จากธาตุทรานยูเรเนียมที่รู้จัก 26 ธาตุในปัจจุบัน ไม่พบ 24 ธาตุบนโลกของเรา พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์ ธาตุหนักและหนักยิ่งยวดสังเคราะห์ได้อย่างไร?
รายการแรกขององค์ประกอบสมมุติสามสิบสามรายการ ได้แก่ A Table of Substances ที่เป็นของอาณาจักรแห่งธรรมชาติทั้งหมด ซึ่งอาจถือเป็นองค์ประกอบที่ง่ายที่สุดของร่างกาย ได้รับการตีพิมพ์โดย Antoine Laurent Lavoisier ในปี ค.ศ. 1789 นอกจากออกซิเจน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน โลหะสิบเจ็ดชนิดและธาตุแท้อื่นๆ อีกหลายชนิด แสง แคลอรี่ และออกไซด์บางส่วนก็ปรากฏขึ้นในนั้น และเมื่อ 80 ปีต่อมา Mendeleev มีตารางธาตุขึ้นมา นักเคมีรู้จักธาตุถึง 62 ธาตุ เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 เชื่อกันว่ามีองค์ประกอบ 92 ชนิดในธรรมชาติตั้งแต่ไฮโดรเจนไปจนถึงยูเรเนียมแม้ว่าจะยังไม่ได้ค้นพบบางส่วนก็ตาม อย่างไรก็ตาม เมื่อสิ้นสุดศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ได้สันนิษฐานว่ามีองค์ประกอบอยู่จริง ตามยูเรเนียมในตารางธาตุ (ทรานส์ยูเรน) แต่ก็หาไม่พบ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเปลือกโลกมีธาตุ 93 และ 94 ในปริมาณเล็กน้อย ได้แก่ เนปทูเนียมและพลูโทเนียม แต่ในอดีต องค์ประกอบเหล่านี้ได้มาจากการประดิษฐ์ครั้งแรก จากนั้นจึงค้นพบในองค์ประกอบของแร่ธาตุเท่านั้น
จากองค์ประกอบแรก 94 ธาตุ มี 83 ธาตุที่มีไอโซโทปเสถียรหรือมีไอโซโทปอายุยืน ซึ่งครึ่งชีวิตเทียบได้กับอายุของระบบสุริยะ (พวกมันมายังโลกของเราจากเมฆก่อกำเนิดดาวเคราะห์) อายุการใช้งานขององค์ประกอบทางธรรมชาติทั้ง 11 ธาตุที่เหลือนั้นสั้นกว่ามาก ดังนั้นพวกมันจึงปรากฏในเปลือกโลกเนื่องจากการสลายกัมมันตภาพรังสีในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้น แล้วองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดตั้งแต่ 95 ถึง 118 ล่ะ? ไม่มีบนโลกของเรา พวกเขาทั้งหมดได้มาจากการประดิษฐ์
ประดิษฐ์ครั้งแรก
การสร้างองค์ประกอบประดิษฐ์มีประวัติอันยาวนาน ความเป็นไปได้พื้นฐานของสิ่งนี้ชัดเจนในปี 1932 เมื่อเวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์กและดมิทรี อิวาเนนโกสรุปว่านิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน สองปีต่อมา กลุ่มของเอนริโก แฟร์มี พยายามผลิตทรานยูเรเนียมโดยการฉายรังสียูเรเนียมด้วยนิวตรอนช้า สันนิษฐานว่านิวเคลียสของยูเรเนียมจะจับนิวตรอนหนึ่งหรือสองตัว หลังจากนั้นจะต้องสลายตัวบีตาเพื่อสร้างธาตุ 93 หรือ 94 พวกเขายังรีบประกาศการค้นพบทรานซูรัน ซึ่งเฟอร์มีเรียกว่าออโซเนียมและเฮสเปเรียมในสุนทรพจน์โนเบลของเขาในปี 1938 อย่างไรก็ตาม นักรังสีเคมีชาวเยอรมัน Otto Hahn และ Fritz Strassmann พร้อมด้วยนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย Lise Meitner แสดงให้เห็นในไม่ช้าว่า Fermi เข้าใจผิด: นิวไคลด์เหล่านี้เป็นไอโซโทปขององค์ประกอบที่รู้จักอยู่แล้ว ซึ่งเป็นผลมาจากการแยกนิวเคลียสของยูเรเนียมออกเป็นคู่ของชิ้นส่วนที่มีมวลประมาณเท่ากัน . การค้นพบนี้เกิดขึ้นในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2481 ซึ่งทำให้สามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และระเบิดปรมาณูได้ องค์ประกอบแรกที่สังเคราะห์ขึ้นไม่ใช่ทรานยูเรเนียมเลย แต่เป็นอีคาแมงกานีสตามที่ Mendeleev ทำนายไว้ พวกเขาค้นหามันในแร่ต่างๆ แต่ก็ไม่มีประโยชน์ และในปี 1937 อีคาแมงกานีสซึ่งต่อมาเรียกว่าเทคนีเซียม (จากภาษากรีก ??? - เทียม) ได้มาจากการยิงนิวเคลียสดิวทีเรียมที่เป้าหมายโมลิบดีนัมเร่งด้วยไซโคลตรอนที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley
ขีปนาวุธแสง
องค์ประกอบ 93 ถึง 101 ได้มาจากปฏิกิริยาระหว่างนิวเคลียสของยูเรเนียมหรือนิวเคลียสทรานยูเรเนียมที่ตามมากับนิวตรอน ดิวเทอรอน (นิวเคลียสดิวเทอเรียม) หรืออนุภาคแอลฟา (นิวเคลียสฮีเลียม) ความสำเร็จครั้งแรกเกิดขึ้นโดยชาวอเมริกัน เอ็ดวิน แมคมิลลาน และฟิลิป อาเบลสัน ซึ่งในปี พ.ศ. 2483 ได้สังเคราะห์เนปทูเนียม-239 โดยทำงานตามแนวคิดของเฟอร์มี นั่นคือ การจับนิวตรอนช้าด้วยยูเรเนียม-238 และการสลายตัวของบีตาในเวลาต่อมาของยูเรเนียม-239 ธาตุที่ 94 - พลูโทเนียม - ถูกค้นพบเป็นครั้งแรกขณะศึกษาการสลายบีตาของเนปทูเนียม-238 ที่ได้จากการทิ้งระเบิดยูเรเนียมด้วยดิวเทอรอนที่เครื่องไซโคลตรอนของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่เบิร์กลีย์เมื่อต้นปี พ.ศ. 2484 และในไม่ช้าก็เห็นได้ชัดว่าพลูโทเนียม-239 ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนช้านั้นฟิชไซล์ไม่เลวร้ายไปกว่ายูเรเนียม-235 และสามารถทำหน้าที่เป็นไส้ระเบิดปรมาณูได้ ดังนั้นข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับการผลิตและคุณสมบัติขององค์ประกอบนี้จึงถูกจัดประเภทและบทความของ MacMillan, Glenn Seaborg (สำหรับการค้นพบที่พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลในปี 1951) และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาพร้อมข้อความเกี่ยวกับทรานยูเรเนียมตัวที่สองปรากฏในการพิมพ์ในปี 1946 เท่านั้น ทางการอเมริกันเป็นเวลาเกือบหกปีแล้ว การตีพิมพ์การค้นพบธาตุที่ 95 อะเมริเซียม ซึ่งเมื่อปลายปี พ.ศ. 2487 ถูกแยกออกโดยกลุ่มของซีบอร์กจากผลิตภัณฑ์การทิ้งระเบิดนิวตรอนของพลูโตเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ก็ล่าช้าเช่นกัน ไม่กี่เดือนก่อนหน้านี้ นักฟิสิกส์จากทีมเดียวกันได้รับไอโซโทปแรกของธาตุ 96 ที่มีน้ำหนักอะตอม 242 ซึ่งสังเคราะห์ได้โดยการระดมโจมตียูเรเนียม-239 ด้วยอนุภาคอัลฟาที่มีความเร่ง ได้รับการตั้งชื่อว่า curium เพื่อยกย่องความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ของ Pierre และ Marie Curie จึงเป็นการเปิดประเพณีการตั้งชื่อ transurans เพื่อเป็นเกียรติแก่ความคลาสสิกของฟิสิกส์และเคมี ไซโคลตรอนขนาด 60 นิ้วที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียกลายเป็นสถานที่แห่งการสร้างสรรค์ อีกสามองค์ประกอบ 97, 98 และ 101 สองคนแรกตั้งชื่อตามสถานที่เกิด - เบอร์คีเลียมและแคลิฟอร์เนียม เบิร์กลีย์ถูกสังเคราะห์ขึ้นในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2492 โดยการระดมยิงใส่เป้าหมายอะเมริเซียมด้วยอนุภาคแอลฟา และในอีกสองเดือนต่อมาด้วยการทิ้งระเบิดคูเรียมแบบเดียวกัน องค์ประกอบที่ 99 และ 100 ได้แก่ ไอน์สไตเนียมและเฟอร์เมียมถูกค้นพบในระหว่างการวิเคราะห์ทางเคมีกัมมันตภาพรังสีของตัวอย่างที่รวบรวมในพื้นที่ของเอนิเวตักอะทอลล์ซึ่งเมื่อวันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2495 ชาวอเมริกันได้จุดชนวนประจุเทอร์โมนิวเคลียร์ขนาดสิบเมกะตัน "ไมค์" เปลือกทำจากยูเรเนียม-238 ในระหว่างการระเบิดนิวเคลียสของยูเรเนียมดูดซับนิวตรอนได้มากถึงสิบห้านิวตรอนหลังจากนั้นพวกมันก็สลายตัวเป็นโซ่ของเบต้าซึ่งนำไปสู่การก่อตัวขององค์ประกอบเหล่านี้ ธาตุ 101 เมนเดลีเวียม ถูกค้นพบเมื่อต้นปี พ.ศ. 2498 Seaborg, Albert Ghiorso, Bernard Harvey, Gregory Choppin และ Stanley Thomson ถูกโจมตีด้วยอนุภาคอัลฟ่าประมาณหนึ่งพันล้านอะตอม (ซึ่งน้อยมาก แต่ก็ไม่มีอีกแล้ว) อะตอมของไอน์สไตเนียมที่สะสมตัวด้วยไฟฟ้าบนฟอยล์สีทอง แม้จะมีความหนาแน่นของลำแสงสูงมาก (60 ล้านล้านอนุภาคอัลฟาต่อวินาที) ได้อะตอมเมนเดลีเวียมเพียง 17 อะตอมเท่านั้น แต่การพิจารณาคุณสมบัติการแผ่รังสีและทางเคมีของพวกมัน
ไอออนหนัก
เมนเดลีเวียมเป็นทรานยูเรเนียมสุดท้ายที่ผลิตโดยใช้นิวตรอน ดิวเทอรอน หรืออนุภาคแอลฟา เพื่อให้ได้องค์ประกอบต่อไปนี้ เป้าหมายจำเป็นจากองค์ประกอบหมายเลข 100 - เฟอร์เมียม ซึ่งในขณะนั้นไม่สามารถผลิตได้ (แม้ตอนนี้จะได้รับเฟอร์เมียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในปริมาณนาโนแกรม) นักวิทยาศาสตร์ใช้เส้นทางที่แตกต่างออกไป: พวกเขาใช้อะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งมีนิวเคลียสบรรจุอยู่ โปรตอนมากกว่าสองตัวเพื่อโจมตีเป้าหมาย พวกมันเรียกว่าไอออนหนัก) ในการเร่งความเร็วลำไอออน จำเป็นต้องใช้เครื่องเร่งพิเศษ เครื่องจักรดังกล่าวเครื่องแรก HILAC (เครื่องเร่งเชิงเส้นไอออนหนัก) เปิดตัวในเบิร์กลีย์ในปี 1957 และเครื่องที่สองคือ U-300 ไซโคลตรอน เปิดตัวที่ห้องปฏิบัติการปฏิกิริยานิวเคลียร์ของสถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ใน Dubna ในปี 1960 ต่อมาหน่วย U-400 และ U-400M ที่ทรงพลังกว่าได้ถูกนำไปใช้งานใน Dubna เครื่องเร่งอนุภาค UNILAC (Universal Linear Accelerator) อีกเครื่องหนึ่งได้ปฏิบัติการที่ศูนย์วิจัยไอออนหนักของเฮล์มโฮลทซ์ในเยอรมนีในเมืองวิกเฮาเซิน ซึ่งเป็นหนึ่งในเขตดาร์มสตัดท์ นับตั้งแต่ปลายปี พ.ศ. 2518 ในระหว่างการระดมยิงเป้าหมายที่ทำจากตะกั่ว บิสมัท ยูเรเนียม หรือทรานยูเรเนียมด้วย ไอออนหนัก นิวเคลียสที่ตื่นเต้นสูง ( ร้อน) ที่จะแตกสลายหรือปล่อยพลังงานส่วนเกินผ่านการปล่อย (การระเหย) ของนิวตรอน บางครั้งนิวเคลียสเหล่านี้จะปล่อยนิวตรอนหนึ่งหรือสองตัว หลังจากนั้นพวกมันจะเกิดการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ เช่น การสลายอัลฟา การสังเคราะห์ประเภทนี้เรียกว่าความเย็น ในดาร์มสตัดท์ได้รับองค์ประกอบที่มีตัวเลขตั้งแต่ 107 (บอเรียม) ถึง 112 (โคเปอร์นิเซียม) ด้วยความช่วยเหลือ ในทำนองเดียวกันในปี 2547 นักฟิสิกส์ชาวญี่ปุ่นได้สร้างอะตอมหนึ่งขององค์ประกอบที่ 113 (หนึ่งปีก่อนหน้านี้ได้รับใน Dubna) ในระหว่างการหลอมรวมร้อน นิวเคลียสของทารกแรกเกิดจะสูญเสียนิวตรอนมากขึ้นจากสามเป็นห้านิวเคลียส ด้วยวิธีนี้ เบิร์กลีย์และดับนาได้สังเคราะห์องค์ประกอบจาก 102 (โนเบเลียม) ถึง 106 (ซีบอร์เกียม เพื่อเป็นเกียรติแก่เกล็นน์ ซีบอร์ก ซึ่งอยู่ภายใต้การนำขององค์ประกอบใหม่เก้าประการที่ถูกสร้างขึ้น) ต่อมาใน Dubna มีการสร้างซูเปอร์เฮฟวี่เวทที่ใหญ่ที่สุดหกรายการในลักษณะนี้ - ตั้งแต่วันที่ 113 ถึง 118 สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) อนุมัติเฉพาะชื่อของธาตุลำดับที่ 114 (เฟลโรเวียม) และธาตุที่ 116 (ลิเวอร์มอเรียม) เท่านั้น
