Mamy Koronawirusa. Mamy łaziki na Marsie. Mamy Teslę, Gwiezdne X i inne wynalazki. Szykuje się Internet w skali satelitarnej, jakieś tam Hyperloop, phi.
Cały Świat zaszył się w Internecie. Takie można odnieść wrażenie. Kiedy sobie przeglądam inne kanały (bo @diesphys to też Kanał; jak już wpadliście, zostaniecie zdegenerowani jak Gwiazdy Żelazne, które dziś przedstawię), mam wrażenie, że gdzieś zgubiła się wyobraźnia i marzycielstwo. Co z tego, że lądujemy na Marsie? Już Ruscy to planowali, w latach 70 ubiegłego wieku. Nie chodzi o fakt, że samo lądowanie jest passe; lądowniki i łaziki marsjańskie są fajne. Chodzi o fakt, że pomysł jest ukiszony jak ogórki, w ruskim słoiku. Radzieccy towarysze już by wiedzieli, do czego ich użyć. Nawet by nie popatrzyli na łazik.
Hyperloop? Ciekawe, ile będzie kosztował. Pewnie tyle, co samochody Tesla. Internet z satelity? Acha, a talerze do nich będą już musiały być nazwane kosmicznymi spodkami. SpaceX, hmmm, nie wiem jak ją skrytykować, ale po prostu jest głupia. I ten cały Elon Mózg..., ekhmm chyba Musk, nie pamiętam dokładnie =)
I nudna, ta SpaceX! Po co się tym jarać? Spytajcie floty Stannisa - na pewno marynarze powiedzieliby, że nie warto. Nie wiem jak Was, ale mnie już te pomysły nudzą. Ktoś poleciał na Marsa. Wylądował. Nazbierał kamieni, wrócił, acha, wcześniej na Marsie założył Szklarnię. Na ogórki, oczywiście.
Dlaczego nie popuścić wodzy fantazji? Dlaczego nie pogdybać, co by było, gdyby...
No właśnie. Gdyby Gwiazdy mogły żyć 10^1500 lat =)
1. Czym są, a czym nie są Gwiazdy Żelazne.
Gwiazdy Żelazne po prostu... nie są wogóle! =) Dziwnie to brzmi, ale to prawda. Nie mogą w zasadzie powstać, to czysta hipoteza, nawet nie ze względu na szacowany wiek się uformowania. Mogłyby powstać, gdyby rozpad protonu nie miał miejsca. A na razie nie wiemy, czy mógłby się rozkasztanić, taki proton.
Po kolei. Jak mogłaby powstać Gwiazda Żelazna? Musiałoby być spełnionych kilka warunków. Wspomniany rozpad protonu nie mógłby zajść, ponieważ do takiego zjawiska dochodzi (jeśli wogóle; zapraszam do tematu nr >#48: klik< ) już po 10^30 lat. To zdecydowanie za krótko dla Żelastwa w Gwieździe, a właściwie do utworzenia się gwiazdy z samego żelaza. Wszystkie protony zdążyłyby się rozpaść, zanim doszłoby do jakiegokolwiek kształtowania się struktury żelaznej w gwieździe, na zasadzie całości, bo żelazne skorupy mają np. gwiazdy neutronowe. I bardzo sobie je chwalą.
Druga sprawa - śmierć termiczna Wszechświata. Zanim doszłoby do utworzenia się Żelaznej Gwiazdy, Wszechświat już dawno znajdowałby się w tzw. równowadze termicznej. Nazwa równowaga termiczna oznacza w dużym skrócie fakt, iż energia cieplna w każdym punkcie przestrzeni byłaby taka sama. Termodynamika jasno określa zasady - wymiana energii cieplnej to coś w rodzaju Robin Hooda - Ci, którzy mają więcej ciepła, oddają bezwarunkowo ciepło zimniejszym kolegom. Mówię tu o cząsteczkach - a niech mnie, znowu skwarki i bizony, czyli kwarki i bozony; właściwie, błędnie je określiłem, bo kwarki i wszystkie bozony to cząstki elementarne, niepodzielne, zaś cząsteczki to [H.2.O] - cząsteczka wody, dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu, które z kolei dzielą się na protony, neutrony, elektrony. Ale, chwileczkę!
To nie Chemia dla Jelenia czyli Nauka dla Zbuka, tylko... @diesphys! I sami wiecie, co dalej.
Pożartowaliśmy, dlatego teraz pozwolicie, że Wujo Google wklei Wam reklamę. Zaraz się pochwalę. Po 4 latach pisania Google pozwoliło mi wkleić swoje adsy. 3 dni chodziłem napuszony jak paw, do momentu, gdy zobaczyłem, ile na nich zarobiłem.
