Zijn de elementen door toeval ontstaan?

„ALLE objecten in het Heelal, zelfs de verste sterren, bestaan uit atomen”, verklaart The Encyclopedia of Stars & Atoms. Afzonderlijke atomen zijn te klein om ze te kunnen zien, maar samengebundeld vormen ze vertrouwde chemische elementen. Sommige van deze elementen zijn vaste stoffen die we kunnen zien; andere zijn onzichtbare gassen. Kan het bestaan van al die chemische elementen aan het toeval toegeschreven worden?

De elementen 1 tot en met 92

Hoewel waterstof het eenvoudigste van alle atomen is, vormt het de brandstof voor sterren zoals onze zon en is het van essentieel belang voor leven. Een waterstofatoom heeft één proton in zijn kern en één elektron dat rond die kern beweegt. Andere chemische elementen, zoals koolstof, zuurstof, goud en kwik, bestaan uit atomen met veel elektronen die rond een kern met veel protonen en neutronen bewegen.

Zo’n 450 jaar geleden waren er slechts twaalf elementen bekend. Naarmate er meer werden ontdekt, bemerkten wetenschappers er een natuurlijke volgorde in. En toen de elementen in rijen en kolommen op papier werden gezet, ontdekten wetenschappers dat de elementen in dezelfde kolom vergelijkbare eigenschappen hadden. Maar het schema bevatte ook open plaatsen, die onbekende elementen vertegenwoordigden. Op grond hiervan voorspelde de Russische wetenschapper Dmitri Mendelejev het bestaan, inclusief kleur, gewicht, dichtheid en smeltpunt, van het element met atoomnummer 32, germanium. Mendelejevs „voorspelling van andere ontbrekende elementen — gallium en scandium — bleek eveneens zeer nauwkeurig te zijn”, merkt het in 1995 verschenen wetenschappelijk handboek Chemistry op.

In de loop van de tijd voorspelden wetenschappers het bestaan van andere onbekende elementen en enkele van hun eigenschappen. Uiteindelijk waren alle ontbrekende elementen ontdekt. Er zijn geen open plaatsen meer op het schema. De natuurlijke volgorde van de elementen is gebaseerd op het aantal protonen in de kern van hun atomen, van element nummer 1, waterstof, tot en met het laatste element dat algemeen gesproken van nature op aarde voorkomt: nummer 92, uraan. Is dit louter toeval?

Denk ook eens aan de rijke verscheidenheid van chemische elementen. Goud en kwik zijn elementen met elk een kenmerkende glanzende kleur. Het ene is vast, het andere vloeibaar. Toch volgen ze op elkaar als de elementen 79 en 80. Een goudatoom heeft 79 elektronen, 79 protonen en 118 neutronen. Een kwikatoom heeft slechts één elektron en één proton meer en ongeveer hetzelfde aantal neutronen.

 Is het louter toeval dat een kleine variatie in de rangschikking van atomaire deeltjes zo’n rijke verscheidenheid van elementen oplevert? En wat valt er te zeggen over de krachten die de atomaire deeltjes bijeenhouden? „Van het kleinste deeltje tot het grootste sterrenstelsel houdt alles in het Heelal zich aan regels die door de wetten der fysica worden beschreven”, verklaart The Encyclopedia of Stars & Atoms. Stel u eens voor wat er zou gebeuren als een van die regels zou veranderen. Wat zou er bijvoorbeeld gebeuren als er een wijziging werd aangebracht in de kracht die ervoor zorgt dat elektronen rond de kern van een atoom blijven bewegen?

Subtiel afgestemde natuurkrachten

Sta er eens bij stil welke gevolgen het zou hebben als de elektromagnetische kracht zwakker werd gemaakt. „Elektronen zouden niet langer aan atomen gebonden zijn”, merkt dr. David Block op in zijn boek Star Watch. Wat zou dat precies betekenen? „We zouden een heelal hebben waarin geen chemische reacties mogelijk waren!”, vervolgt hij. Wat kunnen we dankbaar zijn voor de onveranderlijke wetten die chemische reacties mogelijk maken! Twee waterstofatomen bijvoorbeeld vormen samen met één zuurstofatoom een molecuul kostbaar water.

De elektromagnetische kracht is ongeveer honderd keer zwakker dan de sterke kernkracht, die de kern van atomen bijeenhoudt. Wat zou er gebeuren als deze verhouding werd gewijzigd? „Als de relatieve sterkte van de kernkracht en de elektromagnetische kracht iets anders zou zijn, dan zouden er geen koolstofatomen kunnen bestaan”, verklaren de wetenschappers John Barrow en Frank Tipler. Zonder koolstof zou er geen leven zijn. Koolstofatomen vertegenwoordigen twintig procent van het gewicht van alle levende organismen.

Ook de sterkte van de elektromagnetische kracht in verhouding tot de zwaartekracht is van cruciaal belang. „Zelfs maar de kleinste verandering in de relatieve sterkte van de zwaartekracht en de elektromagnetische kracht”, verklaart het tijdschrift New Scientist, „zou sterren zoals de Zon in blauwe reuzen [veel te heet voor leven] of rode dwergen [niet warm genoeg om leven in stand te houden] veranderen.”

