Зашто алхемичари нису направили злато, а у ЦЕРН-у јесу, и откуд оно на Земљи: По Њутну, Судњи дан неће доћи пре 2060. године

У мају ове године многи светски медији пренели су вест којој је заједнички именитељ био бомбастичан наслов „Испуњен сан алхемичара, научници из ЦЕРН-а претворили олово у злато“.

Додуше, већ на почетку вести би стајало и „... али само на делић секунде“.

ЦЕРН-ов експеримент личи на остварење сна сваког алхемичара: „хризопеја“ (chrysopoeia), древни израз за процес којим се „обичан“ метал, попут гвожђа, бакра, олова или калаја трансформише у „племенити“ метал, пре свега злато, платину или сребро. Поред овог, алхемичари су се бавили и другим циљевима: да створе „еликсир живота“ који би гарантовао бесмртност или „панацеу“, лек за све болести овог света.

У потрази за „каменом мудрости“

Настојање алхемичара да створе „камен мудрости“ познато је и под називом „Мagnum opus“ („Велики рад“). „Камен мудрости“ представља мистичну супстанцу у чијем присуству сваки метал постаје злато, иако се тај „камен“ у алхемичарским списима најчешће описује као црвенкасти или бели прашак. Са друге стране, „Мagnum opus“ подразумевао је не само вештину у баратању хемикалијама и способност да се једна боја материје промени у другу, већ и комплетну личну и спиритуалну трансформацију.

Древни алхемичари кренули су од старе античке тезе да је свет створен од четири елемента (земља, ватра, вода и ваздух) коме је касније придодат и пети: етер (неки би уместо тога рекли „љубав“, као у филму „Пети елемент“, Лука Бесона). На то су додали нека своје елементарне лабораторијске технике и терминологију која се у траговима задржала до данашњег дана.

Као што поезија има свог Хомера, алхемија има свог Хермеса Трисмегистоса. Ни за једног од њих немамо необориве доказе да су заиста постојали. Алхемичар је, скоро сигурно, измишљен, у историји је описан као спој грчког бога Хермеса и египатског бога Тота.

Њему се приписује оснивање филозофско-религијског правца познатог као „херметизам“, који у себи обједињује широк спектар езотеричних знања, сегменте грчке и египатске митологије, гностицизам, алхемију, астрологију и божанску магију. Херметизам је током историје имао велики утицај на развој разних мистичних традиција и „тајних“ учења, и у великој мери је представљао инспирацију за све касније генерације алхемичара.

Од значајнијих алхемичара треба поменути Џабр ибн Хајана из осмог века, кога су касније назвали „оцем хемије“. Овај персијски алхемичар написао је на стотине радова о камену мудрости и еликсиру живота, али и о неким практичним, врло значајним и корисним лабораторијским техникама као што су дестилација, кристализација и кондензација.

Ту је, затим, Албертус Магнус, немачки алхемичар и свештеник из 13. века. У његовим радовима, алхемијска учења испреплетана су с Аристотеловом филозофијом. Био је један је од првих алхемичара који се системски бавио анализом различитих супстанци детаљно описујући њихова својства. Својим радом инспирисао је не само алхемичаре који су га наследили, већ и оне који су хемију касније профилисали као науку која се заснива на експериментима и чињеницама.

Роџер Бејкон, филозоф и припадник фрањевачког реда, био је свестран интелектуалац широких интересовања из 13. века. Познат и као „доктор Мирабилис“, посебан значај придавао је емпиријском искуству и науци као вештини опсервације. Иако није „практиковао“ алхемију, веровао је у њене исцелитељске моћи и способност да произведе супстанце које могу да продуже живот. Као и сваки алхемијски занесењак и Бејкон је био опчињен златом, тако да је написао неколико радова на тему камена мудрости.

Сличан став имао је и Парацелзијус, швајцарски алхемичар и лекар из 16. века, који је направио малу револуцију у медицини тврдећи да алхемијске супстанце потенцијално имају већу исцелитељску моћ него традиционално лековито биље.

Поменимо и интересантну судбину Николаса Фламела, који је за живота био обичан француски писар и продавац књига. Не постоји ниједан поуздан доказ да се Фламел икада у животу бавио алхемијом, фармацијом или медицином. Живео је тихо у Паризу и умро 1418. остављајући наследницима релативно скромно имање.

Под околностима које никада нису до краја разјашњене, две стотине година након његове смрти, проширила се легенда да је Фламел направио камен мудрости тако што се удубио у једну мистериозну књигу од 20 страница коју је купио за два флорина 1357. године. Двадесет година покушавао је да проникне у њен садржај, а онда се запутио у Шпанију не би ли нашао неког ко би му помогао да је дешифрује.

