Az Univerzum rejtélye

Ha meg akarjuk érteni a nagyon nagyot, akkor a nagyon kicsit kell megvizsgálnunk. Az atomok ugyanis magukban hordják a Világegyetem néhány legnagyobb rejtélyének megoldását.
Az Univerzum roppant méretei valóban felfoghatatlanok. Ironikus módon ebben a hatalmas térben minden kolosszális testet az anyag igazán parányi részecskéi alkotnak. A nevük atom. Hogy elképzelhessük a méretüket, egy atom akkora egy narancshoz képest, mint a narancs a Földhöz viszonyítva.
Az atom az anyag nagyon kicsiny alkotórésze, mégis alapvető építőelem, amiből minden anyag összeáll.
Az Univerzum megértéséhez alaposan meg kell ismerkednünk az anyag kisléptékű viselkedésével, az atomokkal, és a még annál is kisebb részecskékkel.
Elsőként az ókori görögök tételezték fel, hogy minden az anyag egyetlen, tovább már nem osztható egységéből épül fel. Amit ők atomosznak neveztek, mi pedig atomnak, az elképzelhetetlenül kicsi. Annyira az, hogy több százezret kell egymás mellé tennünk, mielőtt megláthatjuk őket. Az emberi hajszál körülbelül a legvékonyabb dolog, amit még látunk. A haj mégis kb. 300 ezer atomnyi vastagságú. Ha az atomok akkorák lennének, mint egy parányi golyócskq, akkor egy hajszál 15 kilométer vastag volna. Sok ilyen összehasonlítást ismerünk. Azt mondják például, hogy egy mondat végén a pont egymilliárd atomot tartalmaz. Ám maguk az atomok is még kisebb részecskékből állnak.
Az atom közepén bújik meg az atommag. Ez a mag is többféle részecskéből áll, az úgynevezett protonokból és neutronokból. Az atommagot körülvevő felhőben sok rétegben és sokféle elrendezésben találjuk az elektronokat. Ezek a részecskék különböző számban összeállva hozzák létre a kémiai elemeket.
A legegyszerűbb atom, a hidrogén egyetlen protonból és egy elektronból áll. Kétszer ennyi, és még két neutron alkotja a héliumatomot. Ennek háromszorosát tartalmazza egy szénatom, és a lista folytatódik, egészen a legnehezebb földi elemig, a plutóniumig.
Egy átlagos emberi testben 7 ezer kvadrillió atom található. Ez 27 nullát jelent a hetes után. Ezt figyelembe véve azt hihetnénk, hogy mindannyian sokkal többet tudunk róluk, pedig nem így van. Az atom szerkezetét például sokan egészen tömörnek képzelik el, az atommag közelében keringő elektronokkal. Ahogyan a Naprendszer közkeletű elképzelése, úgy ez is gyökeresen téves.
Az atom 99 egész 999999999 százalék üres tér.
James Trefil fizika professzor érzékelteti, hogy mennyi üres tér is van az atom belsejében:
„Amikor az emberek először elképzelték az atomokat, tömörnek gondolták őket, mint egy-egy tekegolyót. Az atom, amiről az iskolában tanultunk, feltehetően így festett: az elektromosság kis varázsgömbje, amelynek a közepén ül az atommag, az elektronok pedig körüldongják, mint egy miniatűr naprendszerben. Ez azonban félrevezető. Ha egy atom akkora volna, mint egy katedrális, akkor a középen lévő atommag nem volna nagyobb egy légynél. E körül a légy körül keringenének a porszem méretű elektronok, ám közöttük csak az üresség található.”
Minden atom ilyen, az a sok-sok billió is, amelyből mindannyiunk testének szövetei és szervei felépülnek. Mivel minden belőlük épül fel, az atomok alapvető fontossággal bírnak a Világegyetem megismerésében. Ám egy atom mégsem olyasmi, amit kézbe vehetünk, vagy megnézhetünk egy mikroszkóp alatt, Akkor tehát hogyan tanulmányozzák őket és belső szerkezetüket a kutatók?
A berendezés neve részecskegyorsító. Úgy működnek, hogy a részecskék, például protonok sebességét a körpályán csaknem a fénysebességig növelik, majd más részecskéknek ütköztetik őket. Az ütközéskor rengeteg energia szabadul fel, miközben sok más részecske keletkezhet, amelyek különböző irányokba kanyarogva és pörögve szétszáguldanak. Ezek a cirkalmas minták sok mindent elárulnak a kutatóknak az atomon belüli világról.
Az atom az egész Világegyetem elsődleges építőeleme. Szó szerint ott vannak mindennek a középpontjában, ezért a megismerésük a kozmosz és az otthonunkként szolgáló világ megértését jelenti.
Az atomokat alkotó részecskék, a protonok, neutronok és elektronok különböző számban összegyűlve egyedi kémiai tulajdonságokkal rendelkező atomokat alkotnak. Az egyes atomfajtákat elemeknek hívjuk. A Földön 94-et találunk belőlük. Összekacsolódva, a legelképesztőbb módon hoznak létre molekulákat.
Egy gyúlékony, szilárd fémből, a nátriumból, és egy mérgező gázból, a klórból konyhasó lesz. Két elem, amely a világon a legtűzveszélyesebbek közé tartozik, név szerint a hidrogén és az oxigén, ironikus módon az egyik legjobb tűzoltó anyagot hozza létre: a vizet.