Dlatego Wrzucę Wam grafikę, oni swoje, my swoje, w myśl zasady: 'A ja go żołędnym Dupkiem!' =)
To była przerwa reklamowa. A reklamowane było coś z Google, oraz moje zielone wodorosty =)
2. Jak doprowadzić do degeneracji gwiazdy i zmienić ją w kupę złomu. Dosłownie.
Otóż musicie wiedzieć, że proces spalania paliwa przez gwiazdę, jeśli już chcemy dotrzeć do hipotetycznej Żelaznej, i poczekać, te, ba, 10 i 1500 zer po dziesiątce lat, nie jest taki skomplikowany.
To po prostu fuzja jądrowa. Gwiazda na początku spala wodór. Olbrzymie siły grawitacyjne, na przykład naszego Słońca powodują, że atomy wodoru są ugniatane. Z taką siłą, że dwa atomy wodoru łączą się w hel. Jednak aby reakcja mogła zachodzić, muszą zaistnieć pewne warunki.
Na przykład, aby pokonać siły elektrostatyczne elektronów, które odpychają się wzajemnie, atom obok atomu, potrzebna jest jest olbrzymia siła grawitacji. Tej akurat gwieździe nie brakuje, bo to olbrzymie obiekty - nasze Słońce to jedna z mniejszych gwiazd, a ma masę około 330.000 mas Ziemi i stanowi 99% masy całego Układu Słonecznego. Kwintyliony kilogramów wodoru. Niewyobrażalne. Trzeba się Tłuczkiem posłużyć. Uderzamy się w głowę, wtedy widzimy gwiazdy i mamy trochę lepsze pojęcie... =)
W konsekwencji, w olbrzymiej temperaturze i zgniataniu grawitacyjnym energia kinetyczna i cieplna wytworzona przez syntezowanie atomów danych pierwiastków to efekt w postaci niewyobrażalnej ilości energii 'wypadkowej': zarówno cieplnej, jak i kinetycznej. Siły elektrostatyczne zostają przy olbrzymim ciśnieniu i wysokiej temperaturze pokonane przez siły jądrowe, przyciągające.
Wyobraźcie sobie, ile czynników musi współistnieć: pokonywanie sił elektrostatycznych, grawitacja, temperatura, olbrzymia energia kinetyczna zderzeń, wydzielana energia cieplna, przyciąganie sił jądrowych silnych... To po prostu fabryka, naturalna, działająca jedynie na zasadzie praw fizyki, a wydajniejsza niż cokolwiek zbudowanego do tej pory na Ziemi ludzką ręką.
Można iść dalej tym tokiem rozumowania, i to właśnie zrobimy: doprowadzimy gwiazdę do czysto hipotetycznej sytuacji, gdy nie da się już nic dalej syntezować, poprzestając na żelazie. Dlaczego akurat żelazo? Czy nie można syntezować np. do technetu? Co może wydarzyć się po drodze do syntezowania takiego, iż w gwieździe pozostanie tylko żelazo? I czy może wogóle dojść do sytuacji, że gwiazda to żelazo, i nic poza tym?
3. Proces taki, że Kafka byłby dumny.
Do tej pory omawialiśmy procesy zachodzące w gwiazdach, jakie udało się już dawno zaobserwować, np. przy pomocy olbrzymich teleskopów, badając widmo światła pewnych obiektów niebieskich. Rozkład widma światła pozwala określić jej skład chemiczny. Dziwne zagadnienie, ale to dopiero początek.
Napisałem, że idziemy dalej tokiem rozumowania syntezy - do granic możliwości... każdej gwiazdy. Bo chcemy Żelaznej!
Gwiazda wypala wodór. Oczywiście, wypala - w cudzysłowie, nic tam się nie jara ani nie kopci, tylko lżejsze jądra łączą się w cięższe, ale wodoru zaczyna brakować. I, co dalej? Kiedy przy fuzji jądrowej uzyskiwany jest hel, przy okazji wyzwala się promieniowanie gamma. Ono też powoduje, że gwiazda 'świeci' - to olbrzymia energia. Na dodatek dochodzi, przy okazji reakcji syntezy w cyklu wodorowym, do emisji wysokoenergetycznych fotonów i neutrin. Obraz jest dość skomplikowany, ale w skrócie - energia kinetyczna i grawitacja pozwalają na pokonanie siły elektrostatycznej odpychania atomów, na drodze reakcji syntezy dochodzi do tworzenia coraz cięższych atomów pierwiastków, przy okazji energia wydostaje się na zewnątrz - gwiazda 'świeci'. Gwiazdy to tak naprawdę kule plazmy. Dziwne jest także to, że niemal spalają... wodę! Dlatego, iż jest w nich dużo wodoru, w późniejszych procesach nawet tlenu. Stąd - dolejcie wody do gwiazdy, a zapali się jeszcze mocniej. No i weź tu ugaś cholerstwo. Tylko po co? =)
Niestety, dalej nie jest za różowo.