На путу за Сантијаго де Компостелу срео је једног јеврејеског конвертита, мудраца који му је објаснио да је реч о „Књизи Аврама, Јевреја“ у којој се налази и оригинални рецепт за камен мудрости. Користећи савете које је добио, Фламел је коначно успео да дешифрује чудесну књигу и обичан метал претвори прво у сребро, а затим и у злато.

На крају је направио и еликсир живота, који је њему и његовој супрузи обезбедио бесмртност. Фламелова кућа и данас постоји у Паризу, заштићена је као најстарија кућа направљена од камена, а постоји и улица која носи његово име.

Очеви европског порцелана

Један од значајнијих алхемичара са необичном животном причом био је Јохан Фридрих Бетгер, који је своју каријеру почео око 1700. године као практикант у једној берлинској апотеци. Очаран хемијом и њеним могућностима, решио је да се осами и посвети прављењу „тинктуре“ која је могла да служи и као камен мудрости и као еликсир живота.

Пошто је као (ал)хемичар већ био на гласу, његове активности нису дуго могле да остану сакривене. Пруски краљ Фридрих I, познат по свом бахатом расипништву, решио је, за сваки случај, да Бетгеру обезбеди адекватну протекцију (читај: да га утамничи док тинктура не буде „скувана“).

Бетгер је некако успео да утекне, али је у бегу ухваћен и враћен у Дрезден, где се нашао у (не)милости краља Саксоније Августа Јаког, познатог по шупљим џеповима, празној каси и неутољивој жељи за златом. Закључао је младог алхемичара у лабораторију (заправо тамницу) и наредио му да смисли начин како да гвожђе претвори у злато и тако сачува своју главу.

Не може се рећи да је краљ био нестрпљив – био је свестан да ће Бетгеру бити потребне године да направи „камен мудрости“. 

Услови у којима је Бетгер боравио били су тешки: у влажној и мрачној затворској ћелији често је побољевао удишући отровна испарења својих несрећних експеримената, безуспешно покушавајући да направи фамозну тинктуру и поврати своју слободу. Четири године касније, незадовољан напретком, краљ је довео Еренфрида Чирнхауса, познатог локалног научника да надгледа Бетгеров рад.

У почетку се Бетгер држао подаље од Чирнхауса, који се превасходно бавио порцеланом покушавајући да дешифрује тајну његове производње коју су Кинези чували више од два миленијума. Када је Бетгер схватио да су сви његови покушаји да направи златну тинктуру исцрпљени, окануо се ћоравог посла и придружио Чирнхаусу, рачунајући да му је сада рад на тајни порцелана једина шанса да сачува живу главу.

Током 1707. године краљ им је обезбедио нову лабораторију, а Чирнхаус и Бетгер почели су да бележе прве успехе. Наредне године прибавили су нарочито квалитетну белу глину (каолин), коју су помешали са алабастером (врстом гипса) и добили нешто што личи на порцелан. До кључног продора дошло је када су у смесу додали кварцни песак и „кинеску стену“ (једну врсту минерала вулканског порекла). Након печења смесе на 1.300^оЦ, настао је први аутентични европски порцелан.

Иако је уместо злата добио тањире и шољице за чај, краљ је био задовољан. У то време порцелан је био веома вредан, толико вредан да су га називали „белим златом“. Бетгер је пуштен из тамнице, а Чирнхаус је добио богату награду која је требало да му буде исплаћена када проради прва европска фабрика порцелана. Међутим, Чирнхаус је изненада преминуо 1708. године а Бетгер није био у стању да производњу покрене без његове помоћи.

Годину дана касније, као спасилац ће се појавити Мелхиор Штајнбрик, управник Чирнхаусове заоставштине који је у његовим папирима пронашао и рецепт за порцелан. У сарадњи са Бетгером, направио је мале корекције и осмислио организацију потребну за масовну производњу.

Јохан Бетгер је 1709. године коначно обавестио краља да је рад на прављењу порцелана успешно завршен. За то је награђен местом директора прве (и још увек најчувеније) европске фабрике порцелана у Мајсену.

Иако су га касније многи оспоравали тврдећи да је Чирнхаусов допринос био много већи и да фабрике не би било да Штајнбрик није преузео иницијативу, да је Бетгер од њега на тацни добио све (рачунајући ту и рецепт и фабрику), Бетгеров допринос историји европског порцелана не може се потценити. Бављење алхемијом понекад је доносило и неочекиване плодове.

Њутн и алхемија

Најчувенијег алхемичара оставили смо за крај. Многи, наиме, не знају за чињеницу да је Исак Њутн, вероватно највећи ум у историји науке, велики део живота посветио алхемији. Познат по својој универзалној теорији гравитације, радовима из области математике и оптике, често се заборавља да је Њутн имао бројна друга интересовања која се тек маргинално додирују с науком.