เพียงสามอะตอม
องค์ประกอบที่ 118 ที่มีชื่อชั่วคราว อูอูนออกเทียม และสัญลักษณ์ Uuo (ตามกฎของ IUPAC ชื่อชั่วคราวขององค์ประกอบนั้นถูกสร้างขึ้นจากรากภาษาละตินและกรีกของชื่อของตัวเลขของเลขอะตอมของพวกเขา un-un-oct (ium) - 118) ถูกสร้างขึ้นโดยความพยายามร่วมกันของกลุ่มวิทยาศาสตร์สองกลุ่ม: Dubna ภายใต้การนำของ Yuri Oganesyan และ Livermore National Laboratory ภายใต้การนำของ Kenton Moody นักเรียนของ Seaborg Ununoctium ตั้งอยู่ต่ำกว่าเรดอนในตารางธาตุและอาจเป็นก๊าซมีตระกูล อย่างไรก็ตาม ยังไม่ได้กำหนดคุณสมบัติทางเคมีของมัน เนื่องจากนักฟิสิกส์ได้สร้างอะตอมของธาตุนี้เพียงสามอะตอมโดยมีมวล 294 (118 โปรตอน, 176 นิวตรอน) และครึ่งชีวิตประมาณหนึ่งมิลลิวินาที: สองในปี 2545 และหนึ่งใน 2548. พวกมันได้มาจากการระดมยิงเป้าหมายที่ประกอบด้วยแคลิฟอร์เนีย-249 (98 โปรตอน, 151 นิวตรอน) ด้วยไอออนของไอโซโทปหนักของแคลเซียมที่มีมวลอะตอม 48 (โปรตอน 20 ตัวและนิวตรอน 28 ตัว) เร่งด้วยเครื่องเร่งอนุภาค U-400 จำนวนแคลเซียม “กระสุน” ทั้งหมดคือ 4.1x1,019 ดังนั้นผลผลิตของ “เครื่องกำเนิดยูนอคเทียม” ของ Dubna จึงต่ำมาก อย่างไรก็ตาม ตามข้อมูลของ Kenton Moody U-400 เป็นเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียวในโลกที่สามารถสังเคราะห์องค์ประกอบที่ 118 ได้ “การทดลองแต่ละชุดเกี่ยวกับการสังเคราะห์ทรานยูเรเนียมจะเพิ่มข้อมูลใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของสสารนิวเคลียร์ซึ่ง ใช้ในการจำลองคุณสมบัติของนิวเคลียสที่หนักยิ่งยวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทำงานเกี่ยวกับการสังเคราะห์องค์ประกอบที่ 118 ทำให้สามารถละทิ้งรุ่นก่อนหน้านี้หลายรุ่นได้ Kenton Moody เล่า - เราสร้างเป้าหมายจากแคลิฟอร์เนียม เนื่องจากธาตุที่หนักกว่านั้นไม่มีในปริมาณที่ต้องการ แคลเซียม-48 มีนิวตรอนเพิ่มขึ้น 8 นิวตรอน เมื่อเทียบกับไอโซโทปหลัก แคลเซียม-40 เมื่อนิวเคลียสของมันหลอมรวมกับนิวเคลียสของแคลิฟอร์เนียม จะเกิดนิวเคลียสที่มีนิวตรอน 179 ตัว พวกเขาอยู่ในสภาวะที่ตื่นเต้นอย่างมากและดังนั้นจึงไม่เสถียรเป็นพิเศษ ซึ่งพวกมันก็โผล่ออกมาอย่างรวดเร็วและปล่อยนิวตรอนออกมา เป็นผลให้เราได้ไอโซโทปของธาตุ 118 ที่มีนิวตรอน 176 ตัว และนี่คืออะตอมที่เป็นกลางจริงๆ ที่มีอิเล็กตรอนครบชุด! หากพวกเขามีอายุยืนยาวกว่านี้อีกสักหน่อย ก็เป็นไปได้ที่จะตัดสินคุณสมบัติทางเคมีของพวกเขา”
เมธูเสลาห์ หมายเลข 117
ธาตุ 117 หรือที่รู้จักกันในชื่ออูนเซปเทียม ได้รับมาภายหลังในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2553 องค์ประกอบนี้เกิดบนเครื่อง U-400 เครื่องเดียวกัน โดยที่เช่นเคย แคลเซียม-48 ไอออนถูกยิงไปที่เป้าหมายที่ทำจากเบอร์คีเลียม-249 ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ เมื่อเบอร์คีเลียมและนิวเคลียสแคลเซียมชนกัน นิวเคลียส ununseptium-297 ที่มีความตื่นเต้นอย่างมาก (โปรตอน 117 ตัว และนิวตรอน 180 นิวตรอน) ก็ปรากฏขึ้น ผู้ทดลองได้รับนิวเคลียส 6 ตัว โดย 5 ตัวระเหยนิวตรอนไป 4 นิวตรอนและกลายเป็นยูนเซปเทียม-293 และส่วนที่เหลือปล่อยนิวตรอน 3 ตัวและทำให้เกิดเป็นยูนยูนเซปเทียม-294 ครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่เบากว่าคือ 14 มิลลิวินาที และไอโซโทปที่หนักกว่านั้นมากถึง 78 มิลลิวินาที! ในปี 2012 นักฟิสิกส์ของ Dubna ได้รับอะตอมของ ununseptium-293 อีกห้าอะตอม และต่อมาหลายอะตอมของไอโซโทปทั้งสอง ในฤดูใบไม้ผลิปี 2014 นักวิทยาศาสตร์จากดาร์มสตัดท์รายงานการสังเคราะห์นิวเคลียสของธาตุ 117 สี่นิวเคลียส ซึ่งสองนิวเคลียสมีมวลอะตอม 294 ครึ่งชีวิตของอูนยูนเซปเทียม "หนัก" นี้ซึ่งวัดโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันมีค่าประมาณ 51 มิลลิวินาที ( สิ่งนี้สอดคล้องกับการประมาณการของนักวิทยาศาสตร์จาก Dubna เป็นอย่างดี) ขณะนี้ในดาร์มสตัดท์ พวกเขากำลังเตรียมโครงการสำหรับเครื่องเร่งเชิงเส้นใหม่ของไอออนหนักบนแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ซึ่งจะช่วยให้สามารถสังเคราะห์องค์ประกอบ 119 และ 120 ได้ แผนที่คล้ายกันนี้กำลังถูกนำมาใช้ในเมือง Dubna ซึ่งมีการสร้างเครื่องไซโคลตรอน DS-280 ใหม่ เป็นไปได้ว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า การสังเคราะห์ทรานยูเรเนียมที่มีน้ำหนักยิ่งยวดใหม่จะเกิดขึ้นได้ และการสร้างองค์ประกอบที่ 120 หรือแม้แต่องค์ประกอบที่ 126 ด้วยนิวตรอน 184 ตัว และการค้นพบเกาะแห่งเสถียรภาพจะกลายเป็นความจริง
อายุยืนยาวบนเกาะแห่งความมั่นคง
ภายในนิวเคลียสจะมีเปลือกโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งค่อนข้างคล้ายกับเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม นิวเคลียสที่มีเปลือกเต็มเต็มจะทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองเป็นพิเศษ จำนวนนิวตรอนและโปรตอนที่สอดคล้องกับเปลือกดังกล่าวเรียกว่าเวทมนตร์ บางส่วนถูกกำหนดโดยการทดลอง ได้แก่ 2, 8, 20 และ 28แบบจำลองเชลล์ทำให้สามารถคำนวณ "ตัวเลขมหัศจรรย์" ของนิวเคลียสที่หนักยิ่งยวดในทางทฤษฎีได้ อย่างไรก็ตาม โดยไม่มีการรับประกันที่สมบูรณ์ มีเหตุผลให้คาดหวังว่าหมายเลขนิวตรอน 184 จะมีมนต์ขลัง มันสามารถสอดคล้องกับหมายเลขโปรตอน 114, 120 และ 126 และอย่างหลังจะต้องมีมนต์ขลังอีกครั้ง หากเป็นเช่นนั้น ไอโซโทปขององค์ประกอบที่ 114, 120 และ 126 ซึ่งมีนิวตรอน 184 นิวตรอนจะมีอายุยืนยาวกว่าเพื่อนบ้านในตารางธาตุมาก - นาที ชั่วโมง หรือแม้แต่ปี (พื้นที่ของตารางนี้คือ มักเรียกว่าเกาะแห่งความมั่นคง) นักวิทยาศาสตร์ตั้งความหวังสูงสุดไว้กับไอโซโทปสุดท้ายที่มีนิวเคลียสเวทมนตร์ทวีคูณ
วิธีดับนินสกี้
เมื่อไอออนหนักเข้าสู่บริเวณแรงนิวเคลียร์ของเป้าหมาย จะสามารถสร้างนิวเคลียสของสารประกอบที่อยู่ในสถานะตื่นเต้นได้ มันจะสลายตัวเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยที่มีมวลประมาณเท่ากัน หรือปล่อย (ระเหย) นิวตรอนหลายตัวและผ่านเข้าสู่สถานะพื้น (ไม่ตื่นเต้น)
“องค์ประกอบ 113 ถึง 118 ถูกสร้างขึ้นโดยใช้วิธีการอันน่าทึ่งที่พัฒนาขึ้นใน Dubna ภายใต้การนำของ Yuri Oganesyan” Alexander Yakushev สมาชิกในทีม Darmstadt อธิบาย - แทนที่จะใช้นิกเกิลและสังกะสีซึ่งใช้ในการยิงใส่เป้าหมายในดาร์มสตัดท์ Oganesyan กลับใช้ไอโซโทปที่มีมวลอะตอมต่ำกว่ามาก - แคลเซียม-48 ความจริงก็คือการใช้นิวเคลียสของแสงเพิ่มโอกาสที่จะเกิดการหลอมรวมกับนิวเคลียสเป้าหมาย นิวเคลียสแคลเซียม-48 ยังมีเวทย์มนตร์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เนื่องจากประกอบด้วยโปรตอน 20 ตัวและนิวตรอน 28 ตัว ดังนั้นการเลือกของ Oganesyan จึงมีส่วนอย่างมากต่อการอยู่รอดของนิวเคลียสของสารประกอบที่เกิดขึ้นเมื่อเป้าหมายถูกยิง ท้ายที่สุดแล้ว นิวเคลียสสามารถหลั่งนิวตรอนหลายตัวและก่อให้เกิดทรานยูเรเนียมใหม่ได้ก็ต่อเมื่อมันไม่แตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยทันทีหลังคลอด เพื่อสังเคราะห์ธาตุหนักยิ่งยวดด้วยวิธีนี้ นักฟิสิกส์ของ Dubna ได้สร้างเป้าหมายจากทรานยูเรเนียมที่ผลิตในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นพลูโทเนียมตัวแรก จากนั้นอะเมริเซียม คูเรียม แคลิฟอร์เนียม และสุดท้ายคือเบอร์คีเลียม แคลเซียม-48 ในธรรมชาติมีเพียง 0.7% สกัดโดยใช้เครื่องแยกแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นขั้นตอนที่มีราคาแพง ไอโซโทปนี้หนึ่งมิลลิกรัมมีราคาประมาณ 200 ดอลลาร์ จำนวนนี้เพียงพอสำหรับการยิงเป้าหนึ่งหรือสองชั่วโมง และการทดลองจะใช้เวลาหลายเดือน เป้าหมายนั้นมีราคาแพงกว่าด้วยราคาถึงล้านดอลลาร์ การชำระค่าไฟฟ้ายังต้องเสียค่าใช้จ่ายค่อนข้างมาก เนื่องจากเครื่องเร่งไอออนหนักจะใช้พลังงานเมกะวัตต์ โดยทั่วไปแล้ว การสังเคราะห์องค์ประกอบที่มีน้ำหนักมากยิ่งยวดไม่ใช่สิ่งที่น่าพึงพอใจ”
