Космические вещества. Из каких элементов – «кирпичиков» вещества состоит вещественная Вселенная? Протовселенная могла «эволюционировать» до Вселенной от нейтронного вещества.
Мир, Космос, Вселенная состоит из многообразия материальных или вещественных объектов и систем – от элементарных до звездных, находящихся во всех основных взаимодействиях: гравитационных, электромагнитных, слабых, сильных. Отвлекаясь от физических полей и излучений, заострим внимание на многообразии вещественных объектов. Все вещественные объекты познанного (познаваемого) Мира состоят из некоторого ограниченного множества достаточно стабильных элементов.
Мир (Вселенная) состоит из многообразия материальных или вещественных объектов и систем – от элементарных до звездных, находящихся во всех основных взаимодействиях: гравитационных, электромагнитных, слабых, сильных. Отвлекаясь от физических полей и излучений, заострим внимание на многообразии вещественных объектов. Все вещественные объекты познанного (познаваемого) Мира состоят из некоторого ограниченного множества достаточно стабильных элементов.
Итак, существует некоторое множество естественных элементов. Под естественными элементами будем понимать «кирпичики», из которых составлены все вещества, тела, небесные тела, включая звездные и галактические системы. Каково же это множество? С чего оно начинается? Или, какой естественный элемент должен быть первым «кирпичиком вещественного Мира»?
В основе всякого построения должны лежать некие базовые принципы. Мы говорим о множестве естественных элементов, которые реально существуют в Мире (Вселенной). Поэтому базовые принципы должны выражаться в возможностях существования естественных элементов в различных формах, состояниях и взаимоотношениях:
1. Возможность индивидуального существования в течение времени, как минимум достаточном для наблюдений и манипуляций;
2. Возможность сосуществования с тождественными естественными элементами в любом агрегатном состоянии;
3. Возможность сосуществования с другими естественными элементами в любом агрегатном состоянии;
4. Возможность трансформации естественного элемента в другой естественный элемент путем взаимодействий с элементарными частицами, с физическими полями. Эта возможность лежит в основе объективного существования естественного элемента.
Существование (жизнь) чего-то (кого-то) возможно только в том случае, если оно возникает (рождается) и уничтожается (умирает).
Имеются основания (приведенные 4 принципа) принять в качестве первого «кирпичика вещественного Мира» элементарную частицу нейтрон.
Действительно:
1. Нейтрон входит в состав всех веществ, кроме чисто водородного газа. Правда, свободный (индивидуальный) нейтрон – нестабильная элементарная частица со средним временем жизни ~16 минут. Но этого времени индивидуального существования достаточно, чтобы идентифицировать его и провести с ним эксперименты и даже технологические процессы;
2. Возможность сосуществования нейтронов в форме конденсированного «простого вещества» подтверждают нейтронные звезды, например, пульсары;
3. Нейтрон может внедряться в любые вещества в любом агрегатном состоянии, т.е. нейтроны могут сосуществовать с другими естественными элементами в любом агрегатном состоянии;
4. Самопроизвольно и во взаимодействиях с элементарными частицами и жесткими излучениями нейтрон может превращаться в другие элементарные частицы, т.е. нейтрон может рождаться и уничтожаться.
Конечно, нестабильная частица в качестве первого «кирпичика вещественного Мира» вызывает недоумение, сомнение. Как же так? В основании достаточно стабильного вещественного мироздания лежит нестабильный естественный элемент. Парадокс?
Рассмотрим упрощенную модель «эволюции Вселенной».
1. Пусть вначале была «пустая Протовселенная». С некоторого начального момента времени в это совершенно пустое, в смысле полного отсутствия каких-либо элементарных частиц и излучений, пространство стали последовательно, через сколь угодно малые интервалы времени, поступать нейтроны. От вопроса о происхождении и механизме их поступления отвлечемся. Через ~16 минут первый нейтрон распадается, порождая протон, электрон и электронное антинейтрино. Электронное антинейтрино уносится в пространство с субсветовой скоростью. Точно также, с бесконечно малыми запозданиями, образуются другие пары протонов и электронов. Свободные протоны и электроны, как известно, стабильные элементарные частицы. В столкновениях и кулоновских взаимодействиях из протонов, нейтронов и электронов образуются атомы водорода, дейтерия, трития. В составе ядер атомов нейтроны стабильны. Атомы водорода, дейтерия и трития соединяются в двухатомные молекулы, и образуют газовые скопления. Водород, как известно, является самым распространенным во Вселенной химическим элементом. По истечении необходимого времени огромные газовые скопления подвергаются гравитационному сжатию и создаются условия, подобные внутрисолнечным, для термоядерного синтеза гелия из дейтерия, трития, водорода и продолжающих поступать нейтронов. Гелий является вторым по распространенности во Вселенной химическим элементом. С образованием атомов гелия запускается процесс формирования атомов с увеличивающимся числом протонов в ядрах, и за многие миллиарды лет «Протовселенная» «эволюционировала до Вселенной».
2. Пусть теперь в изначально «пустую протовселенную» последовательно поступают протоны. Также как и в первом случае от вопроса о происхождении и механизме их поступления отвлечемся.
Свободные, к тому же разбегающиеся под кулоновским отталкиванием, протоны не распадаются, поскольку они – стабильные элементарные частицы. Нет распада протонов – нет и рождения других частиц. «Протовселенная» в таком случае «эволюционировала» бы только в «протоновселенную», причем колоссально электрически заряженную.
Таким образом, в основоположении нестабильного элемента под всем множеством естественных элементов никакого парадокса для «эволюции» «протовселенной» до «Вселенной» нет. Эволюция зиждется на нестабильности. Нестабильность, изменчивость – необходимые условия развития.