Од десет милиона речи колико је Њутн записао и сачувао, скоро милион се односи на алхемију. Тог „писанија“ вероватно би било још више да, током једног од експеримената, није дошло до пожара у његовој лабораторији који је прогутао највећи део његових алхемијских списа (Њутн је кривицу свалио на свог пса који је претурио свећу, али је цела прича по својој прилици измишљена).

Њутн се, с краћим прекидима, бавио алхемијом преко 40 година али је мало тога публиковао, пре свега зато што је био перфекциониста. Постоје, рецимо, јасне индиције да је Њутн утврдио темеље диференцијалног рачуна и математичке анализе још 1666. године, али да је финални рад публиковао тек 1704. године, у време када је Лајбниц дошао до истих резултата. То је довело до међусобне свађе око тога ко је направио највећи искорак у математици још од времена Архимеда (иако је Њутн оптужио Лајбница да је плагирао његове необјављене радове, данашња наука има став да су оба научника стигла до истог резултата независно један од другог).

С друге стране, Њутн је имао страх да би резултати његових истраживања у погрешним рукама могли да произведу многа зла. Због тога је писао ретко, а и кад је то радио изражавао се у симболима, цртежима и шифрама, са мало јасних, разумљивих реченица.

На крају, није му на руку ишла ни политичка атмосфера тог доба. Енглески властодршци и богаташи нису благонаклоно гледали на алхемичаре: постојао је страх да би „камен мудрости“ могао да произведе толике количине злата да би његова вредност била потпуно обесмишљена. Постојао је чак и закон који је строго забрањивао „умножавање злата“, а није био редак случај да упорни алхемичар на крају заврши на ломачи, симболично везан за позлаћени стуб.

Њутново кокетирање са алхемијом није се базирало ни на каквим принципима хемије као модерне науке. Једноставно, за то је било прерано: тек неколико деценија након Њутнове смрти Лавоазије ће уздићи хемију на ниво осталих природних наука.

Њутнов савременик био је Роберт Бојл који је такође био алхемичар, убеђен да су со, жива и сумпор у основи сваке материје, али је истовремено остављао простор и за „неку другу хемију“ као науку о „композицији супстанци“. Те Бојлове идеје, које су за своје време биле веома напредне, Њутн је потпуно игнорисао. 

Уз теоријско бављење алхемијом, Њутн се бавио и експериментима, мешајући и загревајући разне соли, киселине, минерале и метале, помно бележећи резултате до којих је дошао, на већ описани, криптични начин. Ти експерименти су му, вероватно, скратили живот – у то време мало се знало о токсичном дејству појединих супстанци.

Као и сви алхемичари тог доба, Њутн је био опчињен хемијском структуром познатом као „Дијанино дрво“ која настаје кристализацијом амалгама сребра. Рецепти су били разнолики али су, у највећем броју случајева, била потребна само два састојка: сребро-нитрат и жива.

У зависности од концентрација, температуре и посуде формирали су се кристали дендритске структуре који су деловали „живо“, попут разгранатог дрвета или бусена траве. За алхемичаре, био је то један од кључних доказа да су минерали, на неки свој чудесан начин, повезани са животом.

Њутн је био дубоко убеђен да су „камен мудрости“, „еликсир живота“ и многе друге драгоцене ствари одавно измишљене, а онда дубоко затурене у историјским, пре свега верским списима, од којих су многи били апокрифни. Одраз тих текстова Њутн је тражио у древним предањима и Библији, којој се увек враћао као неспорном извору истине.

Отуд и његова склоност ка опскурном и окултном, убеђење да се тајне света могу открити упорним дешифровањем мистичних текстова и симбола древних алхемичара и филозофа. Онај ко би успео у томе, веровао је Њутн, био би у стању да проникне у Божији ум, у поредак који управља читавом васељеном.

Био је опседнут архитектуром Соломоновог храма у Јерусалиму, написао је читаву књигу о томе како се у његовим пропорцијама и димензијама крије божанска мудрост коју је Соломон несвесно стекао. Њутн је, такође, себе сматрао једним од оних које је Бог обдарио способношћу да до краја разумеју суштину Библије, да из догађаја описаних у њој предвиде оно што ће се тек десити.

Иако је за собом оставио свега неколико радова са религиозном тематиком који се никако не могу сматрати правом науком, Њутн, и поред свог темељног изучавања Библије, никад није изнео ниједно егзактно предсказање. Додуше, у једном документу из 1704. године Њутн помиње да Судњи дан неће наступити пре 2060. године:

„Ово кажем не да бих потврдио када ће доћи крај свега него да зауставим исхитрене претпоставке лакоумних људи који сваки час проричу Судњи дан, дискредитујући света пророчанства сваки пут када би се предсказање показало погрешним.“

Цела прича поново је постала актуелна 2003. године када су многе новине (британски „Daily Telegraph“, израелски „Maariv“, канадски „National Post“) на своје насловне стране поново ставили 2060. годину као Њутнов датум „краја историје“, а све на бази два документа која је Њутн написао пред крај свог живота без намере да их објави.