34.โครงสร้างขององค์ประกอบทางเคมี การสังเคราะห์ธาตุทรานยูเรเนียม
ในปี พ.ศ. 2404 A.M. Butlerov นักเคมีผู้มีชื่อเสียงชาวรัสเซีย
สร้างและพิสูจน์ทฤษฎีโครงสร้างทางเคมีของสสารตาม
โดยคุณสมบัติของสารจะถูกกำหนดตามลำดับพันธะของอะตอมใน
โมเลกุลและอิทธิพลซึ่งกันและกัน ในปี พ.ศ. 2412 D.I. Mendeleev ค้นพบ9
กฎพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติประการหนึ่งคือกฎเป็นระยะ
องค์ประกอบทางเคมีซึ่งมีสูตรสมัยใหม่ดังนี้
คุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีจะขึ้นอยู่กับประจุไฟฟ้าของนิวเคลียสเป็นระยะ
35. “ตัวสร้าง” อะตอม - โมเลกุลของโครงสร้างของสสาร ความแตกต่างระหว่างแนวทางกายภาพและเคมีในการศึกษาคุณสมบัติของสสาร
อะตอมคืออนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่กำหนด อะตอมทั้งหมดที่มีอยู่ในธรรมชาติจะแสดงอยู่ในระบบธาตุตามคาบของเมนเดเลเยฟ
อะตอมเชื่อมต่อกันเป็นโมเลกุลผ่านพันธะเคมีตามปฏิกิริยาทางไฟฟ้า จำนวนอะตอมในโมเลกุลอาจแตกต่างกันไป โมเลกุลสามารถประกอบด้วยอะตอมหนึ่ง สอง สาม หรือหลายร้อยอะตอมก็ได้
ตัวอย่างของโมเลกุลไดอะตอมมิก ได้แก่ CO, NO, O 2, H 2, โมเลกุลไตรอะตอม - CO 2, H 2 O, SO 2, โมเลกุลเตตร้าอะตอม - NH 3 ดังนั้นโมเลกุลจึงประกอบด้วยอะตอมหนึ่งอะตอมหรือมากกว่าขององค์ประกอบทางเคมีหนึ่งหรือต่างกัน
โมเลกุลสามารถกำหนดได้ว่าเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่กำหนดซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมี ระหว่างโมเลกุลของร่างกายใด ๆ มีแรงปฏิสัมพันธ์ - แรงดึงดูดและแรงผลัก แรงดึงดูดทำให้ร่างกายโดยรวมมีอยู่จริง เพื่อที่จะแบ่งร่างกายออกเป็นส่วน ๆ ต้องใช้ความพยายามอย่างมาก การมีอยู่ของแรงผลักระหว่างโมเลกุลจะถูกเปิดเผยเมื่อมีการพยายามบีบอัดวัตถุ
40.งานหลักของจักรวาลวิทยา การแก้ปัญหาการกำเนิดของจักรวาลในระยะต่าง ๆ ของการพัฒนาอารยธรรม
จักรวาลวิทยาคือการศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพของจักรวาลโดยรวม เป้าหมายของมันคือการสร้างทฤษฎีเกี่ยวกับพื้นที่ทั้งหมดที่ครอบคลุมโดยการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าเมตากาแล็กซี
ดังที่ทราบกันดีว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพนำไปสู่ข้อสรุปว่าการมีอยู่ของมวลจำนวนมากส่งผลต่อคุณสมบัติของกาล-อวกาศ คุณสมบัติของปริภูมิแบบยุคลิดตามปกติ (เช่น ผลรวมของมุมของสามเหลี่ยม คุณสมบัติของเส้นคู่ขนาน) เปลี่ยนแปลงไปใกล้กับมวลขนาดใหญ่ หรืออย่างที่พวกเขากล่าวว่า ปริภูมิเป็น "เส้นโค้ง" ความโค้งของอวกาศที่สร้างขึ้นโดยมวลแต่ละก้อน (เช่น ดาวฤกษ์) มีขนาดเล็กมาก
ดังนั้นจึงควรคาดหวังว่าเนื่องจากความโค้งของอวกาศ รังสีแสงที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์จึงควรเปลี่ยนทิศทาง การวัดตำแหน่งของดาวฤกษ์ใกล้ดวงอาทิตย์และเวลาที่เกิดสุริยุปราคาอย่างแม่นยำทำให้สามารถจับภาพผลกระทบนี้ได้ที่ขีดจำกัดของความแม่นยำในการวัด
อย่างไรก็ตาม ผลรวมของมวลแรงโน้มถ่วง (นั่นคือ การครอบครองแรงดึงดูด) ของดาราจักรและดาราจักรซุปเปอร์ทั้งหมดสามารถทำให้เกิดความโค้งบางประการของอวกาศโดยรวม ซึ่งจะส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของมัน และผลที่ตามมาคือวิวัฒนาการของจักรวาลทั้งหมด
แม้แต่การกำหนดปัญหาในการกำหนด (ตามกฎสัมพัทธภาพ) คุณสมบัติของอวกาศและเวลาด้วยการกระจายมวลตามอำเภอใจก็เป็นเรื่องยากมาก ดังนั้นจึงมักพิจารณาโครงร่างโดยประมาณที่เรียกว่าแบบจำลองของจักรวาล
สิ่งที่ง่ายที่สุดนั้นตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่าสสารในจักรวาลในสเกลขนาดใหญ่มีการกระจายอย่างเท่าเทียมกัน (ความเป็นเนื้อเดียวกัน) และคุณสมบัติของอวกาศจะเหมือนกันในทุกทิศทาง (ไอโซโทรปี) พื้นที่ดังกล่าวจะต้องมีความโค้งและเรียกว่าแบบจำลองที่เกี่ยวข้อง
แบบจำลองไอโซโทรปิกที่เป็นเนื้อเดียวกันของจักรวาล
คำตอบของสมการแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์สำหรับกรณีไอโซโทรปิกที่เป็นเนื้อเดียวกัน
แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าระยะห่างระหว่างความแตกต่างของแต่ละบุคคล ถ้า
ไม่รวมการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายส่วนบุคคล (ความเร็วแปลก ๆ ) ไม่สามารถคงอยู่ได้: จักรวาลจะต้องหดตัวหรือ
สอดคล้องกับการสังเกตขยายความ ถ้าเราละเลยความเร็วแปลกๆ
กาแลคซี ดังนั้นความเร็วของการกำจัดวัตถุทั้งสองในจักรวาลร่วมกันจะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสองก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น สำหรับระยะทางที่ค่อนข้างเล็ก การขึ้นต่อกันนี้จะเป็นเส้นตรง และค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนคือค่าคงที่ฮับเบิล จากที่กล่าวมาข้างต้น ระยะห่างระหว่างวัตถุคู่ใดๆ จึงเป็นฟังก์ชันของเวลา รูปแบบของฟังก์ชันนี้ขึ้นอยู่กับสัญลักษณ์ของความโค้งของปริภูมิ หากความโค้งเป็นลบ แสดงว่า “จักรวาล” กำลังขยายตัวอยู่ตลอดเวลา ที่ความโค้งเป็นศูนย์ซึ่งสอดคล้องกับ; พื้นที่แบบยุคลิด การขยายตัวเกิดขึ้นพร้อมกับการชะลอตัว และอัตราการขยายตัวมีแนวโน้มเป็นศูนย์ ในที่สุด การขยายตัวของ “จักรวาล” ซึ่งมีความโค้งเป็นบวก จะต้องเปิดทางให้กับการบีบอัดในบางยุคสมัย
ในกรณีหลัง เนื่องจากเรขาคณิตที่ไม่ใช่แบบยุคลิด ช่องว่างจึงต้องเป็น
สุดท้ายคือ มีปริมาตรจำกัด ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง
จำนวนดาว กาแล็กซี ฯลฯ จำนวนจำกัด อย่างไรก็ตาม “ขอบเขต” ของจักรวาลโดยธรรมชาติแล้ว
ไม่สามารถเป็นได้ไม่ว่ากรณีใดๆ
แบบจำลองสองมิติของพื้นที่สามมิติแบบปิดดังกล่าวคือ
พื้นผิวของบอลลูนที่พองตัวแล้ว กาแล็กซีในแบบจำลองนี้แสดงเป็นแบบแบน
ตัวเลขที่วาดบนพื้นผิว เมื่อลูกบอลยืดออก พื้นที่ผิวและระยะห่างระหว่างรูปร่างจะเพิ่มขึ้น แม้ว่าโดยหลักการแล้วลูกบอลดังกล่าวสามารถเติบโตได้โดยไม่มีขีดจำกัด แต่พื้นที่ผิวของมันก็จำกัดในเวลาใดก็ตาม
อย่างไรก็ตาม ในพื้นที่สองมิติ (พื้นผิว) นั้นไม่มีขอบเขต ความโค้งของปริภูมิในแบบจำลองไอโซโทรปิกที่เป็นเนื้อเดียวกันนั้นขึ้นอยู่กับค่าของความหนาแน่นเฉลี่ยของสาร หากความหนาแน่นน้อยกว่าค่าวิกฤตที่กำหนด ความโค้งจะเป็นลบและกรณีแรกจะเกิดขึ้น กรณีที่สอง (ความโค้งเป็นศูนย์) เกิดขึ้นที่ค่าความหนาแน่นวิกฤต สุดท้าย เมื่อความหนาแน่นมากกว่าค่าวิกฤต ∆ ความโค้งจะเป็นค่าบวก (กรณีที่สาม) ในระหว่างกระบวนการขยาย ค่าสัมบูรณ์ของความโค้งอาจมีการเปลี่ยนแปลง แต่สัญญาณของมัน
ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
ค่าความหนาแน่นวิกฤติแสดงผ่านค่าคงที่ของฮับเบิล H และค่าคงที่แรงโน้มถ่วง f ดังต่อไปนี้: ที่ H = 55 กม./วินาที × Mpc, r cr = 5 × 10-30 g/cm3 โดยคำนึงถึงมวลทั้งหมดที่ทราบในเมทากาแลกซีนำไปสู่ เพื่อประมาณความหนาแน่นเฉลี่ยประมาณ 5× 10-31 g/cm3
อย่างไรก็ตาม นี่เป็นขีดจำกัดล่างอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากยังไม่ทราบมวลของตัวกลางที่มองไม่เห็นระหว่างกาแลคซี ดังนั้นการประมาณความหนาแน่นที่มีอยู่จึงไม่ได้ให้เหตุผลในการตัดสินสัญญาณของความโค้งของพื้นที่จริง
โดยหลักการแล้ว วิธีอื่นๆ ในการเลือกแบบจำลองจักรวาลที่สมจริงที่สุดโดยเชิงประจักษ์นั้นเป็นไปได้โดยพิจารณาจากการเคลื่อนที่ไปทางสีแดงของวัตถุที่อยู่ห่างไกลที่สุด (ซึ่งแสงที่มาถึงเราถูกปล่อยออกมาเมื่อหลายร้อยล้านและพันล้านปีก่อน) และการเปรียบเทียบความเร็วเหล่านี้ ด้วยระยะทางถึงวัตถุที่พบโดยวิธีอื่น ที่จริงแล้ว ด้วยวิธีนี้ การเปลี่ยนแปลงของอัตราการขยายตัวเมื่อเวลาผ่านไปจะถูกกำหนดจากการสังเกต การสังเกตการณ์สมัยใหม่ยังไม่แม่นยำจนใครๆ ก็สามารถตัดสินสัญญาณของความโค้งของอวกาศได้อย่างมั่นใจ เราบอกได้แค่ว่าความโค้งของอวกาศในจักรวาลนั้นใกล้กับศูนย์
ค่าคงที่ฮับเบิลซึ่งมีบทบาทสำคัญในทฤษฎีไอโซโทรปิกที่เป็นเนื้อเดียวกัน
จักรวาลมีความหมายทางกายภาพที่น่าสงสัย เพื่อชี้แจงคุณควร
ให้สังเกตว่าปริมาณส่วนกลับ 1/H มีมิติของเวลาและ
เท่ากับ 1/H = 6×1,017 วินาที หรือ 20 พันล้านปี มันง่ายที่จะเข้าใจว่ามันคืออะไร
ระยะเวลาที่จำเป็นสำหรับการขยายตัวของ Metagalaxy สู่สถานะปัจจุบัน โดยมีเงื่อนไขว่าอัตราการขยายตัวจะไม่เปลี่ยนแปลงในอดีต อย่างไรก็ตามคำถามเกี่ยวกับความคงตัวของความเร็วนี้ของขั้นตอนก่อนหน้าและต่อมา (ที่เกี่ยวข้องกับยุคใหม่) ของการขยายตัวของจักรวาลยังคงเป็นที่เข้าใจได้ไม่ดี
การยืนยันว่าจักรวาลเคยอยู่ในสถานะพิเศษบางอย่างจริงๆ ก็คือการปล่อยคลื่นวิทยุคอสมิกที่ค้นพบในปี 1965 เรียกว่ารังสีสะท้อน (เช่น สารตกค้าง) สเปกตรัมของมันคือความร้อนและสร้างเส้นโค้งพลังค์ขึ้นมาใหม่โดยมีอุณหภูมิประมาณ 3 °K [โปรดสังเกตว่า ตามสูตร ค่าสูงสุดของรังสีดังกล่าวจะเกิดขึ้นที่ความยาวคลื่นประมาณ 1 มิลลิเมตร ซึ่งใกล้เคียงกับช่วงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่สังเกตการณ์จากโลกได้
