.
Disa vite më parë, në Hamburg të Gjermanisë, u ndërtua një shtëpi e ngrohur tërësisht nga algat. 129 akuariume me bimë janë fiksuar në skelat e jashtme të ndërtesës dhe janë në gjendje të kthehen pas diellit. Kështu, algat lëshojnë nxehtësi kur ekspozohen ndaj dritës. Nëse fasada e "bioreaktorit" gjeneron shumë nxehtësi (në mot të nxehtë me diell), energjia ruhet në rezervë në një tampon të veçantë. Kur sasia e algave në rezervuar arrin kufirin e saj, teprica dërgohet për përpunim në biokarburant dhe siguron furnizim për të gjithë periudhën e dimrit.
Në verë, panelet e algave jeshile kryejnë një funksion tjetër: ato krijojnë hije brenda apartamenteve. Ndërtimi i strukturës futuriste u deshën rreth tre vjet dhe për ndërtimin e saj u shpenzuan rreth 5 milionë euro.
A është e mundur të mos harxhosh energji duke luajtur futboll, por, përkundrazi, ta prodhosh atë? Zhvilluesit e topit Soccket (nga soсcer - futboll dhe fole - lidhës) i përgjigjen kësaj pyetjeje në mënyrë pozitive. Topi i avancuar teknologjikisht është i pajisur me një pajisje të aftë për të shndërruar energjinë kinetike nga ndikimet në energji elektrike. Në vetëm 15 minuta lojë, bateria e integruar në pajisjen e lojës është plotësisht e ngarkuar. Kjo fuqi mund të jetë e mjaftueshme për të karikuar një telefon celular ose një llambë. Topi është i pajisur me një lidhës të veçantë për transmetimin e energjisë elektrike në një burim tjetër.
Zhvilluesit rusë gjithashtu mund të mburren me zbulime në fushën e energjisë alternative. Ekipi shkencor i Departamentit të metaleve me ngjyra dhe arit të NUST MISIS, nën udhëheqjen e profesorit Alexander Gromov, i ftuar nga Gjermania, ka zhvilluar një metodë për prodhimin e karburantit alternativ miqësor ndaj mjedisit (hidrogjen) nga mbeturinat e aluminit dhe metaleve me ngjyra. . Kjo do të thotë, falë këtij zhvillimi, makinat do të mund të hipin në kanaçe alumini. Riciklimi i një kuti të vogël sode (0,33 litra) siguron karburant për 20 metra vozitje.
Ne propozuam një sistem që përfshin analizën e lëndës së parë, metodat optimale për bluarjen e mbetjeve të aluminit, zhvillimin e mekanizmave dhe mënyrave të oksidimit, si dhe ruajtjen dhe transportin e reagentit të ngurtë metalik që rezulton. Ne gjetëm reagentët optimalë për oksidimin e aluminit mbeturinave, zhvilloi konceptin e një aparati për prodhimin e hidrogjenit - një gjenerator analog karbidi acetilen", tha Gromov.
Një nga avantazhet e teknologjisë është siguria e saj nga zjarri. Karburanti i konservuar ndihmon gjithashtu në zgjidhjen e problemit të riciklimit të mbetjeve të aluminit dhe tërheq vëmendjen te problemi i klasifikimit dhe grumbullimit të ndarë të mbetjeve.
Të mirat dhe të këqijat e energjisë alternative
Shumë vende në mbarë botën janë duke futur në mënyrë aktive përdorimin e burimeve alternative në sistemet e tyre të energjisë. Kina është një nga liderët. Ky vend lëshon më shumë CO2 në atmosferë, gjë që e detyroi udhëheqjen kineze të mendonte për burime alternative të energjisë miqësore me mjedisin. Sipas planit shtetëror, deri në vitin 2020 do të ndërtohen termocentrale të mëdha me erë në shtatë rajone të vendit. Së bashku me energjinë e erës, Kina planifikon të përdorë në mënyrë aktive energjinë diellore.
Energjia alternative po zhvillohet gjithashtu në mënyrë aktive në Shtetet e Bashkuara. Në vitin 2014, kapaciteti i përgjithshëm i gjeneratorëve amerikanë me erë ishte 65,879 MW. Vendi është një lider botëror në zhvillimin e energjisë gjeotermale, një fushë që përdor ndryshimin e temperaturës midis bërthamës së Tokës dhe kores së saj për të prodhuar energji.
Gjermania është një tjetër vend lider në energjinë alternative. Prillin e kaluar, vendi vendosi një rekord të llojit: në fundjavën e fundit të prillit, Gjermania mori 85% të energjisë së saj nga burime të rinovueshme, domethënë falë termocentraleve diellore, të erës dhe hidrocentraleve.