Ти документи откривени су у Јеврејској националној библиотеци у Јерусалиму и нису нимало једноставни за читање. У њима се експлицитно не помиње 2060. као година смака света, али замршена рачуница коју је Њутн извео користећи бројеве извучене из Библије води директно до наведене године. 

Него, да се вратимо ЦЕРН-у с почетка приче.

Алхемијски акцелератори

Како је, заправо, произведено злато у ЦЕРН-у? Коришћењем највеће машине на свету, акцелератора честица чије је званично име „велики сударач хадрона“ (LHC).

ЦЕРН-ов акцелератор представља један гигантски кружни торус чији обим износи 27 километара, око кога се налазе супер-проводљиви магнети охлађени такорећи до апсолутне нуле који служе да контролишу брзину и путању честица у торусу.

Акцелератор обично убрзава два снопа јонизованих атомских језгара у супротним смеровима до брзине која је тек нешто мања од брзине светлости. Када је потребна брзина, самим тим и енергија убрзаваних честица доведена до потребног нивоа, путање снопова се укрштају како би се изазвали чеони судари честица које се крећу у супротном правцу.

Током судара производи се маса нових честица чије се карактеристике пажљиво прате компликованим детекторима помоћу којих је могуће одредити о каквом типу честица се ради, колика је њихова маса, наелектрисање или животни век.

Све ово личи на експеримент у коме бисте чеоно сударили два аутомобила како бисте, анализирајући крш који сте креирали том приликом, утврдили од чега је ауто заправо направљен. На основу делова које је судар разбацао утврдићете да ауто има „четири метра лима и пет метери дима“, акумулатор, свећице, зупчанике, кочнице, клипове, а на овим просторима и „јелкицу“ окачену за ретровизор која не мирише већ пет година, крстачу са иконом Светог Николе испод које пише „С Богом у саобраћају“, флашицу свете водице и разгласни систем који је прескуп и за „Пинк флојд“, а подешен је на најгору турбо-народњачку радио-станицу у космосу, па и шире.

У акцелератору огромна већина судара не произведе ама баш ништа интересантно, али с времена на време деси се нешто вредно даљег изучавања, чак и епохално. Тако је, уосталом, откривен и фамозни Хигсов бозон, код лаика познат и по (апокрифном) називу „Божија честица“, без које није могуће објаснити зашто ствари око нас имају масу.

Сваки судар у ЦЕРН-у региструје се у једном од два специјализована детектора, „ALICE“ и „CMS“. Ови инструменти нису идентични нити функционишу на потпуно исти начин, али су направљени тако да се скоро свако откриће у једном од њих може верификовати у другом.

Ипак, сваки од њих специјализован је и за одређене експерименте за које је други детектор мање погодан.

Тако, рецимо, „Алиса“ може да детектује сударе масивних атомских језгара у којима је количина произведених „аутомобилских делова“ огромна. Енергије су толико велике да је могуће „смрвити“ материју до нивоа „кварк-глуонске плазме“, егзотичног стања материје које је постојало тек милионити део секунде након „Великог праска“. У овом стању протони и неутрони разбијени су на своје саставне делове (кваркове) који делују једни на друге размењујући глуоне.

Снимци судара начињених у акцелератору најчешће делују потпуно хаотично и немогуће их је анализирати „на брзину“, као што би неки вешт рендгенолог само једним погледом уочио напрслу кост.

Снимци се, уместо тога, складиште у огромне базе података да би их накнадно анализирали читави тимови научника: компјутерска анализа би одбацила 99% снимака на којима се не види ништа интересантно, препуштајући онај последњи проценат стручњацима који знају да препознају ствари које никад раније нису виђене.

Атомски бројеви

Да бисмо објаснили како је у ЦЕРН-у произведено злато, морамо да се присетимо неких базичних ствар из домена физике и хемије. Атоми су, као што су нас давно учили у време кад се још увек ишло у школе, састављени од језгра у коме су позитивно наелектрисани протони измешани са електрично неутралним неутронима. Далеко од атомског језгра (толико далеко да је материја која нас окружује, заправо, једно велико „ништа“ тек ту и тамо „посуто“ неком честицом) налазе се негативно наелектрисани електрони.

Пошто електрон и протон имају идентично наелектрисање супротног знака а број електрона и протона је једнак, атом је, када га гледамо као целину, електрично неутрална творевина. Број неутрона може да варира тако да сваки хемијски елемент може да има више „изотопа“, варијанти са истим бројем протона али различитим бројем неутрона. Изотопи једног те истог елемента, по правилу, имају скоро идентична хемијска својства, пошто су она дефинисана пре свега својствима облака електрона који окружују атомско језгро.