คุณลักษณะที่โดดเด่นของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิกคือความสม่ำเสมอ
ความเข้มในทุกทิศทาง (ไอโซโทรปี) ข้อเท็จจริงนี้เองที่ทำให้สามารถแยกรังสีที่อ่อนแอจนไม่สามารถเชื่อมโยงกับวัตถุหรือบริเวณใด ๆ ในท้องฟ้าได้
ตั้งชื่อว่า "รังสีสะท้อน" เนื่องจากรังสีนี้คงเหลืออยู่
การแผ่รังสีของเอกภพซึ่งดำรงอยู่ในยุคที่มีความหนาแน่นสูงเมื่อนั้น
มีความทึบแสงต่อรังสีของมันเอง การคำนวณแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ควร
เกิดขึ้นที่ความหนาแน่น r > 10-20 g/cm3 (ความเข้มข้นเฉลี่ยของอะตอม
ประมาณ 104 ซม. -3) เช่น เมื่อความหนาแน่นสูงกว่าปัจจุบันถึงพันล้านเท่า
เนื่องจากความหนาแน่นแปรผันแปรผกผันกับกำลังสามของรัศมี ดังนั้น ให้สมมติว่า
การขยายตัวของจักรวาลในอดีตก็เหมือนกับปัจจุบันที่เราเข้าใจในยุคนั้น
ความทึบ ระยะทางทั้งหมดในจักรวาลนั้นเล็กกว่า 1,000 เท่า ความยาวคลื่น l มีจำนวนน้อยกว่าเท่าเดิม ดังนั้น ควอนตัมซึ่งปัจจุบันมีความยาวคลื่น 1 มม. ก่อนหน้านี้มีความยาวคลื่นประมาณ 1 μ ซึ่งสอดคล้องกับการแผ่รังสีสูงสุดที่อุณหภูมิประมาณ 3000 °K
ดังนั้น การมีอยู่ของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิกจึงไม่เพียงแต่บ่งบอกถึงความหนาแน่นสูงของจักรวาลในอดีตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุณหภูมิสูงด้วย (แบบจำลอง "ร้อน" ของจักรวาล)
เกี่ยวกับว่าจักรวาลอยู่ในสถานะที่หนาแน่นยิ่งขึ้นหรือไม่
อุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างมาก โดยหลักการแล้วใครๆ ก็ตัดสินได้
จากการศึกษานิวทริโนที่ระลึกที่คล้ายกัน สำหรับพวกเขาคือความทึบ
จักรวาลควรเกิดขึ้นที่ความหนาแน่น r " 107 g/cm3 ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้เท่านั้น
ในระยะเริ่มต้นที่ค่อนข้างมากของการพัฒนาจักรวาล เช่นเดียวกับในกรณี
การแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล เมื่อเอกภพเข้าสู่การขยายตัว เนื่องจากการขยายตัว
เมื่อสถานะมีความหนาแน่นต่ำกว่า นิวทริโนจะหยุดโต้ตอบกับสสารที่เหลือ ราวกับว่า "แยกตัวออก" จากมัน และต่อมาจะเกิดการเปลี่ยนแปลงสีแดงทางจักรวาลวิทยาเพียงอย่างเดียวเนื่องจากการขยายตัว น่าเสียดายที่การตรวจจับนิวทริโนดังกล่าวซึ่งในปัจจุบันต้องมีพลังงานเพียงไม่กี่หมื่นอิเล็กตรอนโวลท์นั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ในอนาคตอันใกล้นี้
โดยหลักการแล้วจักรวาลวิทยาช่วยให้เรามีแนวคิดที่กว้างที่สุด
กฎของโครงสร้างและการพัฒนาของจักรวาล มันง่ายที่จะเข้าใจว่าใหญ่แค่ไหน
ดาราศาสตร์ส่วนนี้มีความสำคัญต่อการสร้างที่ถูกต้อง
โลกทัศน์เชิงวัตถุ ด้วยการศึกษากฎของจักรวาลโดยรวม เราจึงเข้าใจคุณสมบัติของสสาร อวกาศ และเวลาอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น บางส่วนของพวกเขา
ตัวอย่างเช่นคุณสมบัติของพื้นที่และเวลาทางกายภาพจริงในวงกว้าง
ตาชั่งสามารถศึกษาได้เฉพาะในกรอบของจักรวาลวิทยาเท่านั้น ดังนั้น ผลลัพธ์ของมันจึงมีความสำคัญสูงสุดไม่เพียงแต่สำหรับดาราศาสตร์และฟิสิกส์ซึ่งได้รับโอกาสในการชี้แจงกฎของตนเท่านั้น แต่ยังสำหรับปรัชญาด้วย ซึ่งได้รับเนื้อหาที่กว้างขวางสำหรับการสรุปกฎของโลกวัตถุโดยทั่วไป
การสังเคราะห์องค์ประกอบ
ย้อนกลับไปในช่วงต้นทศวรรษที่ 40 พวกเขาพยายามใช้แนวคิดเรื่องบิ๊กแบงเพื่ออธิบายที่มาขององค์ประกอบทางเคมี นักวิจัยชาวอเมริกัน R. Alpher, G. Gamow และ R. Herman เสนอว่าในช่วงแรกสุดของการดำรงอยู่ของมัน จักรวาลเป็นกลุ่มของก๊าซนิวตรอนความหนาแน่นสูง (หรือที่พวกเขาเรียกมันว่า "ilema") อย่างไรก็ตาม ต่อมาพบว่าธาตุหนักจำนวนหนึ่งสามารถก่อตัวขึ้นภายในดาวฤกษ์ได้เนื่องจากวัฏจักรของปฏิกิริยานิวเคลียร์ ดังนั้นความต้องการ "ไอเลม" จึงดูเหมือนจะหายไป
การชี้แจงองค์ประกอบทางเคมีของจักรวาลทำให้เกิดความขัดแย้งในไม่ช้า หากเราคำนวณปริมาณไฮโดรเจนในดวงดาวในกาแล็กซีของเราที่ควร "เผาไหม้" ให้เป็นฮีเลียมในช่วงที่มันดำรงอยู่ (10 พันล้านปี) ปรากฎว่าปริมาณฮีเลียมที่สังเกตได้นั้นมากกว่าปริมาณที่ได้รับตามการคำนวณทางทฤษฎีถึง 20 เท่า ซึ่งหมายความว่าแหล่งที่มาของการก่อตัวของฮีเลียมไม่ควรเป็นเพียงการสังเคราะห์ในส่วนลึกของดวงดาวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการอื่นที่ทรงพลังมากด้วย ในท้ายที่สุดเราก็ต้องหันกลับมาที่แนวคิดเรื่องบิ๊กแบงอีกครั้งและมองหาแหล่งที่มาของฮีเลียมส่วนเกินในนั้น ความสำเร็จในครั้งนี้ตกเป็นของนักวิชาการโซเวียตชื่อดัง Ya. B. Zeldovich และ I. D. Novikov ซึ่งในงานชุดที่มีรายละเอียดได้ยืนยันในรายละเอียดเกี่ยวกับทฤษฎีของบิ๊กแบงและจักรวาลที่กำลังขยายตัว ( ยา. วี. เซลโดวิช, ไอ. ดี. โนวิคอฟ. โครงสร้างและวิวัฒนาการของจักรวาล ม. เนากา 2518- บทบัญญัติหลักของทฤษฎีนี้มีดังนี้
การขยายตัวของเอกภพเริ่มต้นด้วยความหนาแน่นสูงมากและมีอุณหภูมิสูงมาก เมื่อรุ่งเช้าของการดำรงอยู่ จักรวาลมีลักษณะคล้ายกับห้องทดลองที่มีพลังงานสูงและอุณหภูมิสูง แต่แน่นอนว่านี่เป็นห้องทดลองที่ไม่มีการเปรียบเทียบทางโลก
"จุดเริ่มต้น" ของจักรวาลนั่นคือสถานะของมันซึ่งสอดคล้องกับการคำนวณทางทฤษฎีจนถึงรัศมีใกล้กับศูนย์จนถึงตอนนี้ยังห่างไกลแม้แต่การเป็นตัวแทนทางทฤษฎี ความจริงก็คือสมการของฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพยังคงใช้ได้จนถึงความหนาแน่นที่ 10,93 g/cm3 จักรวาลที่ถูกบีบอัดให้มีความหนาแน่นเช่นนี้ ครั้งหนึ่งเคยมีรัศมีประมาณหนึ่งในสิบพันล้านเซนติเมตร กล่าวคือ มันมีขนาดพอๆ กับโปรตอน! อุณหภูมิของจักรวาลจิ๋วนี้ซึ่งมีน้ำหนักไม่ต่ำกว่า 10,51 ตันนั้นสูงอย่างไม่น่าเชื่อและเห็นได้ชัดว่าใกล้ถึง 10 32 องศา นี่คือลักษณะที่จักรวาลดูเหมือนเสี้ยววินาทีที่ไม่มีนัยสำคัญหลังจากการเริ่ม "ระเบิด" ที่ "จุดเริ่มต้น" เอง ทั้งความหนาแน่นและอุณหภูมิจะเปลี่ยนไปสู่อนันต์ กล่าวคือ "จุดเริ่มต้น" โดยใช้คำศัพท์ทางคณิตศาสตร์คือจุด "เอกพจน์" พิเศษที่ทำให้สมการของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสมัยใหม่สูญเสียความหมายทางกายภาพไป แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าไม่มีสิ่งใดเลยก่อน "จุดเริ่มต้น" เราจินตนาการไม่ออก อะไรเกิดขึ้นก่อน "จุดเริ่มต้น" ตามปกติของจักรวาล
ในชีวิตของเรา วินาทีเป็นช่วงเวลาที่ไม่มีนัยสำคัญ ในช่วงเวลาแรกของชีวิตของจักรวาล (นับตามอัตภาพจาก "จุดเริ่มต้น") เหตุการณ์มากมายเกิดขึ้นภายในวินาทีแรก คำว่า "การขยาย" ในที่นี้ดูอ่อนเกินไปและไม่เหมาะสม ไม่ มันไม่ใช่การขยายตัว แต่เป็นการระเบิดที่ทรงพลัง
ในตอนท้ายของหนึ่งแสนวินาทีหลังจาก "จุดเริ่มต้น" จักรวาลในปริมาตรขนาดเล็กประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน: นิวคลีออนและแอนตินิวคลีออน อิเล็กตรอนและโพซิตรอน เช่นเดียวกับมีซอน ควอนตาแสง (โฟตอน) ในส่วนผสมนี้ตามที่ Ya. B. Zeldovich อาจมีแรงโน้มถ่วงและควาร์กสมมุติฐาน (สำหรับตอนนี้) กราวิตอนและควาร์กเป็นอนุภาคสมมุติ ปฏิสัมพันธ์ของกราวิตอนกับอนุภาคอื่นจะกำหนดสนามโน้มถ่วง (นี่คือควอนต้าของสนามโน้มถ่วง) ควาร์กเป็น "องค์ประกอบพื้นฐาน" ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ก่อให้เกิดอนุภาคต่างๆ มากมาย มีการใช้ความพยายามและเงินจำนวนมากในการตรวจจับควาร์ก แต่ยังไม่พบพวกมัน) แต่บทบาทหลักยังคงเป็นของนิวตริโนอย่างชัดเจน
เมื่อ “อายุ” ของจักรวาลอยู่ที่หนึ่งในหมื่นของวินาที ความหนาแน่นเฉลี่ยของมัน (10 14 g/cm3) ก็ใกล้เคียงกับความหนาแน่นของนิวเคลียสของอะตอมอยู่แล้ว และอุณหภูมิก็ลดลงเหลือประมาณหลายพันล้านองศา มาถึงตอนนี้ นิวคลีออนและแอนตินิวคลีออนก็สามารถทำลายล้างได้แล้ว ซึ่งก็คือ ถูกทำลายร่วมกัน และกลายเป็นรังสีชนิดแข็งปริมาณหนึ่ง เฉพาะจำนวนนิวตริโนที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาของอนุภาคเท่านั้นที่ยังคงรักษาและเพิ่มได้ เนื่องจากนิวตริโนมีปฏิกิริยากับอนุภาคอื่นได้อ่อนที่สุด “ทะเล” ของนิวตริโนที่กำลังเติบโตนี้แยกอนุภาคที่มีอายุยืนที่สุด - โปรตอนและนิวตรอน - ออกจากกันและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโปรตอนและนิวตรอนเป็นกันและกันและกำเนิดคู่อิเล็กตรอน - โพซิตรอน ยังไม่ชัดเจนว่าอะไรเป็นสาเหตุให้เกิดความเด่นของอนุภาคตามมาและมีปฏิปักษ์จำนวนเล็กน้อยในโลกของเรา บางทีอาจมีความไม่สมดุลในช่วงแรกด้วยเหตุผลบางประการ นั่นคือ จำนวนปฏิภาคจะน้อยกว่าจำนวนอนุภาคเสมอ หรือตามที่นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อ ต้องขอบคุณกลไกการแยกที่ยังไม่ทราบแน่ชัด อนุภาคและปฏิภาคจึงถูกจัดเรียง โดยมุ่งความสนใจไปที่ส่วนต่างๆ ของ จักรวาลและปฏิปักษ์ที่ไหนสักแห่งที่พวกมันมีอำนาจเหนือกว่า (ในขณะที่อนุภาคมีอำนาจเหนือกว่าในโลกของเรา) ก่อตัวเป็นแอนติเวิลด์
ตามคำกล่าวของ Ya. B. Zeldovich “ในขณะนี้ ยังมีควอนตัมเหลืออยู่ในจักรวาลที่เราสังเกตเห็น เช่นเดียวกับนิวตริโนและกราวิตอน ซึ่งเราไม่สามารถสังเกตได้ด้วยวิธีการสมัยใหม่ และอาจไม่สามารถสังเกตได้สำหรับหลายๆ คน ปี."