Energjia alternative mund të jetë një ndihmë e mirë për vendet që nuk kanë rezervat e tyre hidrokarbure. Japonia ndoqi këtë rrugë. Një ligj i miratuar nga Parlamenti japonez në vitin 2011 ofron mbështetje për energjinë alternative, si dhe zhvillimin e energjisë së erës, diellit, hidro dhe gjeotermale. Shumica e banorëve të vendit mbështesin kalimin në energji alternative pas aksidentit në Fukushima, shumë japonezë janë fuqimisht kundër termocentralit bërthamor.
Në ditët e sotme, energjia alternative bazohet kryesisht në përdorimin e energjisë së erës dhe diellit. Sipas statistikave të publikuara nga Shoqata Botërore e Energjisë së Erës (WWEA), kapaciteti total i të gjitha turbinave me erë në botë në fund të vitit 2017 ishte 539,291 MW. Turbinat me erë të instaluara në mbarë botën në fund të vitit 2017 mund të furnizojnë më shumë se 5% të kërkesës botërore për energji elektrike.
Parimi i funksionimit të termocentraleve me erë është shndërrimi i energjisë kinetike të erës në energji elektrike. Stacione të tilla përbëhen nga një motor me erë, një gjenerator i rrymës elektrike, një pajisje automatike për kontrollin e funksionimit të motorit të erës dhe një gjenerator. Vetë prodhimi i termocentraleve me erë është mjaft i lirë. Disavantazhet përfshijnë fuqinë e ulët dhe faktin se funksionimi i tyre varet nga moti. Një lloj varësie nga moti. Përveç kësaj, stacione të tilla prodhojnë shumë zhurmë dhe zakonisht fiken gjatë natës. Termocentralet me erë gjithashtu ndërhyjnë në trafikun ajror dhe madje edhe në valët e radios.
Energjia diellore ka gjithashtu një numër të mirat dhe të këqijat. Ekspertët përfshijnë mirëdashjen mjedisore, disponueshmërinë pothuajse kudo në botë dhe rinovimin e këtij burimi si avantazhe të përdorimit të diellit. Disavantazhet përfshijnë mirëmbajtjen komplekse të stacioneve dhe koston e shtrenjtë të pajisjeve.
Si debatuan gjerman Oskarovich dhe Anatoli Borisovich
Në Rusi nuk ka konsensus për përdorimin e energjisë alternative. Kjo dëshmohet nga mosmarrëveshja që u zhvillua në kuadër të Forumit Gaidar midis kreut të Sberbank German Gref dhe kreut të kompanisë Rusnano Anatoli Chubais.
German Gref shprehu mendimin se në vitet e ardhshme nuk ka gjasa që energjia alternative të ketë një shans për zhvillim në shkallë të gjerë.
"Unë nuk e kuptoj pse kemi diellin (energjinë diellore - red.) duke pasur parasysh koston aktuale të burimeve, thjesht nuk shoh një shans të vetëm në 10 vitet e ardhshme që të kemi një lloj dielli ose ere. ", vuri në dukje kreu i Sberbank.
“Ne kemi një konsensus të caktuar në Ministrinë e Energjisë për këtë pjesë, për të zgjeruar dhe vazhduar mbështetjen për energjinë e rinovueshme përtej vitit 2024, ne tani po diskutojmë vëllimin, madhësinë e kësaj lloj mbështetjeje”, tha Texler, duke folur në kongresin e katërt ndërkombëtar. Reencon "Energjia e Rinovueshme - Shekulli XXI: energjia dhe efikasiteti ekonomik".
Aktualisht, Rusia ka një program për të mbështetur energjinë "e gjelbër", duke përfshirë ndërtimin e termocentraleve që zgjidhen në bazë konkurruese, por ky program do të përfundojë në vitin 2024. Industria po diskuton se çfarë do të ndodhë më pas.
Më herët, Ministri i Energjisë Alexander Novak tha se si pjesë e programit në shkallë të gjerë që po zhvillohet për modernizimin e termocentraleve ruse me vlerë 3.5 trilion rubla deri në vitin 2035, 405 miliardë rubla mund të ndahen për një program të ri për të mbështetur energjinë "e gjelbër" pas vitit 2024. . Novak shpjegoi gjithashtu se nuk është ende e qartë nëse mbështetja do të mbetet në formën e saj aktuale apo nëse do të ketë masa të tjera.
Sido që të jetë, është e qartë se burimet alternative të energjisë në Rusi dhe vende të tjera do të rrisin kapacitetin e tyre çdo vit. Në të njëjtën kohë, hidrokarburet nuk ka gjasa të pushojnë së qeni burimi kryesor i energjisë në të ardhmen e afërt.
Materiali u përgatit në bazë të informacionit nga RIA Novosti dhe burimeve të hapura