Итак, нейтрон – первый элемент множества естественных элементов, первый «кирпичик вещественного Мира». Остальные члены множества естественных элементов представляют химические элементы. Следовательно, множество естественных элементов состоит из нейтрона и химических элементов. Множество химических элементов m = 1, 2, 3, … 112, … еще не завершено. Числа натурального ряда соответствуют числу протонов в ядрах атомов. Можно говорить об одномерном множестве химических элементов, систематизированном на основе числа протонов в ядрах соответствующих химических элементов. Как известно, имеется и двумерное множество химических элементов, также систематизированное на основе числа протонов в ядрах атомов. Такое двумерное множество известно как периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Множество естественных элементов отличается от множества химических элементов только начальным элементом, нейтроном. Поскольку множество химических элементов m = 1, 2, 3, … 112, … начинается с единицы, а нейтрон был введен в качестве первого «кирпичика вещественного Мира», то место нейтрона во множестве естественных элементов обозначим числом 0.
Нуль не означает отсутствие элемента, а отражает только то, что отсутствует протон. Нейтрон – электронейтральная частица. Следует заметить, что принципу электронейтральности удовлетворяют (обязаны удовлетворять) все естественные элементы. Правда, в остальных (химических) элементах принцип электронейтральности обеспечивается компенсацией положительных зарядов ядер эквивалентными зарядами электронов.
Таким образом, множество естественных элементов представляется в виде k = 0, 1, 2, 3, …, 112, … . Это – одномерное множество естественных элементов, систематизированное на основе принципа электронейтральности. Начальный элемент этого множества изначально электронейтрален, т.е. имеет нулевой электрический заряд и не нуждается в компенсирующем электроне.
Можно построить и двумерное множество естественных элементов, расположив последовательность членов множества следующим образом:
Двумерное множество m = 1, 2, 3, … 112, … химических элементов представлено почти также как и в периодической системе Д. И. Менделеева, за исключением того, что:
1. Элементы-триады: 26-28, 44-46, 76-78, 108-110 располагаются не по нескольким строкам, а по одному YIII-му столбцу;
2. Лантаноиды и актиноиды располагаются не по отдельно вынесенным соответствующим строкам, а по одному III-му столбцу.
Очевидно, такое представление множества k = 0, 1, 2, 3, …, 118 естественных элементов не только привычнее, но и нагляднее.
Все двумерное множество естественных элементов по ширине ограничено первым и восьмым столбцами с шагом между столбцами строго в одну единицу, а по высоте – нулевой одноэлементной, и последней восьмиэлементной строками с шагом между строками также в одну единицу. Столбцы имеются десятиэлементные, тридцативосьмиэлементный, одиннадцатиэлементный и девятнадцатиэлементный. Строки имеются одноэлементные, двухэлементный, трехэлементные, шестиэлементные и восьмиэлементные. По вертикали отчетливо просматриваются 8 групп. По горизонтали просматриваются 8 периодов: нулевой одноэлементный; первый двухэлементный; второй и третий восьмиэлементные; четвертый и пятый восемнадцатиэлементные; шестой и седьмой тридцатидвухэлементные. Итого, 8 групп и 8 периодов двумерного множества, в которых последовательно и закономерно распределены естественные элементы.
0-й период оформлен одним нулевым элементом;
1-й период – двумя элементами;
2-й и 3-й периоды – восьмиэлементной строкой каждая;
4-й и 5-й периоды – двумя граничными восьмиэлементными строками и двумя промежуточными одноэлементными строками каждая;
6-й и 7-й периоды – двумя граничными восьмиэлементными и промежуточными трехэлементной, шестиэлементной и пятнадцатью одноэлементными строками каждая.
Нулевой элемент (нейтрон) задает все множество естественных элементов. Первый элемент (водород) задает все множество химических элементов. Второй элемент (гелий) задает подмножество устойчивых химических элементов. Будучи «родоначальниками» множеств и подмножества, эти элементы не являются типозадающими.
Третий элемент (литий) является типозадающим элементом для группы элементов-аналогов типа Лития, в которую входят первые элементы периодов. К группе элементов-аналогов типа Бериллия (4) относятся вторые элементы периодов. Соответствующим образом можно объединить элементы-аналоги по типам: Бора (5), Углерода (6), Азота (7), Кислорода (8), Фтора (9) и Неона (18). Триады устойчивых элементов-аналогов в YIII-й группе образуют подгруппы типа: Железа(26), Рутения (44) и Осмия (76).
Элементы-аналоги в 1-й, 2-й, 5-й, 6-й и 7-й группах нижних восьмиэлементных строк 4-5 периодов объединяются в подгруппы типа: Меди (29), Цинка (30), Хрома (24), Марганца (25). В подгруппу элементов-аналогов типа Скандия (21) входят скандий, иттрий, лантан и актиний. В подгруппу элементов-аналогов типа Титана (22) входят титан, цирконий, гафний, Rf (104). В подгруппу элементов-аналогов типа Ванадия (23) входят ванадий, ниобий, тантал, Db (105).
Элементы 58-71 и 90-103 III-й группы объединяются в подгруппы лантаноидов и актиноидов соответственно.
Элементы-аналоги типа неона (10, 18, 36, 54, 86, 118) представляют группу благородных газов.
В 60-х годах прошлого века «инертные газы» (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон) переименовали в благородные газы, в связи с тем, что были осуществлены химические реакции с некоторыми из «инертных газов». С гелием пока не осуществлено никаких химических реакций. Скорее всего, химические реакции с гелием невозможны. Поэтому, для гелия имеет смысл вернуться к первоначальному названию – инертный газ. Гелий – самый устойчивый естественный элемент. Очевидно, устойчивость эта обусловлена дважды магическим ядром и полным заполнением единственной электронной оболочки атома гелия.