เรามาพูดต่อ:
“ดังนั้น เมื่อเวลาผ่านไป อนุภาคทั้งหมดในจักรวาลจะ “ตาย” เหลือเพียงควอนตัมเท่านั้น ถูกต้องภายในหนึ่งร้อยล้าน แต่ในความเป็นจริงแล้ว มีโปรตอนหรือนิวตรอนหนึ่งตัวต่อทุกๆ ร้อยล้านควอนตัม อนุภาคเหล่านี้จะถูกเก็บรักษาไว้เนื่องจากอนุภาคที่เหลือนั้นไม่มีอะไรที่จะทำลายล้างด้วย (ในตอนแรก นิวคลีออน โปรตอน และนิวตรอนจะถูกทำลายล้างด้วยปฏิปักษ์ของพวกมัน) มีเพียงไม่กี่อนุภาค แต่โลกและดาวเคราะห์ ดวงอาทิตย์และดวงดาวประกอบด้วยอนุภาคเหล่านี้ ไม่ใช่จากควอนต้า" ( โลกและจักรวาล พ.ศ. 2512 ฉบับที่ 3 หน้า 8 (ยา บี. เซลโดวิช จักรวาลร้อนแรง)).
เมื่ออายุของเอกภพถึงหนึ่งในสามของวินาที ความหนาแน่นลดลงเหลือ 10.7 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และอุณหภูมิลดลงเหลือ 3 หมื่นล้านองศา ในขณะนี้ ตามที่นักวิชาการ V.L. Ginzburg กล่าวว่านิวตริโนจะถูกแยกออกจากนิวคลีออนและจะไม่ถูกดูดซึมอีกต่อไป ในปัจจุบัน นิวทริโน "ปฐมภูมิ" เหล่านี้ที่เดินทางในอวกาศควรมีพลังงานเพียงไม่กี่หมื่นอิเล็กตรอนโวลต์ เราไม่รู้วิธีตรวจจับนิวตริโนดังกล่าว: ในการทำเช่นนี้ ความไวของอุปกรณ์ที่ทันสมัยจะต้องเพิ่มขึ้นหลายแสนเท่า หากสามารถทำได้ นิวตริโน "ปฐมภูมิ" จะให้ข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับวินาทีแรกของชีวิตของจักรวาลแก่เรา
เมื่อสิ้นสุดวินาทีแรก จักรวาลได้ขยายตัวจนมีขนาดใหญ่กว่าระบบสุริยะสมัยใหม่ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 พันล้านกิโลเมตรประมาณหนึ่งร้อยเท่า ตอนนี้ความหนาแน่นของสารคือ 1 t/cm3 และอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 1 หมื่นล้านองศา ยังไม่มีอะไรที่นี่ที่คล้ายกับพื้นที่สมัยใหม่ ไม่มีอะตอมและนิวเคลียสของอะตอมที่เราคุ้นเคย และไม่มีอนุภาคมูลฐานที่เสถียร
ก่อนหน้านี้เพียง 0.9 วินาที ที่อุณหภูมิ 1 แสนล้านองศา มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเท่ากัน แต่เมื่ออุณหภูมิลดลง นิวตรอนที่หนักกว่าจะสลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตริโน ซึ่งหมายความว่าจำนวนโปรตอนในจักรวาลเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และจำนวนนิวตรอนก็ลดลง
อายุของจักรวาลคือสามนาทีครึ่ง การคำนวณทางทฤษฎีจะกำหนดอุณหภูมิในขณะนี้ไว้ที่ 1 พันล้านองศา และความหนาแน่นนั้นน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำถึงร้อยเท่าแล้ว ขนาดของจักรวาลในเวลาเพียงสามนาทีครึ่งเพิ่มขึ้นจากเกือบศูนย์เป็น 40 sv ปี ( สำหรับการขยายพื้นที่นั้นความเร็วแสงนั้นไม่ใช่ขีดจำกัด- เงื่อนไขถูกสร้างขึ้นภายใต้การที่โปรตอนและนิวตรอนเริ่มรวมกันเป็นนิวเคลียสขององค์ประกอบที่เบาที่สุด ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน เสถียรภาพบางอย่างเกิดขึ้น และเมื่อสิ้นสุดนาทีที่สี่นับจากจุดเริ่มต้นของ "การระเบิดครั้งแรก" จักรวาลประกอบด้วยไฮโดรเจน 70% และฮีเลียม 30% โดยมวล นี่อาจเป็นองค์ประกอบดั้งเดิมของดวงดาวที่เก่าแก่ที่สุด ธาตุที่หนักกว่าเกิดขึ้นในภายหลังอันเป็นผลมาจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในดาวฤกษ์
ประวัติศาสตร์ต่อไปของจักรวาลนั้นสงบกว่าจุดเริ่มต้นอันปั่นป่วน อัตราการขยายตัวค่อยๆ ช้าลง อุณหภูมิก็ค่อยๆ ลดลง เช่นเดียวกับความหนาแน่นเฉลี่ย และเมื่อเอกภพมีอายุหนึ่งล้านปี อุณหภูมิของมันก็ต่ำมาก (3,500 องศาเคลวิน) จนโปรตอนและนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมสามารถจับได้อย่างอิสระแล้ว อิเล็กตรอนและกลายเป็นอะตอมที่เป็นกลาง จากช่วงเวลานี้ เวทีสมัยใหม่ของการวิวัฒนาการของจักรวาลก็เริ่มต้นขึ้นโดยพื้นฐานแล้ว กาแล็กซี ดวงดาว ดาวเคราะห์ปรากฏขึ้น ในที่สุด หลังจากหลายพันล้านปี จักรวาลก็กลายเป็นอย่างที่เราเห็น
บางทีผู้อ่านบางคนที่ประหลาดใจกับจำนวนมหาศาลซึ่งห่างไกลจากความเป็นจริงตามปกติ อาจคิดว่าประวัติศาสตร์ของจักรวาลที่วาดในแง่ทั่วไปที่สุดนั้นเป็นเพียงนามธรรมทางทฤษฎีเท่านั้นที่ห่างไกลจากความเป็นจริง แต่นั่นไม่เป็นความจริง ทฤษฎีจักรวาลที่กำลังขยายตัวอธิบายการถดถอยของกาแลคซี ได้รับการยืนยันจากข้อมูลสมัยใหม่มากมายเกี่ยวกับอวกาศ ในที่สุด ก็มีการค้นพบการยืนยันการทดลองที่น่าเชื่ออีกครั้งเกี่ยวกับสถานะที่ร้อนจัดของจักรวาลโบราณเมื่อไม่นานมานี้
พลาสมาปฐมภูมิที่เต็มจักรวาลในตอนแรกนั้นประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานและควอนตาการแผ่รังสีหรือโฟตอน ซึ่งเรียกว่าก๊าซโฟตอน ในตอนแรก ความหนาแน่นของรังสีใน “จักรวาลจุลภาค” นั้นสูงมาก แต่เมื่อขยายตัว “ก๊าซโฟตอน” จะค่อยๆ เย็นลง สิ่งนี้จะทำให้อากาศร้อนภายในปริมาตรปิดที่ขยายตัวอย่างต่อเนื่องบางส่วนเย็นลง
ในปัจจุบันนี้ มีเพียงร่องรอยเล็กๆ น้อยๆ ของ "ความร้อน" หลักเท่านั้นที่ควรหลงเหลืออยู่ พลังงานของควอนต้าของ "ก๊าซโฟตอน" ปฐมภูมิลดลงเป็นค่าที่สอดคล้องกับอุณหภูมิที่อยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์เพียงไม่กี่องศา ปัจจุบัน “ก๊าซโฟตอน” ปฐมภูมิควรปล่อยออกมาอย่างเข้มข้นที่สุดในช่วงคลื่นวิทยุเซนติเมตร
นี่คือการคาดการณ์ทางทฤษฎี แต่ได้รับการยืนยันจากการสังเกต ในปี พ.ศ. 2508 นักฟิสิกส์วิทยุชาวอเมริกันค้นพบการปล่อยคลื่นวิทยุรบกวนที่ความยาวคลื่น 7.3 ซม. การแผ่รังสีนี้มาจากทุกจุดบนท้องฟ้าอย่างสม่ำเสมอ และเห็นได้ชัดว่าไม่เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิดวิทยุจักรวาลใด ๆ ที่แยกจากกัน สถานีวิทยุบนโลกหรือการรบกวนที่เกิดจากอุปกรณ์วิทยุจะไม่ถูกตำหนิ
ดังนั้น จึงค้นพบการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิกของเอกภพ ซึ่งเหลืออยู่เพียงอุณหภูมิที่สูงเกินจินตนาการดั้งเดิมของมัน ดังนั้นแบบจำลอง "ร้อน" ของเอกภพปฐมภูมิซึ่งคำนวณตามทฤษฎีโดย Ya. B. Zeldovich และลูกศิษย์ของเขาจึงได้รับการยืนยัน
เห็นได้ชัดว่าจักรวาลถือกำเนิดขึ้นจาก "การระเบิดครั้งแรก" อันทรงพลัง จากก้อนสสารและการแผ่รังสีที่มีปริมาตรน้อยมาก แต่มีมวลหนักมาก หนาแน่นมาก และร้อนจัดมาก ตลอดระยะเวลาหลายพันล้านปี สิ่งที่เราเรียกว่าอวกาศในปัจจุบันก็ได้เกิดขึ้น
เมื่อเอกภพขยายจากกลุ่มสสารที่เล็กมากแต่หนาแน่นเกินกว่าจะจินตนาการได้เป็นมิติจักรวาล ลูกบอลขนาดยักษ์ที่ยังคงร้อนมากและหนาแน่นมากของมันอาจสลายตัวเป็น "ชิ้นส่วน" จำนวนมาก นี่อาจเป็นผลที่ตามมา เช่น ความหลากหลายของลูกบอลและอัตราที่แตกต่างกันของกระบวนการที่เกิดขึ้นในนั้น