Број протона у језгру, тзв. „атомски број“, дефинише о ком хемијском елементу се ради. Атом водоника у језгру има један протон, атом угљеника шест, атом гвожђа 26, атом живе 80, а атом урана 92. Додајте само један протон у атомско језгро и добићете потпуно нови елемент: угљеник ће постати азот, гвожђе ће прећи у кобалт, од живе настаје талијум (ако не знате ништа о талијуму, погледајте одличан филм „Дневник Јанга, тровача“), а од урана нептунијум.

Да ли је ове „трансмутације“, претварање једног елемента у други, лако извести? Неке од њих се одвијају спонтано. Поједине комбинације протона и неутрона су нестабилне и спонтано се трансформишу у „нешто друго“.

Тако је, на пример, атом угљеника са 6 протона и 6 неутрона стабилан. Али онај са 6 протона и 8 неутрона, означен са C¹⁴, је нестабилан: један неутрон спонтано ће се претворити у протон а језгро ће избацити један електрон, тако да укупна количина наелектрисања остане сачувана. Од атома угљеника настаје атом азота уз емисију електрона. У овом класичном примеру тзв. бета-распада потребно је 5.730 година да се половина C¹⁴ атома претвори у азот (овај податак има огроман значај када се процењује старост фосилних остатка праисторијског живог света).

Са друге стране, узмите атом урана са 92 протона и 146 неутрона (тзв. U²³⁸). Код њега време полураспада износи фантастичних 4,5 милијарди година. Током тог периода атом U²³⁸ има 50% шансе да трансмутира у торијум тако што ће из себе избацити језгро хелијума са два протона и два неутрона (тзв. алфа-распад). Ова чињеница омогућава нам да проценимо старост најдуговечнијих стена и самим тим утврдимо приближну старост Земље као планете.

Оба описана процеса представљају јединствену појаву коју једноставно означавамо као „радиоактивност“. Ако природа већ уме да један елемент претвори у други, зашто то не бисмо могли и ми да изведемо на вештачки начин – довољно је да у језгро убацимо или из њега избацимо понеки протон и тако добијемо потпуно нови хемијски елемент, зар не?

Проблем је у томе што је јако тешко угурати протон у атомско језгро: треба превладати огромну силу одбијања која постоји између позитивно наелектрисаног језгра и позитивног протона. Још је теже избацити протон из језгра: када се једном нађе у њему, он је заробљен дејством најјаче силе у природи (јаке нуклеарне силе) и да би се она превладала неопходне су још веће енергије.

Уместо тога, „нешто ново“ може се добити и убацивањем неутрона у језгро: неутрон је електрично неутралан и нема проблем да се приближи језгру колико год треба. Када повећате број неутрона у језгру, то језгро може да постане нестабилно, да се распадне на два мања (као код атомске фисије), или да се кроз низ сукцесивних алфа и бета-распада трансформише у неки други хемијски елемент.

Претварање олова у злато

Ок, доста школе, и ово је било превише, сад смо спремни да објаснимо како су у ЦЕРН-у научници олово претворили у злато. Једноставно, тако што су укрстили два екстремно убрзана снопа оловних језгара и посматрали шта ће се десити приликом њиховог судара. Када је судар чеон, настаје ватромет елементарних честица, огромна количина ситног „крша и лома“, баш као кад слупате два ферарија при максималној брзини.

Али, понекад два језгра олова прођу врло близу један другог а да до директног судара не дође. Иако атомска језгра често замишљамо као лоптице налик на шарену малину, под дејством јаког магнетног поља у LHC-у ова језгра попримају облик спљоштеног ваљка.

Када се два оваква ваљка мимоиђу својим крајевима на јако малом растојању, долази до електромагнетне реакције прaћене емисијом фотона. Када фотон погоди једно од језгара, оно постаје нестабилно што доводи до спонтане емисије неколико протона и неутрона (на сличан начин би вам Мајк Тајсон једним успутним крошеом избио три зуба из главе).

Ако погледате Мендељејевљев периодни систем елемената, онај који вам је некад висио на зиду тинејџерске собе (сећате се, она велика табела, одмах поред постера Милета Китића), видећете да олово има 82 протона. Три места лево од олова налази се кућица са хемијским елементом који има три протона мање од олова (79) испод кога пише – злато!

Иако је злато и раније било произвођено у нуклеарним реакторима, ово је први пут да је његово стварање регистровано у ситуацијама које би се описале као „блиски сусрет, али без судара“. Појава је врло ретка, на неколико десетина хиљада чеоних судара деси се тек један овакав, „успутни“, који доводи до стварања атома злата Au¹⁹⁷. Мерења изведена специјалним калориметром показала су да током једне секунде свог рада LHC може да произведе 89.000 атома злата, уз знатно већу количину атома живе и талијума.