Powstaje problem pokonania bariery potencjału. Otóż nie wszystkie reakcje mają wystarczającą energię, aby zbić 'w kupę' jądro takiego wodoru w hel. Ale z pomocą przychodzi tunelowanie kwantowe - rozkład statystyczny i bilans wychodzi na korzyść gwiazdy - co nie zsyntezuje, to ztuneluje. I efekt - mamy kosmiczne żarówki o olbrzymich wydajnościach. Oświeciłem? Na pewno nie tak, jak Słońce, ale to i tak lepsze niż żarówki słynnych firm o brzydkiej nazwie, hmmm, nie poruszę tematu, to nie Nauka dla Zbuka. Tak pachnie ta nazwa. O tunelowaniu pisałem we wcześniejszym temacie >klik<.
Otóż pozostaje kwestia, co się dzieje, kiedy już żelazo zostaje osiągnięte jako 26 w kolejności liczenia. Wtedy dopiero się dzieje. Wiecie co i dlaczego? Już... ocieplam i oświecam =)
Otóż wiązania w atomie żelaza mają to do siebie, że synteza każdego pierwiastka o wyższej liczbie atomowej wymaga dostarczenia większej ilości energii niż gwiazda uzyskuje z procesu fuzji. Kiedy zaczyna tworzyć się żelazo, siły grawitacyjne przeważają nad energią rozpychającą ją od środka, bo żelazo jest po prostu masywne i ciężkie. Gwiazda przestaje być wydajna, ma ujemny bilans energetyczny. I następuje kolaps, oraz, najczęściej - wybuch supernowej, tworzenie się czarnych dziur i gwiazd neutronowych.
Myśleliście, że gdy gwiazda zacznie syntezować żelazo, zachodzą jakieś tajemnicze hokus-pokus-czary-mary, 'twoja stara to twój stary' procesy? Nie. Jest wtedy za ciężko, gwiazda mówi basta i wybucha gniewem. Gniewna supernowa wytwarza więcej energii, niż przez cały okres w dotychczasowym życiu ciała niebieskiego.
4. Smakowicie przygotowane danie główne - w sam raz dla chemików - anemików - duuuuużo żelaza. Fe! =)
Co to takiego, żelazne, długo toto powstawało, jak do tego doszło?
Doszłoby.
Żelazną powłokę mogą mieć np. gwiazdy neutronowe. Cała Gwiazda z Żelaza? Czysto hipotetycznie, tak. Ale - proces jej formowania to długo po śmierci termicznej... Wszechświata! Taka gwiazda hipotetyczna, zbudowana cała z żelaza, byłaby zatem absolutnie zimna, skoro prędzej nasz Kosmos zamarzłby =)
Cały proces formowania się Gwiazd Żelaznych sprowadza się zatem to dwóch prostych zależności: synteza do żelaza - reakcja termojądrowa i tunelowanie kwantowe; pierwiastki cięższe, o ile mogą się wytworzyć (właściwie - tylko po wybuchu supernowej, skupianie się masy w objętościach rozmiaru gwiazd) - rozpad, taki sam jak w naszych elektrowniach jądrowych, czyli reakcje rozszczepienia. 10^1500 lat.
Kluczowy jest czas. W zasadzie cała materia albo rozszczepia się od cięższych pierwiastków 'w dół' - do żelaza, albo syntezuje się - 'w górę', także do żelaza. Dlaczego akurat do żelaza? Bo jest ono najstabilniejszym pierwiastkiem, jeśli chodzi o połowiczny okres rozpadu. Czyli, tak jakby, samo z siebie żelazo rozpadnie się najpóźniej, w porównaniu do innych pierwiastków chemicznych.
5. Co by było, gdyby, czyli cała prawda o Gwiazdach Żelaznych.
Urocze te nasze metalowe gwiazdki. Nie dość, że najczęściej wszystko prędzej by pierdyknęło w supernowej, zanim ktokolwiek zdążyłby powiedzieć dwa razy 'żelazo' - im więcej tego pierwiastka w gwieździe, tym cięższa i tym szybciej dochodzi do kolapsu grawitacyjnego... to jeszcze - tyle czekania! Żeby zobaczyć kupę złomu?
Na koniec dodam, że to już ostatni temat o gwiazdach hipotetycznych. Najbardziej hipo- z hipotetycznych zostawiłem na koniec - Gwiazdy Żelazne najprawdopodobniej nigdy nie nie powstaną. Prędzej nam Wszechświat zamarznie, i to dosłownie.
Także - koniec gdybania, bierzemy się za naszą normę. Tak szczerze wyznam, że stęskniłem się za fizyką kwantową. Dlaczego szczerze? I dlaczego fizyka kwantowa to miałaby być dla nas normą?
Ponieważ szczerość w naszym klubie - to norma =)
Lubię takie odchyłki od normy, a Wy? Podobał Wam się cykl hipotetyczny?
Ale już dłużej nie martwię. Potraktujmy Gwiazdy Hipotetyczne jako fluktuację... kwantową.
Czyli - wszystko zawarło się w fizyce kwantowej, naszym klubie.
Łubu-dubu! =)
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz