Annons

Korrekt eller populär elektron?

Författare: 

Publicerad

2008-05-27
Som populärvetenskaplig journalist får jag då och då höra att det inte går att popularisera utan att samtidigt skapa felaktigheter. Vanligtvis håller jag inte med, men under det dryga året jag varit på F&F har jag två gånger fått brottas med hur elektroner ska avbildas.Innan jag blev journalist doktorerade jag i hur studenter missuppfattar kvantmekanik, och jag vet att många ser elektronen som en liten kula som snurrar runt atomkärnor. Det är alltså ett intuitivt sätt att rita elektroner, men jag råkar också vet att det är felaktigt och orsakar problem i utbildning. Så vad gör man när man behöver elektroner på bild?Svaret är förstås att man gör en avvägning. I det första fallet (Spinn på framtidens elektronik, även som poddsändning) blev det elektronen en diffus massa med någorlunda bestämd magnetisk riktning. I det andra fallet (senaste numrets Ögonblicksbilder av elektroner) använde jag givetvis de bilder som fanns tillgängliga, men lät bli att nämna att det faktiskt är elektronens rörelsemängd som avbildats.Felaktigt? Ja, kanske litegrann. Men jag försvarar mig med att det är ändamålsenligt. Alla modeller är fel, men några är användbara.

Kommentera:

1

Dela artikeln:

Kommentarer

Grundämnena — Kom de till genom en slump?
”VARJE objekt i universum, också den mest avlägsna stjärnan, består av atomer”, förklarar The Encyclopedia of Stars & Atoms. Enskilda atomer är för små att urskilja, men när de packas ihop bildar de välbekanta grundämnen. Några av dessa grundämnen är fasta ämnen som vi kan se; andra är osynliga gaser. Kan existensen av alla sådana grundämnen förklaras med slumpen?
Grundämnena 1 till 92
Även om väte är den enklaste av alla atomer, utgör det bränsle för stjärnor, till exempel vår sol, och är nödvändigt för liv. En väteatom har en proton i sin kärna och en elektron som kretsar runt den kärnan. Andra grundämnen, till exempel kol, syre, guld och kvicksilver, består av atomer med många elektroner som rör sig runt en kärna bestående av många protoner och neutroner.
För 450 år sedan kände man inte till fler än 12 grundämnen. När fler upptäcktes, lade forskarna märke till en naturlig ordning hos dem. Och när grundämnena placerades i en tabell med rader och kolumner, upptäckte forskarna att grundämnen som var i samma kolumn hade liknande egenskaper. Men det fanns också luckor i tabellen, där det fanns plats för då ännu okända grundämnen. Detta ledde till att den ryske forskaren Dmitrij Mendelejev kunde förutsäga grundämnet med atomnumret 32, germanium, samt dess färg, vikt, densitet och smältpunkt. Mendelejevs ”förutsägelse om andra grundämnen som ännu inte upptäckts — gallium och skandium — visade sig också vara mycket exakt”, konstaterar 1995 års upplaga av en vetenskaplig handbok, Chemistry.
Så småningom kunde forskarna förutsäga existensen av andra okända grundämnen och några av deras egenskaper. Till slut hade man upptäckt alla de grundämnen som saknades. Det finns inte längre några luckor i tabellen. Grundämnenas naturliga ordning är baserad på antalet protoner i kärnan hos deras atomer och börjar med grundämne nummer 1, väte, och fortsätter till det sista grundämnet som förekommer naturligt på jorden, nummer 92, uran. Är detta bara en tillfällighet?
Tänk också på den rika variation som grundämnena uppvisar. Guld och kvicksilver är grundämnen med karakteristiska glänsande färger. Det ena är i fast form, och det andra är en vätska. Ändå står de intill varandra som grundämnena nummer 79 och 80. En guldatom har 79 elektroner, 79 protoner och 118 neutroner. En kvicksilveratom har bara en elektron mer, en proton mer och ungefär samma antal neutroner.
Är det bara slumpen att en liten förändring i atompartiklarnas arrangemang ger en så stor variation av grundämnen? Och hur är det med de krafter som håller samman atompartiklarna? ”Från den minsta partikel till den största galax följer allt i universum regler som beskrivs av fysikens lagar”, heter det i The Encyclopedia of Stars & Atoms. Tänk dig vad som skulle hända, om en av de här reglerna skulle ändras. Vad skulle hända, om det till exempel skulle bli en ändring av den kraft som gör att elektronerna rör sig runt kärnan i en atom?
Exakt avpassade fysiska krafter
Tänk vad som skulle hända om den elektromagnetiska kraften minskades. ”Elektroner skulle då inte längre vara bundna till atomerna”, konstaterar dr David Block i sin bok Universums skapelse. Exakt vad skulle det betyda? ”Vi skulle få ett universum där inga kemiska reaktioner var möjliga!” tillägger han. Vi kan verkligen vara tacksamma för de bestämda lagar som gör kemiska reaktioner möjliga! Så till exempel bildar två väteatomer tillsammans med en syreatom en molekyl värdefullt vatten.
Den elektromagnetiska kraften är omkring 100 gånger svagare än den starka kärnkraften som håller samman kärnan i atomerna. Vad skulle hända om det här förhållandet ändrades? ”Om de relativa styrkorna hos kärnkrafterna och de elektromagnetiska krafterna var bara lite annorlunda, skulle kolatomer inte kunna existera”, förklarar forskarna John Barrow och Frank Tipler. Utan kol skulle det inte finnas något liv. Kolatomer svarar för 20 procent av vikten hos alla levande organismer.
Något som också har betydelse är styrkan i den elektromagnetiska kraften jämfört med gravitationskraften. ”Den allra minsta förändring i de relativa styrkorna hos gravitationskraften och den elektromagnetiska kraften”, skriver tidskriften New Scientist, ”skulle förvandla stjärnor som solen till blå jättar [alldeles för heta för liv] eller röda dvärgar [inte tillräckligt heta för att uppehålla liv].”
En annan kraft, den svaga kärnkraften, bestämmer hastigheten hos kärnreaktioner i solen. ”Den är exakt så svag att vätet i solen brinner i långsam och jämn takt”, förklarar fysikern Freeman Dyson. Många andra exempel skulle kunna ges för att visa hur vårt liv beror på de fint balanserade lagarna och förhållandena som råder i universum. Vetenskapsskribenten professor Paul Davies liknade dessa universella lagar och förhållanden vid rattar som man vrider på och sade: ”Det [verkar] som om de olika rattarna måste finjusteras med enorm precision om universum skall vara sådant att livet kan blomstra.”
Långt innan Sir Isaac Newton upptäckte tyngdlagen skrev Bibeln om sådana bestämda regler eller lagar. Mannen Job fick frågan: ”Påbjöd du de regler som styr himlarna, eller fastställde du naturlagarna på jorden?” (Job 38:33, The New English Bible) Andra frågor som gör en ödmjuk var: ”Var befann du dig, när jag grundade jorden?” och ”Vem fastställde dess mått — ifall du vet det?” — Job 38:4, 5.
LIVSVIKTIGA GRUNDÄMNEN
Grundämnena väte, syre och kol utgör cirka 98 procent av atomerna i din kropp. Sedan kommer kväve, som utgör ytterligare 1,4 procent. Det finns också andra grundämnen i mycket små mängder, men de är likväl livsviktiga.
Vid tiden för när denna artikel skrevs har forskarna framställt grundämnen med atomnummer från 93 till och med 118. Som man har kunnat förutsäga passar dessa grundämnen fortfarande in i det periodiska systemets mönster.

Lägg till kommentar