Een andere kracht, de zwakke kernkracht, reguleert de snelheid van de kernreacties in de zon. „Ze is precies zwak genoeg zodat de waterstof in de zon in een langzaam en gestadig tempo brandt”, legt de natuurkundige Freeman Dyson uit. Er zouden nog vele andere voorbeelden gegeven kunnen worden om aan te tonen hoezeer ons leven afhankelijk is van de nauwkeurig uitgebalanceerde wetten en omstandigheden die in het heelal worden aangetroffen. De wetenschapspublicist professor Paul Davies vergeleek deze kosmische wetten en omstandigheden met een stel regelknoppen en zei: „De verschillende knoppen [schijnen] met een enorme precisie afgesteld te moeten staan wil het universum dusdanig zijn dat er leven kan gedijen.”

Lang voordat Sir Isaac Newton de wet van de zwaartekracht ontdekte, sprak de bijbel over zulke onveranderlijke inzettingen of wetten. Aan de man Job werd gevraagd: „Hebt gij de inzettingen afgekondigd die de hemel besturen, of de natuurwetten op aarde vastgelegd?” (Job 38:33, The New English Bible) Andere nederig stemmende vragen waren: „Waar bevondt gij u, toen ik de aarde grondvestte?” en „Wie heeft haar afmetingen bepaald, ingeval gij het weet?” — Job 38:4, 5.

[Kader op blz. 6]

ONMISBARE ELEMENTEN

De chemische elementen waterstof, zuurstof en koolstof maken ongeveer 98 procent uit van de atomen in uw lichaam. Daarna komt stikstof, met 1,4 procent. Andere elementen komen in zeer kleine hoeveelheden voor maar zijn niettemin onmisbaar voor het leven.

[Tabel/Diagram op blz. 6, 7]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

 Ten tijde van het ter perse gaan van deze publicatie hebben wetenschappers de elementen 93 en zwaarder, tot en met element 118, voortgebracht. Zoals te voorspellen was, passen deze elementen nog steeds in het patroon van het periodiek systeem.

[Verantwoording]

Bron: Los Alamos National Laboratory

Naam van element Symbool Atoomnummer (aantal protonen)

waterstof H 1

helium He 2

lithium Li 3

beryllium Be 4

borium B 5

koolstof C 6

stikstof N 7

zuurstof O 8

fluor F 9

neon Ne 10

natrium Na 11

magnesium Mg 12

aluminium Al 13

silicium Si 14

fosfor P 15

zwavel S 16

chloor Cl 17

argon Ar 18

kalium K 19

calcium Ca 20

scandium Sc 21

titaan Ti 22

vanadium V 23

chroom Cr 24

mangaan Mn 25

ijzer Fe 26

kobalt Co 27

nikkel Ni 28

koper Cu 29

zink Zn 30

gallium Ga 31

germanium Ge 32

arseen As 33

seleen Se 34

broom Br 35

krypton Kr 36

rubidium Rb 37

strontium Sr 38

yttrium Y 39

zirkonium Zr 40

niobium Nb 41

molybdeen Mo 42

technetium Tc 43

ruthenium Ru 44

rodium Rh 45

palladium Pd 46

zilver Ag 47

cadmium Cd 48

indium In 49

tin Sn 50

antimoon Sb 51

telluur Te 52

jodium I 53

xenon Xe 54

cesium Cs 55

barium Ba 56

lanthaan La 57

cerium Ce 58

praseodymium Pr 59

neodymium Nd 60

promethium Pm 61

samarium Sm 62

europium Eu 63

gadolinium Gd 64

terbium Tb 65

dysprosium Dy 66

holmium Ho 67

erbium Er 68

thulium Tm 69

ytterbium Yb 70

lutetium Lu 71

hafnium Hf 72

tantaal Ta 73

wolfraam W 74

renium Re 75

osmium Os 76

iridium Ir 77

platina Pt 78

goud Au 79

kwik Hg 80

thallium Tl 81

lood Pb 82

bismut Bi 83

polonium Po 84

astaat At 85

radon Rn 86

francium Fr 87

radium Ra 88

actinium Ac 89

thorium Th 90

protactinium Pa 91

uraan U 92

neptunium Np 93

plutonium Pu 94

americium Am 95

curium Cm 96

berkelium Bk 97

californium Cf 98

einsteinium Es 99

fermium Fm 100

mendelevium Md 101

nobelium No 102

lawrencium Lr 103

rutherfordium Rf 104

dubnium Db 105

seaborgium Sg 106

bohrium Bh 107

hassium Hs 108

meitnerium Mt 109

110

111

112

114

116

118

[Diagram]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

Weerspiegelen de orde en harmonie van de elementen in het periodiek systeem louter toeval of intelligent ontwerp?

Heliumatoom

Elektron

Proton

Neutron

[Diagram/Illustratie op blz. 7]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

Hoe zijn de vier natuurkrachten zo subtiel afgestemd?

ELEKTROMAGNETISCHE KRACHT

STERKE KERNKRACHT

ZWAARTEKRACHT

ZWAKKE KERNKRACHT

Watermolecuul

Atoomkern

Blauwe reus

Rode dwerg

Zon