“ชิ้นส่วน” แต่ละชิ้นที่ประกอบด้วยสสารก่อนดาวฤกษ์ซึ่งมีพลังงานสำรองจำนวนมหาศาล และสลายตัวไปตามกาลเวลา เป็นไปได้ว่าผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวนั้นเป็นควาซาร์ซึ่งเป็นเอ็มบริโอของกาแลคซี ตามที่นักวิชาการ V.A. Ambartsumyan และนักวิจัยคนอื่นๆ เชื่อว่า แกนกลางของควาซาร์ (เช่นเดียวกับแกนกลางของกาแลคซี) มีสสารก่อนดวงดาว ซึ่งเรายังไม่สามารถระบุคุณสมบัติได้ และชั้นนอกของพวกมันประกอบด้วยพลาสมาและก๊าซ ซึ่งมีความหนาแน่น สูงกว่าความหนาแน่นของสสารในกาแลคซีเพียงหลายเท่าเท่านั้น หากเป็นเช่นนั้น เราต้องยอมรับว่า "การระเบิดครั้งแรก" และการระเบิดครั้งที่สองที่ตามมาที่พุ่งออกสู่อวกาศ ไม่เพียงแต่ "เศษ" ของสสารก่อนดวงดาวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสสารที่แพร่กระจายด้วย - พลาสมา ก๊าซที่ก่อให้เกิดวัสดุฝุ่น ในเวลาเดียวกัน เราต้องคิดว่าเนื้อหาเริ่มต้นของสสารก๊าซและฝุ่นในจักรวาลนั้นสูงกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันอย่างมาก
เป็นไปตามความคิดสมัยใหม่ของเรา จนถึงขั้นตอนของการปรากฏของกาแลคซี กระบวนการระเบิดมีชัยในจักรวาล แต่ดังที่เราได้เห็นแล้วว่ากระบวนการระเบิดก็เป็นลักษณะของระยะของกาแลคซีเช่นกันแม้ว่าความเข้มของพวกมันจะลดลงในกระบวนการวิวัฒนาการของกาแลคซีตั้งแต่การแสดงพลังงานอย่างรุนแรงในกาแลคซี Markarian และ Seyfert ไปจนถึงการไหลออกของสสารที่สงบจากแกนกลางของกาแลคซี เช่นของเรา ดังนั้น ทฤษฎีของจักรวาลที่กำลังขยายตัวอาจเข้ากันได้กับแนวคิดของนักวิชาการ Ambartsumyan ซึ่งอาศัยการค้นพบของเขาเองและการค้นพบของผู้ร่วมงานของเขาตลอดจนผลงานของนักดาราศาสตร์ต่างประเทศที่ขยายแนวคิดของความคิดสร้างสรรค์ การระเบิดสู่กระบวนการก่อตัวดาวฤกษ์ ตามแนวคิดนี้ วัตถุจักรวาลทั้งหมดที่เรารู้จัก (กาแลคซี ดวงดาว เนบิวลาก๊าซฝุ่น) ถือกำเนิดขึ้นในกระบวนการของการระเบิดจากกระจุกมวลสารก่อนดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งเต็มไปด้วยพลังงานสำรองจำนวนมหาศาล นั่นคือสาเหตุที่ดาวฤกษ์ปรากฏอยู่ในรูปของกลุ่มที่ขยายตัวและอัดแน่นตั้งแต่แรกเริ่มซึ่งประกอบด้วยดาวฤกษ์หลายพันดวงหรือหลายล้านดวง สมมติฐานนี้ดูเหมือนว่าผู้เขียนน่าจะเป็นไปได้มากที่สุดในบรรดาสมมติฐานอื่นๆ ทั้งหมด ดังนั้นเขาจึงเสนอ "สายเลือด" ของวัตถุอวกาศทั้งหมดดังต่อไปนี้
“อะตอมปฐมภูมิ” เช่น จักรวาลในสถานะความหนาแน่นปฐมภูมิ และลูกไฟปฐมภูมิเป็นบรรพบุรุษที่อยู่ห่างไกลที่สุด ซึ่งแน่นอนว่า นอกเหนือจากดาวเคราะห์แล้ว ยังได้ให้กำเนิดลูกหลานของวัตถุในจักรวาลจำนวนนับไม่ถ้วนนอกเหนือจากดาวเคราะห์อีกด้วย
ชิ้นส่วนของลูกไฟบางส่วนอาจกลายเป็นแกนกลางของกาแล็กซีของเรา และเมื่อเวลาผ่านไป ก็กลายเป็นจำนวนดาวฤกษ์ แกนกาแลคซีของตัวอ่อนนี้และอาจเป็นกลุ่มดาวฤกษ์ที่แยกตัวออกมาจากมันซึ่งรวมถึงดวงอาทิตย์ด้วยนั้นเป็น "ญาติ" รายต่อไปของโลกซึ่งใกล้ชิดกับเรามากขึ้นทันเวลา
โครงการที่นำเสนอสำหรับการวิวัฒนาการของจักรวาลตั้งแต่ “อะตอมแรก” ไปจนถึงดวงดาวเป็นเพียงสมมติฐานเท่านั้นที่ต้องได้รับการพัฒนาและทดสอบเพิ่มเติม จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีทฤษฎีการเปลี่ยนแปลงของ "สสารก่อนดวงดาว" สมมุติให้เป็นวัตถุในอวกาศที่สามารถสังเกตได้ และสถานการณ์นี้เป็นหนึ่งในจุดอ่อนในแนวคิดของ V. A. Ambartsumyan
ในทางกลับกัน การกำเนิดดาวฤกษ์ผ่านการควบแน่นของก๊าซและฝุ่นที่หายากนั้นไม่อาจถือว่าเป็นไปไม่ได้เลย ในทางกลับกัน นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ยังคงยึดถือสมมติฐานเรื่องการควบแน่นดังกล่าว การสะสมของก๊าซและฝุ่นจำนวนมหาศาลอาจเกิดขึ้นได้ในขั้นตอนของการระเบิด "รอง" ของ "ชิ้นส่วนของการระเบิดหลัก" สันนิษฐานได้ว่าการกระจายตัวของสสารในนั้นในตอนแรกไม่เท่ากัน การหมุนรอบทั่วไปของกระจุกดาวดังกล่าวอาจสร้างสนามแม่เหล็กอันทรงพลังในกระจุกดาวเหล่านั้น ส่งผลให้โครงสร้างของเมฆก๊าซและฝุ่นกลายเป็นเส้นใยได้ ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงในการขยายตัว (โหนด) ของ "เส้นใย" เหล่านี้ ความเข้มข้นของสสารอาจเริ่มต้นขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเกิดขึ้นของตระกูลดาวทั้งหมด
นักวิจัยส่วนใหญ่ยังคงยึดถือแนวคิดนี้แม้ว่าจะมีจุดอ่อนอยู่ก็ตาม ค่อนข้างเป็นไปได้ที่ทั้งสองแนวคิด ("ระเบิด" และ "การควบแน่น") ไม่ได้แยกออก แต่เสริมซึ่งกันและกัน ท้ายที่สุดแล้ว ในระหว่างการสลายตัวของสสารก่อนดวงดาว ไม่เพียงแต่ดวงดาวเท่านั้น แต่ยังมีเนบิวลาปรากฏขึ้นด้วย บางทีเรื่องของเนบิวลาเหล่านี้อาจจะทำหน้าที่ (หรือทำหน้าที่มาหลายครั้งแล้ว) เป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการควบแน่นของดวงดาวและดาวเคราะห์? เฉพาะการวิจัยในอนาคตเท่านั้นที่จะสามารถนำความชัดเจนมาสู่ปัญหานี้ได้อย่างสมบูรณ์
ทฤษฎีบิ๊กแบง พัฒนาโดย Ya. B. Zeldovich และ N. D. Novikov อธิบาย "ส่วนเกิน" ของฮีเลียมในจักรวาลได้อย่างสมบูรณ์แบบ จากการคำนวณล่าสุด 100 วินาทีหลังจากเริ่มการขยายตัว จักรวาลมีไฮโดรเจน 70% และฮีเลียมประมาณ 30% ธาตุฮีเลียมและธาตุที่หนักกว่าที่เหลือปรากฏขึ้นระหว่างวิวัฒนาการของดาวฤกษ์
แม้จะประสบความสำเร็จอย่างมาก แต่ขอบเขตอันไกลโพ้นของทฤษฎีบิ๊กแบงก็ไม่ได้มืดมนแต่อย่างใด เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการค้นพบข้อเท็จจริงจำนวนหนึ่งที่ไม่สอดคล้องกับกรอบของทฤษฎีนี้ ( สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมโปรดดูหนังสือ: V. P. Chechev, Ya. กัมมันตภาพรังสีและวิวัฒนาการของจักรวาล ม. เนากา 2521- ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันว่ากาแลคซีมีการเชื่อมต่อกันทางกายภาพอย่างชัดเจนและอยู่ห่างจากเราเท่ากัน แต่ในขณะเดียวกันก็มี "การเลื่อนสีแดง" ที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (บางครั้ง 13 ครั้ง!) อีกสิ่งหนึ่งที่ไม่ชัดเจนคือเหตุใดที่ระยะห่างเท่ากัน กาแลคซีกังหันจึงมี "การเคลื่อนไปทางสีแดง" มากกว่ากาแลคซีทรงรีเสมอ จากข้อมูลบางส่วนปรากฎว่าในทิศทางที่แตกต่างกันอัตราการขยายตัว "การบวม" ของจักรวาลไม่เท่ากันซึ่งขัดแย้งกับแนวคิดที่มีอยู่ก่อนหน้านี้เกี่ยวกับรูปร่าง "ทรงกลม" อย่างเคร่งครัดของโลกที่กำลังขยายตัว?
ท้ายที่สุด เป็นที่ชัดเจนว่าความเร็วของกาแลคซีสัมพันธ์กับพื้นหลังของ CMB นั้นน้อยมาก วัดไม่ได้ด้วยหน่วยเป็นพันหรือหมื่นกิโลเมตรต่อวินาที ตามทฤษฎีจักรวาลที่กำลังขยายตัว แต่วัดได้เพียงหลายร้อยกิโลเมตรต่อวินาทีเท่านั้น ปรากฎว่ากาแลคซีนั้นอยู่นิ่งจริง ๆ เมื่อเทียบกับพื้นหลังที่ระลึกของจักรวาล ซึ่งด้วยเหตุผลหลายประการจึงถือเป็นกรอบอ้างอิงสัมบูรณ์ ( สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูหนังสือ: การพัฒนาวิธีการวิจัยทางดาราศาสตร์ (A. A. Efimov. ดาราศาสตร์และหลักสัมพัทธภาพ) M., Nauka, 1979, p. 545).
