Copii curioși este o serie pentru copii de toate vârstele. Dacă aveți o întrebare pe care doriți să o răspundeți, trimiteți -o la Curiouskidsus@theconversation.com.
Cum se formează atomii? —Joshua, vârsta de 7 ani, Shoreview, Minnesota
Richard Feynmanun faimos fizician teoretic care a câștigat Premiul Nobel, a spus asta Dacă ar putea transmite o singură informație științifică generațiilor viitoare, ar fi ca toate lucrurile să fie făcute din atomi.
Înțelegerea modului în care se formează atomii este o întrebare fundamentală și importantă, deoarece acestea alcătuiesc totul cu Mass.
Întrebarea de unde provine atomii necesită o mulțime de fizică pentru a răspunde complet – și chiar atunci, fizicieni Aveți doar idei bune pentru a explica cum se formează unii atomi.
Ce este un atom?
Un atom constă dintr -un centru greu, numit nucleu, din particule numite protoni și neutroni. Un atom are Particule mai ușoare numite electroni la care te poți gândi ca orbitați în jurul nucleului.
Electronii poartă fiecare o unitate de încărcare negativă, protonii fiecare poartă o unitate de încărcare pozitivă și neutronii nu au nicio taxă. Un atom are același număr de protoni ca și electronii, deci este neutru – nu are nicio încărcare generală.
Acum, cea mai mare parte a atomi în univers sunt cele două cele mai simple tipuri: hidrogenul, care are un proton, neutroni zero și un electron; și heliul, care are doi protoni, doi neutroni și doi electroni. Desigur, pe pământ există o mulțime de atomi în afară de aceștia care sunt la fel de comuni, cum ar fi carbon Și oxigen, dar voi vorbi despre aceia în curând.
Un element este ceea ce oamenii de știință numesc un grup de atomi care sunt la fel, pentru că toți au același număr de protoni.
Când s -au format primii atomi?
Majoritatea atomilor de hidrogen și heliu al universului s -au format în jur de 400.000 de ani după Big Bangcare este numele pentru momentul în care oamenii de știință cred că a început universul, acum aproximativ 14 miliarde de ani.
De ce s -au format în acel moment? Astronomii știu de la observare Stelele care explodează îndepărtate că dimensiunea universului a fost devine mai mare De când Big Bang. Când s -au format pentru prima dată atomii de hidrogen și heliu, universul era despre De 1.000 de ori mai mic decât acum.
Și pe baza înțelegerii lor despre fizică, oamenii de știință cred că universul a fost mult mai fierbinte când era mai mic.
Înainte de această perioadă, electronii aveau prea multă energie pentru a se stabili pe orbite în jurul nucleelor de hidrogen și heliu. Deci, atomii de hidrogen și heliu s -ar putea forma doar odată ce universul s -a răcit la ceva de la 5.000 de grade Fahrenheit (2.760 grade Celsius). Din motive istorice, Acest proces se numește înșelător recombinare – Combinația ar fi mai descriptivă.
Heliu și deuteriu – o formă mai grea de hidrogen – Nucleele s -au format chiar mai devreme, la doar câteva minute după Big Bang, când temperatura a fost peste 1 miliard de F (556 milioane C). Protonii și neutronii se pot ciocni și forma nuclei ca aceștia doar la temperaturi foarte ridicate.
Oamenii de știință consideră că aproape toată materia obișnuită din univers este formată din aproximativ 90% atomi de hidrogen și 8% atomi de heliu.
Cum se formează mai mulți atomi masivi?
Așadar, atomii de hidrogen și heliu s -au format în timpul recombinării, când temperatura mai rece a permis să cadă electroni pe orbite. Dar tu, eu și aproape totul de pe pământ este făcut din mai mulți atomi mai masivi decât doar hidrogenul și heliu. Cum au fost făcuți acești atomi?
Răspunsul surprinzător este că mai mult atomii masivi sunt făcuți în stele. Pentru a face atomi cu mai mulți protoni și neutroni blocați împreună în nucleu necesită tipul de coliziuni cu energie mare în locuri foarte fierbinți. Energia necesară pentru a forma un nucleu mai greu trebuie să fie suficient de mare pentru a depăși forța electrică repulsivă pe care sarcinile pozitive, ca doi protoni, se simt unul cu celălalt.
Protonii și neutronii au, de asemenea, o altă proprietate – ca un alt tip de încărcare – care este suficient de puternic pentru a le lega împreună odată ce sunt capabili să se apropie foarte mult. Această proprietate este numită forța puternicăiar procesul care lipeste aceste particule se numește fuziune.
Oamenii de știință cred că majoritatea elementelor de la carbon până la fier sunt Fuzionat în stele Mai greu decât soarele nostru, unde temperatura poate depăși 1 miliard F (556 milioane C) – aceeași temperatură în care universul a fost când avea doar câteva minute.
Dar chiar și în stelele fierbinți, elementele mai grele decât fierul și nichelul nu se vor forma. Acestea necesită energie suplimentară, deoarece elementele mai grele se pot rupe mai ușor în bucăți.
Într -un eveniment dramatic numit supernovaNucleul interior al unei stele grele se prăbușește brusc după ce rămâne fără combustibil pentru a arde. În timpul exploziei puternice, această prăbușire declanșează, elemente mai grele decât se pot forma fier și să fie evacuate în univers.
Astronomii încă își dau seama de detaliile altor evenimente stelare fantastice care formează atomi mai mari. De exemplu, ciocnirea Stele de neutroni poate elibera cantități enorme de energie – și elemente precum aurul – În drum spre formând găuri negre.
Înțelegerea modului în care sunt făcuți atomii necesită doar învățarea unei relativități generale, plus unele fizice nucleare, particule și atomice. Dar pentru a complica problemele, există alte lucruri din univers care nu par a fi făcute din atomi normali, numiți materie întunecată. Oamenii de știință sunt Cercetând care este materia întunecată și cum s -ar putea forma.
Acest articol editat este republicat din Conversația sub licență Creative Commons. Citiți Articol original.