Шта се са свим овим „силним“ златом даље дешава? Генерисана златна језгра имају тако високу енергију да магнети који окружују торус акцелератора не могу да их држе под контролом: за мање од микросекунде, језгро злата удариће у зид акцелератора. Али на зиду акцелератора неће остати никаква „позлата”: језгро злата ће се распасти у парампарчад, на протоне и неутроне, као да злата никад није ни било.

Прорачуни показују да је LHC, од када је по други пут пуштен у рад па до сада, генерисао 86.000.000.000 атома злата. Како снага LHC-а буде достизала планирани максимум, и „производња“ злата ће се нешто повећати, али ће целокупна продукција бити више него скромна. Процените сами: да бисте сакупили само један грам, потребно вам је око 3.000.000.000.000.000.000.000 атома злата.

Када бисте целокупну досадашњу производњу помножили са хиљаду, када бисте некако успели да сво то злато скупите на гомилу, и даље бисте имали једва милијардити део једног грама злата, што је недовољно чак и за веренички прстен који би размениле две бубамаре. Или, како то духовито рече Ричард Кари, новинар портала „The Register“, цела та гомилица злата лакша је од „тежине прдежа у вакууму“.

Када се на то додају колосални трошкови (LHC током рада троши 120 мегавата електричне енергије, довољно за град од 100.000 становника), испашће да је овакав начин производње злата најскупљи од свих могућих и да је више у питању научни куриозитет и потреба LHC-а да своју скупу експлоатацију оправда вестима које су довољно интересантне да заинтригирају машту просечног пореског обвезника.

Како функционишу звезде 

Ок, закључили смо да је вештачка производња злата могућа, али и да је економски потпуно неисплатива. Сво злато у космосу настало је природним путем, али како? Одакле су стигле те силне златне полуге, „тозла тебра“, бурме, минђуше и остали накит, одакле су стигли остали елементи без којих нема живота као што су угљеник, кисеоник, азот, фосфор, гвожђе? У природи данас срећемо мноштво других елемената, закључно са ураном који је у периодном систему 92. по реду.

Општеприхваћена теорија „Великог праска“ која објашњава настанак космоса из првобитног стања огромне густине и температуре, предвиђа да је између трећег и двадесетог минута историје космоса (чија се старост данас процењује на око 13,8 милијарди година) настало свега неколико хемијских елемената: водоник (75%), хелијум (25%), уз занемарљиво присуство литијума и понеки атом берилијума или бора. Након двадесет минута првобитне експанзије, космос се толико раширио и охладио да су све нуклеарне реакције (које траже велике температуре и густине) једноставно престале.

Решење енигме је у звездама, у начину на коју звезде функционишу. Узмите Сунце у чијем се средишту већ 4,6 милијарди година на температури од око 15 милиона степени одвија фузија која конвертује водоник у хелијум. Маса генерисаног хелијума мања је од почетне масе водоника, а та разлика (око 4 милиона тона у секунди) се у складу са чувеном Ајнштајновом једначином Е=mc² претвара у огромну количине енергије. Сунце је саморегулишућа машина: тежњи звезде да колабира под дејством сопствене гравитације супротставља се репулзивна сила која се одржава захваљујући константном приливу енергије из Сунчевог језгра.

Али такво стање неће трајати вечно: у Сунчевом језгру постепено се акумулира „хелијумски пепео“ који не учествује у нуклеарним реакцијама, али апсорбује већу количину генерисане топлоте од околног водоника. Услед тога, температура у језгру расте, самим тим и интензитет нуклеарне реакције. То за последицу има чињеницу да Сунце сваког дана бива мало веће и мало сјајније (јер Сунце производи све више енергије).

Међутим, у једном тренутку све резерве водоника у језгру биће утрошене, количина генерисане енергије ће опасти и доћи ће до гравитационог сажимања звезде све док језгро, сада састављено од чистог хелијума, не постане довољно густо да тај колапс заустави. Енергија ослобођена компресијом Сунца доводи и до драстичног повећања температуре језгра, тако да започиње фузија у „љусци“ водоника која окружује хелијумски пепео у центру.

Количина пепела се и даље повећава, што опет доводи до повећања температуре, настаје позитивна повратна спрега која не може да траје вечно. Сунце бива све топлије и веће, све док кроз отприлике пет милијарди година не дуплира своју енергетску продукцију, што ће Земљу претворити у спржену стену.

Притисак у центру Сунца сада је толико велики да електрони из атома хелијума формирају флуид који се од даљег колапса брани тзв. „дегенеративним притиском“. Тај притисак последица је Паулијевог принципа искључивости, по коме два електрона не могу имати исто квантно стање.

Банализовано до краја, електроне можете нагурати у јако мали простор, али постоји максимална густина коју је немогуће прећи. Кажемо да је хелијумско језгро достигло стадијум дегенерисане материје.