วิธีเอาชนะความยากลำบากเหล่านี้ยังไม่ชัดเจน หากปรากฎว่า "การเคลื่อนตัวสีแดง" ในสเปกตรัมของกาแลคซีไม่ได้เกิดจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ แต่เกิดจากกระบวนการอื่นที่เรายังไม่ทราบ แผนภาพที่วาดไว้ของต้นกำเนิดขององค์ประกอบทางเคมีอาจไม่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้มากว่าบิกแบงไม่ใช่ภาพลวงตา แต่เป็นความจริง และทฤษฎีของจักรวาลที่กำลังขยายตัว "ร้อน" เป็นหนึ่งในความสำเร็จที่สำคัญที่สุดของวิทยาศาสตร์แห่งศตวรรษที่ 20
โดยสรุป เราทราบว่าไม่ว่ามุมมองใดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของจักรวาลจะยึดถือ ความจริงที่เถียงไม่ได้ยังคงไม่สั่นคลอน - เราอาศัยอยู่ในโลกที่ไม่เสถียรทางเคมีซึ่งมีองค์ประกอบที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา
เมื่อยูเรเนียมถูกถล่มด้วยนิวตรอนความร้อน องค์ประกอบที่เบากว่าซึ่งมีหมายเลขซีเรียล 35-65 จะถูกสร้างขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่ความหวังที่จะพบไอโซโทปขององค์ประกอบ 43 และ 61 ในเศษซากด้วย หากเราจำสถานะของปัญหาในการได้รับได้ องค์ประกอบที่ 43, 61 และ 85 และ 87 ในปี พ.ศ. 2473 สามารถมองเห็นความก้าวหน้าที่เห็นได้ชัดเจน ประการแรก ได้รับการยืนยันความสงสัยแล้วว่าธาตุ 43 และ 61 เป็นสารที่ไม่เสถียรและ "สูญพันธุ์" สำหรับองค์ประกอบ 85 และ 87 พวกมันได้รับการยอมรับมานานแล้วว่าเป็นสารกัมมันตภาพรังสีที่สลายตัว
ในปี 1934 นักฟิสิกส์ โจเซฟ แมตทอช ค้นพบกฎเชิงประจักษ์ที่ช่วยให้สามารถประมาณความเสถียรของนิวเคลียสของไอโซโทปได้ ตามกฎของแมททอช ไอโซโทปเสถียรตัวที่สองไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากประจุของนิวเคลียสของมันแตกต่างเพียง 1 ตัวจากประจุของนิวเคลียสของไอโซโทปเสถียรที่รู้จักซึ่งมีเลขมวลเท่ากัน รูปแบบนี้ช่วยเสริมกฎของฮาร์กินส์ โดยที่องค์ประกอบที่มีเลขลำดับคี่ (นั่นคือจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเป็นจำนวนคี่) จะมีอยู่ทั่วไปบนโลกน้อยกว่ามาก เนื่องจากความเสถียรของนิวเคลียสของพวกมันต่ำ
ที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบที่ 43 และ 61 กฎของ Mattauch สามารถระบุได้ดังนี้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งในตารางธาตุ จำนวนมวลขององค์ประกอบ 43 ควรอยู่ที่ประมาณ 98 และสำหรับองค์ประกอบ 61 - ประมาณ 147 อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปเสถียรเป็นที่รู้จักอยู่แล้วสำหรับองค์ประกอบ 42 และ 44 เช่นเดียวกับองค์ประกอบ 60 และ 62 ด้วย มวลตั้งแต่ 94 ถึง 102 และตามลำดับจาก 142 ถึง 150 เนื่องจากไอโซโทปเสถียรตัวที่สองที่มีเลขมวลเท่ากันไม่สามารถมีอยู่ได้ องค์ประกอบ 43 และ 61 จึงต้องมีเพียงตัวแทนที่ไม่เสถียรเท่านั้น ไม่ต้องสงสัยเลยว่าครั้งหนึ่งธาตุ 43 และ 61 เคยปรากฏบนโลกในปริมาณที่เพียงพอ เมื่อระบบสุริยะของเราเกิดขึ้น ธาตุทั้งหมดก็ก่อตัวขึ้นจากการรวมกันของโปรตอนและนิวตรอน อย่างไรก็ตามในช่วงการดำรงอยู่ของโลก - 4.6 พันล้านปี - ตัวแทนที่ไม่มั่นคงของพวกมันก็ค่อยๆหายไปอย่างสมบูรณ์ ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือธาตุกัมมันตภาพรังสีที่สามารถเติมเข้าไปใหม่ได้อย่างต่อเนื่องภายในอนุกรมกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ เนื่องจากสารต้นกำเนิดอย่างยูเรเนียมหรือทอเรียมยังคงมีอยู่บนโลก เนื่องจากครึ่งชีวิตของพวกมันมีอายุนับพันล้านปี ธาตุ 43 และ 61 ไม่ได้อยู่ในอนุกรมกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติเหล่านี้ มีเพียงไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวของธาตุเหล่านี้เท่านั้นที่สามารถหวังว่าจะตรวจพบร่องรอยเคมีกัมมันตภาพรังสีของมัน
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์บางคนยังคงติดตามทรานยูเรเนียมปลอม นักวิจัยคนอื่นๆ ก็สามารถค้นพบธาตุ 43 และ 87 ที่เป็นเจ้าข้าวเจ้าของได้ นี่คือเรื่องราวของการค้นพบของพวกเขา... ในปี 1936 Emilio Segre ออกจาก Fermi และเพื่อนร่วมงานของเขาหลังจากแต่งงานของเขา และไปที่ปาแลร์โม อดีตเมืองหลวงของซิซิลี ที่มหาวิทยาลัยแห่งหนึ่ง เขาได้รับเสนอให้เป็นประธานสาขาฟิสิกส์ ในปาแลร์โม ด้วยความเสียใจอย่างยิ่ง Segre ไม่สามารถดำเนินการวิจัยที่เริ่มต้นกับ Fermi ต่อได้ มหาวิทยาลัยไม่มีอุปกรณ์สำหรับการวิจัยกัมมันตภาพรังสี หลังจากตัดสินใจอย่างรวดเร็ว นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีก็เดินทางไปอเมริกาเพื่อทำความคุ้นเคยกับมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่เบิร์กลีย์ ซึ่งมีชื่อเสียงในด้านอุปกรณ์ที่ดีที่สุด ในเวลานั้น มีไซโคลตรอนเพียงแห่งเดียวในโลกที่ตั้งอยู่ที่นั่น “แหล่งที่มาของกัมมันตภาพรังสีที่ฉันเห็นนั้นน่าทึ่งจริงๆ สำหรับคนที่เคยทำงานกับแหล่งกำเนิดของ Ra-Be เท่านั้น” นักฟิสิกส์เล่า
Segrè สนใจแผ่นเบี่ยงตัวของไซโคลตรอนเป็นพิเศษ มันจะต้องควบคุมการไหลของอนุภาคที่มีความเร่งไปในทิศทางที่ต้องการ เนื่องจากการชนกับอนุภาคพลังงานสูง - ดิวเทอรอนถูกเร่ง - จานนี้ร้อนมาก ดังนั้นจึงต้องทำจากโลหะทนไฟ - โมลิบดีนัม แขกจากอิตาลีหันความสนใจไปที่โมลิบดีนัมโลหะนี้ซึ่งถูกดิวเทอรอนถล่ม Segre แนะนำว่าไอโซโทปของธาตุ 43 ที่ยังไม่ทราบอาจก่อตัวขึ้นจากโมลิบดีนัมองค์ประกอบ 42 ซึ่งเป็นผลมาจากการทิ้งระเบิดด้วยดิวเทอรอน บางทีตามสมการ:
โม + ดี = X + n
โมลิบดีนัมธรรมชาติเป็นส่วนผสมของไอโซโทปเสถียรหกชนิด Segre แนะนำ: จะเกิดอะไรขึ้นถ้าหนึ่งในหกไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่เป็นไปได้ของธาตุ 43 ซึ่งโมลิบดีนัมสามารถหมุนไปในทางทฤษฎีได้ - อย่างน้อยหนึ่งอัน - กลายเป็นว่ามีอายุยืนยาวพอที่จะทนต่อการเดินทางทางทะเลไปยังซิซิลี สำหรับนักฟิสิกส์ชาวอิตาลีที่ตั้งใจจะค้นหาธาตุ 43 ที่สถาบันในบ้านเกิดของเขาเท่านั้น
นักวิจัยเดินทางกลับโดยมีแผ่นโมลิบดีนัมชิ้นหนึ่งจาก Berkeley cyclotron อยู่ในกระเป๋า ปลายเดือนมกราคม พ.ศ. 2480 เขาเริ่มวิจัยโดยได้รับการสนับสนุนจาก Perrier นักแร่วิทยาและนักเคมีวิเคราะห์ ทั้งสองพบอะตอมกัมมันตภาพรังสีซึ่งคุณสมบัติทางเคมีสามารถอยู่ระหว่างแมงกานีสและรีเนียมได้ ปริมาณของอีคาแมงกานีสที่ฟื้นคืนชีพขึ้นมาบนโลกอีกครั้งโดยอัจฉริยภาพในการสำรวจของมนุษย์นั้นน้อยมากอย่างเหลือเชื่อ: จาก 10-10 ถึง 10-12 กรัมขององค์ประกอบที่ 43!
ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2480 Segret และ Perrier รายงานเกี่ยวกับการสังเคราะห์องค์ประกอบประดิษฐ์แรกที่สูญพันธุ์ไปนานแล้วบนโลก มันเป็นวันที่ลงไปในประวัติศาสตร์ สำหรับองค์ประกอบที่ 43 พบชื่อที่แม่นยำมากในภายหลัง: เทคนีเชียม ซึ่งมาจากภาษากรีกเทคนีโตส - ประดิษฐ์ เป็นไปได้ไหมที่จะได้มันในปริมาณมากและถือมันไว้ในมือของคุณ? ในไม่ช้าก็เป็นไปได้ที่จะตอบคำถามนี้ในเชิงบวกเมื่อพบว่าฟิชชันของยูเรเนียมทำให้เกิดไอโซโทป 43 ที่ให้ผลผลิตค่อนข้างสูง ไอโซโทปที่มีเลขมวล 101 และมีครึ่งชีวิต 14 นาทีดึงดูดความสนใจเป็นพิเศษ สันนิษฐานว่าสารแฟร์มีซึ่งมีครึ่งชีวิต 13 นาที ซึ่งเป็นองค์ประกอบจินตภาพ 93 ควรจะเป็นไอโซโทปของธาตุ 43
อนุกรมกัมมันตภาพรังสีธรรมชาติมีรูปแบบที่ชัดเจน ไม่มีใครกล้าสงสัยเรื่องนี้ โดยเฉพาะหลังจากการพิสูจน์เอกลักษณ์มวลของยูเรเนียม-235 โดยเดมพ์สเตอร์ อย่างไรก็ตาม มีจุดอ่อนในชุดยูเรเนียม-แอกทิเนียม กว่ายี่สิบปีผ่านไปนับตั้งแต่มีการกล่าวถึง "ความไม่ถูกต้อง" ในซีรีส์นี้ซึ่งเกือบจะถูกลืมเลือนไป ย้อนกลับไปในปี 1913/1914 นักเคมีชาวอังกฤษ Cranston และนักวิจัยกัมมันตภาพรังสีชาวออสเตรีย Mayer, Hess และ Paneth สะดุดกับความคลาดเคลื่อนนี้ขณะศึกษาแอกทิเนียม ในฐานะที่เป็นตัวปล่อยเบต้า แอกทิเนียมจึงเปลี่ยนเป็นกัมมันตภาพรังสี ซึ่งก็คือ ไอโซโทปของทอเรียม เมื่อนักวิทยาศาสตร์ศึกษากระบวนการเปลี่ยนแปลง พวกเขามักจะสังเกตรังสีอัลฟ่าที่อ่อนแออยู่เสมอ ออตโต ฮาห์นค้นพบฤทธิ์ตกค้าง (ประมาณ 1%) ในการทดลองเกี่ยวกับการผลิตแอกทิเนียมบริสุทธิ์ “ฉันไม่สามารถพาตัวเองให้ความสำคัญกับจำนวนเล็กน้อยนี้ได้” ข่านกล่าวในภายหลัง เขาเชื่อว่าน่าจะเป็นสิ่งเจือปน
หลายปีต่อมา. นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Marguerite Perey ซึ่งเป็นพนักงานของสถาบันเรเดียมที่มีชื่อเสียงในปารีสได้ติดตามเส้นทางนี้อีกครั้ง โดยทำให้เศษส่วนแอกทิเนียมบริสุทธิ์อย่างระมัดระวัง และในเดือนกันยายน พ.ศ. 2482 ก็สามารถรายงานความสำเร็จในการแยกไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีใหม่ได้สำเร็จ มันเป็นธาตุ 87 ที่หายไปนาน ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการปล่อยแอลฟาที่ก่อให้เกิดแอคทิเนียมที่เหลือเพียงร้อยละ 1 มาดามเปเรย์พบสาขาหนึ่งในซีรีส์ที่เสร็จสมบูรณ์แล้ว เนื่องจากไอโซโทปของธาตุ 87 เปลี่ยนเป็นแอกติเนียม X ในลักษณะเดียวกับกัมมันตภาพรังสีที่รู้จักกันดี ตามคำแนะนำของ Perey ธาตุ 87 ได้รับการตั้งชื่อแฟรนเซียมเพื่อเป็นเกียรติแก่บ้านเกิดของเธอ
จริงอยู่ นักเคมีจนถึงทุกวันนี้ยังไม่ประสบความสำเร็จมากนักในการศึกษาองค์ประกอบ 87 อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปของฝรั่งเศสทั้งหมดมีอายุสั้นและสลายตัวภายในเสี้ยววินาที วินาที หรือนาที ด้วยเหตุนี้ องค์ประกอบดังกล่าวจึงยังคง "ไม่น่าสนใจ" สำหรับการศึกษาทางเคมีและการใช้งานจริงจำนวนมาก หากจำเป็นก็จะได้รับแบบเทียม แน่นอนว่า แฟรนเซียมสามารถ “ได้รับ” จากแหล่งธรรมชาติได้เช่นกัน แต่นี่เป็นเรื่องที่น่าสงสัย: ยูเรเนียมธรรมชาติ 1 กรัมมีแฟรนเซียมเพียง 10[-18] กรัมเท่านั้น!
