TEMA BROJA

M. R.

Vodonik / Daleka istorija

Nastao u ranom univerzumu

Dr Marko Vojinović, viši naučni saradnik, istraživač u Grupi za gravitaciju, čestice i polja Instituta za fiziku u Beogradu

Vodonik (Hydrogenium) je ne samo najrasprostranjeniji, nego i nastariji hemijski element u svemiru. U Periodnom sistemu je na prvom mestu, čini “familiju za sebe”, pisci udžbenika neorganske hemije kažu da mu je zapravo teško naći mesto, negde je između alkalnih i halogenih elemenata ili iznad obe ove grupe. Kada je i kako nastao vodonik, koji čini najveći deo Sunčeve mase?

Grubo rečeno, u najranijem dobu razvoja univerzuma. Prema standardnom kosmološkom modelu, nakon onoga što zovemo Veliki prasak, tokom prve sekunde koja je bila krcata događajima, pri samom njenom kraju, kako to plastično opisuje dr Marko Vojinović, teorijski fizičar sa Instituta za fiziku u Beogradu, počeo je proces nukleogeneze (nukleosinteze) u kome je nastala sva barionska materija u svom osnovnom stanju. Sa materijom nastala je i antimaterija, ali za nijansu u manjoj količini. Jedno od otvorenih nerešenih pitanja kosmologije i teorije elementarnih čestica je: šta je uzrok te početne asimetrije između materije i antimaterije?
-Ta prvobitna materija, objašnjava ovaj istraživač kvantne teorije gravitacije, čestica i polja, imala je oblik vruće supe (plazme) u kojoj su se sve čestice (protoni, neutroni i elektroni) međusobno mešale. Postepenim širenjem, univerzum se postepeno i hladio, i 300.000 godina posle Velikog praska, kada se dovoljno ohladio, protoni i elektroni su mogli da izađu iz stanja plazme i formiraju prve atome. U tom trenutku univerzum je postao providan za elektromagnetno zračenje, odnosno svetlost. A postao je providan zato što su se protoni i elektroni vezali u atome. Najveći postotak atoma koji su nastali u tom procesu bili su atomi vodonika, a eksponencijalno u sve manjoj količini atomi lakih elemenata, helijuma i litijuma.

Koncentrisan u zvezdama

“Glavnina hemijskih elemenata koje znamo i koje možemo da dotaknemo rukom”, naglašava, “kreirani su nuklearnom fuzijom u zvezdama. Vodonik je prvi hemijski element i prva materija koja je uopšte postojala. Mi znamo kako su se ti procesi nukelogeneze odvijali, ali ne možemo eksperimenatlno da ih proverimo, jer su se oni odvijali na veoma visokim temperaturama.”
Stanje univerzuma se neznatno promenilo od tog vremena do danas. I danas je slična raspodela hemijskih elemenata u poznatom univerzumu. Ako je na početku najviše hemijskih elemenata bilo u tragovima, tokom nukleogeneze, posle nekoliko milijardi godina pošto je univerzum postao providan, kada su se iz gomile gasa „upalile“(formirale) prve zvezde, postalo je moguće da se tokom ciklusa života zvezda nuklearnom fuzijom stvore ostali elementi. 
Vodonika u svemiru je uglavnom je koncentrisan u zvezdama, u međuzvezdanom prostoru, odnosno u gasu koji nije imao vremena da se kondenzuje u zvezde, čija koncentracija je negde ređa a negde gušća. Kada je u pitanju gas, vodonik se nalazi u molekulskom stanju, dok je u zvezdama u stanju plazme, slično onom stanju tokom nukleogeneze.
-Nukleogeneza o kojoj govorimo se dogodila u svim tačkama u isto vreme, čitav prostor je ispunila ta supena materija koju ne možemo da vidimo u eksperimentu. Danas možemo da izvršimo sudar dva protona ili više protona i napravimo delić te prvobitne materije, ali to je moguće u jednom vrlo ograničenom prostoru oko koga je nepregledni vakuum. To nije situacija koja je postojala u ranom univerzumu. Nemamo potpunu sliku šta se tačno zbivalo nakon Velikog praska. Nećemo je, prosto, nikada ni imati. Veliki prasak je bio jedinstven događaj koji ne može da se ponovi.

Dr Vojinović kaže da je u trenutku kada je univerzum postao providan, temperatura u svim njegovim tačkama bila ista. “To je nešto neverovatno. Ne postoji nikakav razlog zašto bi apriori temperatura plazme bila ista na svakom mestu. Ta činjenica sama po sebi pruža neki uvid šta se u njemu stvarno događalo, ali za nju još uvek nemamo objašnjenje. Ona ima izvesnu indirektnu vezu sa činjenicom da je sva materija koja je nastajala nastala na isti način, u istom procesu. Sav vodonik koji je stvoren procesom nukleogneze, stvoren je na isti način i sa istim svojstvima. Kada se dovoljno ohladio da je mogao da formira molekul vodonika, temperatura je u svemiru svuda bila ista. To znači da, tokom nukleogeneze, nisu postojali različiti procesi, već samo jedan.
Na pitanje: da li tamna materija i tamna energija sadrže vodonik; dr M. Vojinović kaže: “To su dve različite pojave, ali se zna da ni jedna ni druga definitivno ne sadrže vodonik, niti bilo koji drugi normalan materijal za koji znamo. Sva normalna materija koju znamo nije "tamna" jer interaguje sa svetlošću (ima emisioni i apsorpcioni spektar). Tamna materija se zove "tamna" upravo zato što uopšte ne interaguje sa svetlošću, i nema ni emisioni ni apsorpcioni spektar. Zato i znamo da u tamnoj materiji nema vodonika (inače bi se "video").  Slično i za tamnu energiju”.

M. R.

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"