Када температура у језгру достигне фантастичних 100 милиона степени, почиње фузија хелијума у угљеник и кисеоник. Процес почиње спектакуларним „хелијумским бљеском“: у свега неколико минута биће фузионисано око 6% расположивог хелијума, а током тог муњевитог процес биће ослобођена енергија коју је Сунце некад генерисало за 200.000 година.

Сада се у језгру звезде гомилају угљеник и кисеоник, око њега је љуска у којој се одвија хелијумска фузија, а изнад ње још једна љуска у којој се још увек фузионише водоник. Хелијум сагорева врло брзо: фузија водоника у језгру трајаће укупно око 10 милијарди година. Фузија хелијума неће потрајати ни 100 милиона година.

Када резерве хелијума буду потрошене, Сунце ће постати нестабилно, термално пулсирање одбациће спољашње слојеве звезде у космички простор у виду спектакуларних планетарних небула богатих елементима којих у раном космосу није било (угљеник, азот, кисеоник). Од Сунца ће остати само огољено, усијано језгро, углавном састављено од угљеника.

Сунце ће свој живот завршити као бели патуљак који зрачи топлотом која се у њему задржала. Биће потребне хиљаде милијарди година да се тај бели патуљак охлади до тачке када ће постати потпуно невидљив.

Настанак елемената

Сунце није довољно велико да би након утрошка хелијума могло да настави са фузијом угљеника у теже елементе. Али велике звезде јесу: притисак и температура у њиховом језгру довољно су велики да се у њима угљеник даље фузионише у кисеоник, неон и магнезијум.

Када је звезда око десет пута масивнија од Сунца њена унутрашња структура почиње да личи на главицу лука, при чему се у свакој љусци фузионише други хемијски елемент. У центру масивне звезде таложи се инертно гвожђе, последњи елемент који звезда може да произведе фузијом, а око тог гвозденог „кликера“ ређају се концентричне љуске у којима се редом фузионишу силицијум, магнезијум, кисеоник, неон, угљеник, хелијум и водоник. Што је љуска ближа центру, брзина фузије је већа а количина произведене енергије мања. Језгро од гвожђа прелази у своју дегенерисану форму која се од потпуног колапса брани већ поменутим дегенеративним притиском електронског флуида.

Гвожђе је последња тачка и за фузију и за фисију. Сви елементи лакши од гвожђа генеришу енергију приликом фузије, сви елементи тежи од гвожђа генеришу енергију приликом фисије. Једино гвожђе троши енергију и приликом фисије и фузије и зато представља последњи елемент који се може генерисати нуклеарним реакцијама у унутрашњости звезда, ма како масивна звезда била.

Када се угаси фузиона „пећ“, у свим околним љускама не постоји више ништа што би спречило колапс, комплетно урушавање звезде. Спољашњи слојеви пропадају ка гвозденој сфери у језгру изазивајући њено додатно загревање. Када температура у средишту достигне фантастичних 10 милијарди степени, језгро звезде велико као планета Марс биће у делићу секунде сабијено у лопту пречника 10-20 километара.

Дегенеративни притисак електрона више не помаже, језгра гвожђа се распадају, центар звезде сада личи на екстремно густу „супу“ састављену од релативно слободних протона, неутрона и електрона. Колапс звезде подићи ће температуру језгра до билион степени, а густину до тачке када се протони и електрони спајају у неутроне. У центру звезде настаје неутронска кугла која се од даљег сабијања сада брани дегенеративним притиском неутрона (баш као и електрони, и неутрони се опиру бесконачном нагомилавању). Трансформација језгра у хомогену неутронску куглу ослободиће више енергије него што је звезда генерисала током читавог свог постојања.

Током урушавања спољашњих слојева масивне звезде, материја достиже чак 15% брзине светлости. У свега неколико секунди, кинетичка енергија све те пропадајуће масе достиже вредност која је 50 пута већа од енергије коју ће Сунце генерисати за 10 милијарди година. Удар те масе о неутронско језгро је скоро еластичан, јер је неутронска структура у центру екстремно компактна и тврда.

Настаје разарајући ударни талас који се незадрживо шири уназад. За посматрача са стране изгледа као да је звезда комплетно разорена експлозијом изнутра. Ова појава позната је као „супернова“: када ударни талас достигне делове звезде који су одавно одбачени или још увек нису стигли до језгра, они почињу да зраче у широком опсегу таласних дужина при чему температура достиже милион степени.

Неколико недеља након колосалне експлозије, остаци звезде и даље ће имати сјај који ће у потпуности засенити читаву матичну галаксију. У екстремним случајевима још масивнијих звезда, чак и неутронско језгро звезде колабира, овога пута без икаквих кочница, све док не настане црна рупа.