Az elemekből vegyületek képződnek, és azokból jön létre minden, amit látunk, szagolunk, tapintunk és ízlelünk. Ha meg akarjuk érteni, hogyan keletkezhet olyan sokféle anyag ilyen kevés elemből, akkor segít, ha belegondolunk, mi tesz egy könyvtárt könyvtárrá.
A Világegyetem bonyolult hely. Az atomok molekulákká, a molekulák pedig mindenféle mássá állnak össze, amit magunk körül látunk. Bonyolult, de egyszerűen is fel lehet fogni. Kissé nyakatekert a példa, de úgy kell elképzelni, mint egy könyvtárban található információtartalmat. Miből is áll egy könyvtár? Miből épül fel? Mi az alapvető építőelem, amiből egy könyvtár összeállítható? A legtöbb ember erre a kérdésre azt felelné, hogy a könyv. A dolog azonban nem ilyen egyszerű. Sokkal mélyebb kérdésről van szó. Hogy miért bonyolult, azt egy könyvet kinyitva rögtön megértjük. Ilyenkor látszik, hogy a könyv szavakból áll. A szavakat szemügyre véve látható, hogy betűkből állnak, az angol ábécé esetében 26 ból. Tehát mi a könyvtár, pontosabban az információtartalom alapegysége? A betű. A betűkből szavakat képezünk, a szavakból mondatokat, a mondatokból könyveket, azokból pedig egy könyvtárt.
![]() |
| ![]() |
A Világegyetem is ilyen. Alapvető egységekből épül fel. A világ, amellyel nap mint nap találkozunk, molekulákból áll, a molekulák atomokból, az atomok még kisebb részecskékből, azok pedig szintén kisebb alkotókból. Bármeddig is megyünk el ezzel a vizsgálattal, így épül fel az a Világegyetem, amelyben élünk.
Ha van valami, amiben a Világegyetem jeleskedik, akkor az az újrahasznosítás. Minden létező anyag akkor keletkezett, amikor az Univerzum 13, 7 milliárd évvel ezelőtt megszületett. Azóta az atomok átalakultak, más elemekké egyesültek a csillagok belsejében: újra és újra átrendeződnek a teremtés végtelen folyamatában.
Valamikor a távoli múltban kitűnő lapokat osztottak nekünk, amikor egy ősi csillag látványos haláltusája során mindennel behintette a Galaxisnak ezt a kis zugát, amire szükségünk lehet. Minden nyersanyagot megkaptunk. Vasat, szenet, kalciumot, oxigént, és minden más elemet, amelyből évmilliárdok múltán létrejött az élet.
A testünkben lévő atomok szinte kivétel nélkül egy csillag belsejéből származnak. Mindannyiunknak minden egyes atomja egykor egy csillaghoz tartozott. Ez valójában mindenre igaz, ami körülvesz minket. A csillagokban keletkeztek a nehezebb elemek, amelyekből később a mindent, minket magunkat is alkotó molekulák jöhettek létre. Mind újrahasznosított atomokból állunk. Ez szilárd tény.
Ugyanezt az újrahasznosítást itt a Földön is megfigyelhetjük. A bolygót létrehozó atomok újbóli felhasználásával született meg és maradt fenn minden valaha létezett élőlény. Amikor egy pohár vizet iszunk, és lenyeljük a sok oxigénatomot, akkor valójában egy csillag robbanásának maradványait isszuk meg.
Valahányszor levegőt veszünk, atomok kvadrilliói hatolnak be a tüdőnkbe. Ezek az atomok hosszú ideje keverednek már a Föld légkörében, de ugyanazok az oxigén- és nitrogénatomok, mint régen. Így hát minden lélegzetünkkel beszívunk néhány atomot, amit Galilei, Kopernikusz vagy Szókratész lélegzett ki 500 vagy 2000 évvel ezelőtt.
Az alkotás és újraalkotás szakadatlanul zajlik.
Az Univerzum a szélsőséges méretek világa.
Az Univerzum a szélsőséges méretek világa. Bár az óriásit a parányitól látszólag képtelen különbségek választják el, valójában jobban hasonlítanak, mint hinnénk. A nagyon nagy dolgok szerkezete sokban hasonlít a nagyon kicsikéhez. Az atomok belsejét fürkészve kezdenek egy kicsit az egész Világegyetemre emlékeztetni. A Világegyetem a benne lévő dolgok méretei miatt olyan titokzatos. Csak a nagyon nagyot és a nagyon kicsit együtt vizsgálva találhatjuk meg a választ a kérdésre, hogy hogyan keletkezett, és miért fejlődött olyanná a világ, amelyben mi is helyet kapunk.
Azok, akik az elképzelhető legnagyobbról, az Univerzumról gondolkodnak, és azok, akik az elképzelhető legkisebb dolgokkal foglalkoznak, lényegében ugyanarról beszélnek. Akár távcsőbe, akár mikroszkópba néznek, a kutatók ugyanarra a kérdésre keresik a választ: hogyan kerültünk ide?
Az élet titkait a szélsőséges méretek labirintusa rejti. Sok mindent kell még megtanulnunk az ismert világegyetemről.
A cikksorozat előző része: Élhető világok kutatása
Kapcsolódó cikk:
Szuper méretek