เมื่อค้นพบตารางธาตุ ธาตุหายไป 23 ธาตุ ปัจจุบันมีเพียง 2 ธาตุ คือ 61 และ 85 การตามล่าหาธาตุดำเนินไปอย่างไร? ในฤดูร้อนปี 2481 เอมิลิโอเซกราไปที่เบิร์กลีย์อีกครั้ง เขาตั้งใจที่จะศึกษาไอโซโทปอายุสั้นของธาตุ 43 แน่นอนว่า การวิจัยดังกล่าวจะต้องดำเนินการที่ไซต์งาน ไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตสั้นจะไม่สามารถ "รอด" จากการเดินทางไปยังอิตาลีได้ ทันทีที่เขามาถึงเบิร์กลีย์ Segre ได้เรียนรู้ว่าการกลับไปสู่ฟาสซิสต์อิตาลีกลายเป็นไปไม่ได้สำหรับเขาเนื่องจากความหวาดกลัวทางเชื้อชาติ Segrèยังคงอยู่ที่ Berkeley และทำงานต่อที่นั่น
ที่เบิร์กลีย์ ซึ่งมีไซโคลตรอนที่ทรงพลังกว่า สามารถเร่งอนุภาคแอลฟาให้มีพลังงานสูงได้ หลังจากเอาชนะเกณฑ์ปฏิสัมพันธ์ที่เรียกว่าคูลอมบ์แล้ว อนุภาคอัลฟาเหล่านี้ก็สามารถทะลุผ่านได้แม้กระทั่งนิวเคลียสของอะตอมหนัก ตอนนี้ Segre มองเห็นโอกาสในการเปลี่ยนบิสมัทองค์ประกอบ 83 ให้เป็นองค์ประกอบที่ไม่รู้จัก 85 ร่วมกับชาวอเมริกัน Corson และ Mackenzie เขาระดมยิงนิวเคลียสบิสมัทด้วยอนุภาคอัลฟาด้วยพลังงาน 29 MeV เพื่อดำเนินการกระบวนการต่อไปนี้:
บี + เขา = X + 2n
ปฏิกิริยาก็เกิดขึ้นจริง เมื่อนักวิจัยร่วมมือกันครั้งแรกเสร็จสิ้นในวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2483 พวกเขาเพียงแต่แสดงแนวคิด "เกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการผลิตไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของธาตุ 85" ด้วยความระมัดระวัง ไม่นานหลังจากนั้น พวกเขาแน่ใจแล้วว่าธาตุ 85 นั้นถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์ก่อนที่จะพบในธรรมชาติ อย่างหลังโชคดีที่ผู้หญิงชาวอังกฤษ Ley-Smith และ Swiss Minder จากสถาบันในกรุงเบิร์นทำสำเร็จเพียงไม่กี่ปีต่อมา พวกเขาสามารถแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบ 85 ก่อตัวขึ้นในชุดกัมมันตภาพรังสีของทอเรียมอันเป็นผลมาจากกระบวนการด้านข้าง สำหรับองค์ประกอบเปิดพวกเขาเลือกชื่อแองโกล - เฮลเวเทียสซึ่งถูกวิพากษ์วิจารณ์ว่าเป็นเรื่องไร้สาระด้วยวาจา นักวิจัยชาวออสเตรีย Karlik และผู้ร่วมมือของเธอ Bernert ค้นพบธาตุ 85 ในชุดกัมมันตภาพรังสีธรรมชาติชุดอื่นๆ ซึ่งเป็นผลพลอยได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม สิทธิ์ในการตั้งชื่อองค์ประกอบนี้ซึ่งพบได้ในร่องรอยเท่านั้นยังคงอยู่กับSegrèและผู้ร่วมงานของเขา ปัจจุบันเรียกว่าแอสทาทีน ซึ่งแปลว่าไม่เสถียรในภาษากรีก ท้ายที่สุดแล้ว ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดของธาตุนี้มีครึ่งชีวิตเพียง 8.3 ชั่วโมงเท่านั้น
มาถึงตอนนี้ ศาสตราจารย์เซเกรก็พยายามสังเคราะห์ธาตุ 61 เช่นกัน ขณะเดียวกัน เห็นได้ชัดว่าเพื่อนบ้านทั้งสองของธาตุนี้ในตารางธาตุ ได้แก่ นีโอไดเมียมและซาแมเรียม มีกัมมันตภาพรังสีอ่อน ในตอนแรกสิ่งนี้ดูน่าประหลาดใจ เนื่องจากในเวลานั้นเชื่อกันว่ากัมมันตภาพรังสีมีอยู่ในองค์ประกอบที่หนักที่สุด นีโอไดเมียม ซึ่งเป็นธาตุ 60 ปล่อยรังสีเบตาออกมา ดังนั้นจึงต้องถูกแปลงเป็นธาตุ 61 ความจริงที่ว่าองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่รู้จักนี้ยังไม่สามารถแยกออกได้อาจเป็นเพราะการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีอย่างรวดเร็ว จะทำอย่างไร? นี่คือวิธีแก้ปัญหาอีกครั้งเพื่อให้ได้องค์ประกอบที่ต้องการโดยไม่ได้ตั้งใจ เนื่องจากธาตุ 61 ไม่สามารถพบได้ในธรรมชาติ นักฟิสิกส์จึงพยายามสังเคราะห์ธาตุดังกล่าว
ในปี 1941/42 นักวิทยาศาสตร์ Lowe, Poole, Quill และ Kurbatov จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอระดมยิงนีโอไดเมียมธาตุหายากด้วยดิวเทอรอนที่เร่งความเร็วในไซโคลตรอน พวกเขาค้นพบไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของธาตุใหม่ ซึ่งเรียกว่าไซโคลนเนียม อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงร่องรอยที่เหลืออยู่บนแผ่นฟิล์ม
ความสำเร็จของ Emilio Segra คืออะไร? เขาฉายรังสีเพรซีโอดิเมียมธาตุ 59 ด้วยรังสีอัลฟ่า อย่างไรก็ตาม การประมวลผลไอโซโทปของธาตุ 61 ที่เขาสังเคราะห์ขึ้นนั้นกลายเป็นเรื่องยากเกินไป การแยกตัวออกจากธาตุหายากอื่นๆ ล้มเหลว
มีรายงานการศึกษาที่ไม่สามารถสรุปผลได้ชิ้นหนึ่งจากฟินแลนด์ ย้อนกลับไปในปี 1935 นักเคมี Eremetse เริ่มวิเคราะห์ความเข้มข้นของส่วนผสมของซาแมเรียมและนีโอไดเมียมออกไซด์เพื่อหาปริมาณตามธรรมชาติของธาตุที่ 61 อะพาไทต์หลายตันได้รับการประมวลผลเพื่อจุดประสงค์นี้
การต่อสู้ระยะแรกเพื่อองค์ประกอบที่ 61 มีผลเสมอกัน เป็นไปไม่ได้แม้แต่จะยอมรับชื่อที่เสนอว่า "ไซโคเนียม"
องค์ประกอบสุดท้ายที่พบในธรรมชาติก่อนการสังเคราะห์เทียมคือแฟรนเซียม (1939) องค์ประกอบทางเคมีชนิดแรกที่สังเคราะห์ได้คือเทคนีเชียมในปี พ.ศ. 2480 ในปี พ.ศ. 2555 ธาตุจนถึงอูนอูนออกเทียมที่มีเลขอะตอม 118 ได้รับการสังเคราะห์โดยนิวเคลียร์ฟิวชันหรือฟิชชัน และมีความพยายามที่จะสังเคราะห์ธาตุทรานยูเรเนียมที่มีมวลหนักยิ่งยวดต่อไปนี้ การสังเคราะห์ทรานแซกตินอยด์และซูเปอร์แอคตินอยด์ใหม่ยังคงดำเนินต่อไป
ห้องปฏิบัติการที่มีชื่อเสียงที่สุดที่ได้สังเคราะห์องค์ประกอบใหม่หลายอย่างและไอโซโทปใหม่หลายสิบหรือหลายร้อยรายการคือห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley และห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Livermore ในสหรัฐอเมริกา, สถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ในสหภาพโซเวียต/รัสเซีย (Dubna), ศูนย์ Helmholtz แห่งยุโรปเพื่อการวิจัยไอออนหนักในเยอรมนี, ห้องทดลอง Cavendish ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักร, สถาบันวิจัยทางกายภาพและเคมีในญี่ปุ่นและสถาบันอื่นๆ เมื่อเร็ว ๆ นี้ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ทีมงานระดับนานาชาติทำงานเกี่ยวกับการสังเคราะห์องค์ประกอบต่างๆ ในศูนย์ของอเมริกา เยอรมัน และรัสเซีย
- 1 การเปิดองค์ประกอบสังเคราะห์ตามประเทศ
- 1.1 สหภาพโซเวียต รัสเซีย
- 1.2 สหรัฐอเมริกา
- 1.3 เยอรมนี
- 1.4 ลำดับความสำคัญที่โต้แย้งและผลลัพธ์ร่วมกัน
- 1.4.1 สหรัฐอเมริกาและอิตาลี
- 1.4.2 สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา
- 1.4.3 รัสเซียและเยอรมนี
- 1.4.4 รัสเซียและญี่ปุ่น
- 2 หมายเหตุ
- 3 ลิงค์
การเปิดองค์ประกอบสังเคราะห์ตามประเทศ
สหภาพโซเวียต, รัสเซีย
ธาตุโนบีเลียม (102), เฟลโรเวียม (114), อูนเพนเทียม (115), ลิเวอร์มอเรียม (116), อูนอูนเซปเทียม (117), อูนอูนออกเทียม (118) ถูกสังเคราะห์ในสหภาพโซเวียตและรัสเซีย
สหรัฐอเมริกา
ในสหรัฐอเมริกา ธาตุโพรมีเทียม (61), แอสทาทีน (85), เนปทูเนียม (93), พลูโทเนียม (94), อะเมริเซียม (95), คูเรียม (96), เบอร์คีเลียม (97), แคลิฟอร์เนียม (98), ไอสไตเนียม (99) , เฟอร์เมียม (100), เมนเดลีเวียม (101), ซีบอร์เกียม (106)
เยอรมนี
ธาตุฮัสเซียม (108), ไมต์เนเรียม (109), ดาร์มสตัดเทียม (110), เรินต์เกเนียม (111) และโคเปอร์นิเซียม (112) ถูกสังเคราะห์ขึ้นในประเทศเยอรมนี
ลำดับความสำคัญที่โต้แย้งและผลลัพธ์ร่วมกัน
สำหรับองค์ประกอบหลายประการ ลำดับความสำคัญจะได้รับการอนุมัติเท่าๆ กันตามการตัดสินใจของคณะกรรมาธิการร่วมของ IUPAC และ IUPAP หรือยังคงเป็นข้อขัดแย้ง:
สหรัฐอเมริกาและอิตาลี
Technetium (43) - ความพยายามร่วมกันที่เกิดขึ้นที่เครื่องเร่งความเร็วในเบิร์กลีย์ แคลิฟอร์เนีย และระบุทางเคมีในเมืองปาแลร์โม ซิซิลี
สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา
ลอว์เรนเซียม (103), รัทเทอร์ฟอร์เดียม (104), ดับเนียม (105)
รัสเซียและเยอรมนี
โบริอุส (107)
รัสเซียและญี่ปุ่น
อุตริยะ (113)
หมายเหตุ
- เอ็มสลีย์ จอห์น. Building Blocks ของธรรมชาติ: A-Z Guide to the Elements - ใหม่ - New York, NY: Oxford University Press, 2011. - ISBN 978-0-19-960563-7
- สถาบันใน Dubna กลายเป็นสถาบันแห่งที่สี่ของโลกในจำนวนไอโซโทปที่ค้นพบ
- การจัดอันดับไอโซโทปเผยห้องปฏิบัติการชั้นนำด้านวิศวกรรม
- http://flerovlab.jinr.ru/rus/elements.html
- ชื่อชั่วคราวขององค์ประกอบที่ 115 มีการเสนอชื่อ Langevinia
- ชื่อชั่วคราวขององค์ประกอบที่ 117
- ชื่อชั่วคราวขององค์ประกอบที่ 118 มีการเสนอชื่อมอสโก
- RC Barber และคณะ การค้นพบธาตุทรานสเฟอร์เมียม (อังกฤษ) // เคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ - พ.ศ. 2536 - ต. 65. - ลำดับที่ 8. - หน้า 1757-1814.
- เมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันต้องเขียนซ้ำ ๆ เกี่ยวกับสถานการณ์ที่มีการละเมิดลำดับความสำคัญของนักวิทยาศาสตร์โซเวียตในการสังเคราะห์ superheavy
- เกี่ยวกับการคุ้มครองลำดับความสำคัญ
- เคมี: ตารางธาตุ: ดาร์มสตัดเทียม: ข้อมูลทางประวัติศาสตร์
- http://element114.narod.ru/Projects/ao-iupac.html
- เกี่ยวกับการคุ้มครองลำดับความสำคัญ
- ชื่อชั่วคราวขององค์ประกอบที่ 113 มีการเสนอชื่อของเบคเคอเรเลีย, จาโปเนียม, ไรเคเนียม และไนโฮเนียม