Неутронски захват

Звезде су врхунски алхемичари, али током свог „регуларног“ живота могу да створе само одређен број хемијских елемената: угљеник, азот, кисеоник, неон, магнезијум, силицијум, сумпор, аргон, калцијум, титанијум, хром и гвожђе. Како су настали остали хемијски елементи? Кроз процес познат као „неутронски захват“: када убаците неутрон у атомско језгро, оно може да га прихвати или врати назад. Међутим, понекад долази до већ описаног радиоактивног распада када се мења број протона у језгру, самим тим и врста хемијског елемента. Понекад је производ радиоактивног распада такође нестабилан, па се процес наставља све док се не формира стабилно језгро.

Неутронски захват у природи је редак јер слободних неутрона у природи практично и нема – препуштен сам себи, ван атомског језгра, неутрон је нестабилан и претвориће се у протон у року од неколико минута. Међутим, током експлозије супернове настаје обиље слободних неутрона који су у стању да реагују са остацима умируће звезде.

Када атомско језгро погоди само један неутрон, кажемо да је у питању „спори захват“ (s-процес). Када атомско језгро практично истовремено погоди већи број неутрона, кажемо да је у питању „брзи захват“ (r-процес) који резултује егзотичним атомским језгром са огромним вишком неутрона. Без обзира да ли је у питању спори или брзи захват, добијена језгра кроз сукцесивни процес радиоактивног распада могу да произведу потпуно нове хемијске елементе који ће отплутати у слободан космички простор.Спори и брзи процес не креирају исти скуп хемијских елемената. Ево како настају неки од њих:

• Елементи креирани спорим процесом: флуор, натријум, алуминијум, фосфор, хлор, бром, стронцијум, цирконијум, молибден, ниобијум, калај, баријум, олово...
• Елементи креирани брзим процесом: калијум, манган, кобалт, бакар, цинк, галијум, германијум, арсен, селен, сребро, јод, цезијум, иридијум, платина, злато, торијум, уранијум...
• Елементи који се креирају кроз оба процеса: никл, паладијум, кадмијум, волфрам, жива, бизмут...

Било да су креирани спорим или брзим процесом, сви ови елементи неупоредиво су мање заступљени у природи од лакших елемената попут угљеника, азота, кисеоника или силицијума, који се у огромним количинама креирају класичним фузионим процесом у масивнијим звездама.

Како настаје злато

Да би се, међутим, креирао један атом злата, потребно је да језгро гвожђа, такорећи симултано, погоди тачно 141 неутрон. Минимална пауза у приливу ових неутрона довешће до тренутног распада нестабилног језгра гвожђа, чиме се прекида ланац који води до атома злата. Зато ће чак и у екстремним условима који владају током експлозије супернове врло мали број атома гвожђа бити конвертован у злато. То објашњава чињеницу да на Земљи на сваки грам злата долазе две тоне песка.

Злато у природи могу да произведу и неки други процеси, као што је судар две неутронске звезде.

Неутронска звезда је заправо оно чврсто језгро преостало након експлозије супернове. Иако су неутронске звезде мале (свега 20-25 километара у пречнику), њихова маса већа је од укупне масе Сунца. Густина неутронске звезде толико је велика да би једна кафена кашичица напуњена материјалом неутронске звезде имала тежину од око милијарду тона.

Да бисте утекли са површине неутронске звезде потребно је да достигнете 50% брзине светлости. Предмет бачен на површину неутронске звезде са висине од једног метра у тренутку удара имао би брзину од 1.400 km/s. Зато су судари неутронских звезда једнако спектакуларни као и експлозије супернове, а у избаченом материјалу налази се читава гама хемијских елемената, укључујући и злато.

Трећи извор злата су магнетари, неутронске звезде са изузетно јаким магнетним пољем. Ово поље је толико снажно да би вам ишчупало кључеве из џепа са растојања од пола милиона километара. Услед његовог дејства површина неутронске звезде изложена је огромним напонима. Када негде дође до пукотине настаје експлозивно ослобађање енергије и материјала, прави „стеларни земљотрес“ у коме се ослободи више енергије него на Сунцу за 100.000 година. Избачена материја садржи већу количину тежих хемијских елемената, међу њима и злато.

У великој причи свемира, неутронске звезде, магнетари и супернове нису само спектакуларни завршеци. У њиховим фасцинантним експлозијама исковани су сви хемијски елементи који су недостајали раном свемиру да би затим били расути у космички простор, како би милионима година касније од њих биле створене нове звезде, планете, живот, па чак и племенити метали које толико ценимо.

Злато у бурми коју поносно носите, гвожђе у вашој крви и калцијум у вашим костима рођени су у ватреном срцу умируће звезде. Ми смо, буквално, саздани од звездане прашине и свако од нас носи у себи одјеке древних космичких катаклизми.

Не само историјских...