ธาตุ​ต่าง ๆ เกิด​โดย​บังเอิญ​ไหม?

“วัตถุ​ทุก​อย่าง​ใน​เอกภพ แม้​ดวง​ดาว​ที่​ห่าง​ไกล​ที่​สุด​ก็​ประกอบ​ด้วย​อะตอม” สารานุกรม​ว่า​ด้วย​ดวง​ดาว​และ​อะตอม (ภาษา​อังกฤษ) กล่าว​เช่น​นั้น. อะตอม​แต่​ละ​อะตอม​เล็ก​เกิน​กว่า​จะ​เห็น​ได้ แต่​เมื่อ​รวม​ตัว​กัน​มัน​ก็​เกิด​เป็น​ธาตุ​เคมี​ที่​รู้​จัก​กัน​ดี. ธาตุ​เหล่า​นี้ บาง​ชนิด​ก็​เป็น​ของ​แข็ง​ที่​เรา​สามารถ​เห็น​ได้ บาง​ชนิด​ก็​เป็น​แก๊ส​ที่​มอง​ด้วย​ตา​เปล่า​ไม่​เห็น. อาจ​บอก​ได้​ไหม​ว่า​ธาตุ​เคมี​เหล่า​นั้น​ทั้ง​หมด​เกิด​โดย​บังเอิญ?

ธาตุ​ที่ 1 ถึง 92

แม้​ไฮโดรเจน​เป็น​อะตอม​ที่​เรียบ​ง่าย​ที่​สุด​ใน​บรรดา​อะตอม​ทั้ง​หมด แต่​มัน​ก็​เป็น​เชื้อเพลิง​ให้​กับ​ดวง​ดาว​ต่าง ๆ เช่น ดวง​อาทิตย์ และ​สำคัญ​ยิ่ง​ต่อ​ชีวิต. ไฮโดรเจน​อะตอม​หนึ่ง​มี​โปรตอน​หนึ่ง​ตัว​อยู่​ภาย​ใน​นิวเคลียส และ​มี​อิเล็กตรอน​หนึ่ง​ตัว​โคจร​รอบ​นิวเคลียส. ธาตุ​เคมี​อื่น ๆ เช่น คาร์บอน, ออกซิเจน, ทองคำ, และ​ปรอท ประกอบ​ด้วย​อะตอม​ที่​มี​อิเล็กตรอน​หลาย​ตัว​โคจร​รอบ​นิวเคลียส​ที่​มี​โปรตอน​และ​นิวตรอน​หลาย​ตัว​เช่น​กัน.

ราว ๆ 450 ปี​มา​แล้ว มนุษย์​รู้​จัก​ธาตุ​เคมี​แค่ 12 ชนิด. ขณะ​ที่​ค้น​พบ​ธาตุ​มาก​ขึ้น นัก​วิทยาศาสตร์​ก็​ได้​สังเกต​ลำดับ​ตาม​ธรรมชาติ​ของ​มัน. และ​เมื่อ​นำ​ธาตุ​เหล่า​นั้น​มา​ใส่​ใน​ตาราง​ตาม​แนว​นอน​และ​แนว​ตั้ง นัก​วิทยาศาสตร์​ก็​ค้น​พบ​ว่า​ธาตุ​ที่​อยู่​แถว​เดียว​กัน​ใน​แนว​ตั้ง​มี​คุณสมบัติ​คล้าย​กัน. แต่​ก็​มี​ช่อง​ที่​เว้น​ว่าง​ใน​ตาราง​สำหรับ​ธาตุ​ที่​ยัง​ไม่​รู้​จัก​ด้วย. สิ่ง​นี้​ทำ​ให้​นัก​วิทยาศาสตร์​ชาว​รัสเซีย​ชื่อ ดมิตรัย เมนเดเลเยฟ ทำนาย​ว่า​จะ​ต้อง​มี​ธาตุ​ที่​มี​เลข​อะตอม 32 ซึ่ง​ก็​คือ​เจอร์เมเนียม เขา​ยัง​ได้​ทำนาย​สี, น้ำหนัก, ความ​หนา​แน่น, และ​จุด​หลอม​เหลว​ของ​มัน​ด้วย. หนังสือ​เคมี (ภาษา​อังกฤษ) ซึ่ง​เป็น​ตำรา​วิทยาศาสตร์​ปี 1995 ให้​ข้อ​สังเกต​ว่า “คำ​ทำนาย” ของ​เมนเดเลเยฟ “เกี่ยว​กับ​ธาตุ​อื่น ๆ ที่​ขาด​ไป เช่น แกลเลียม​และ​สแกนเดียม ก็​ถูก​ต้อง​แม่นยำ​เช่น​กัน.”

ต่อ​มา นัก​วิทยาศาสตร์​ได้​ทำนาย​ว่า​จะ​ต้อง​มี​ธาตุ​อื่น ๆ อีก​ซึ่ง​ยัง​ไม่​เป็น​ที่​รู้​จัก และ​ยัง​ได้​ทำนาย​ถึง​คุณสมบัติ​บาง​อย่าง​ของ​มัน​ด้วย. ใน​ที่​สุด ธาตุ​ทุก​ชนิด​ที่​ขาด​ไป​ก็​ถูก​ค้น​พบ. ไม่​มี​ช่อง​เว้น​ว่าง​ใน​ตาราง​ธาตุ​อีก​ต่อ​ไป. ลำดับ​ตาม​ธรรมชาติ​ของ​ธาตุ​ต่าง ๆ อาศัย​จำนวน​โปรตอน​ใน​นิวเคลียส​ของ​แต่​ละ​อะตอม เริ่ม​จาก​ธาตุ​หมาย​เลข 1 คือ​ไฮโดรเจน ไป​เรื่อย ๆ จน​ถึง​ธาตุ​ยูเรเนียม​หมาย​เลข 92 ซึ่ง​เป็น​ธาตุ​อันดับ​สุด​ท้าย​ซึ่ง​โดย​ปกติ​มี​อยู่​ใน​ธรรมชาติ​บน​แผ่นดิน​โลก. สิ่ง​นี้​เป็น​เพียง​การ​ประจวบ​เหมาะ​ไหม?

ขอ​พิจารณา​เช่น​กัน​ถึง​ความ​ผิดแผก​อย่าง​มาก​ของ​ธาตุ​เคมี​ต่าง ๆ. ทองคำ​และ​ปรอท​เป็น​ธาตุ​เปล่ง​สี​ที่​มี​ลักษณะ​พิเศษ​เฉพาะ. ทองคำ​เป็น​ของ​แข็ง ปรอท​เป็น​ของ​เหลว. กระนั้น ทั้ง​คู่​ก็​เป็น​ธาตุ​ที่​มี​ลำดับ​ติด​กัน​คือ 79 และ 80. อะตอม​ของ​ทองคำ​มี​อิเล็กตรอน 79 ตัว โปรตอน 79  ตัว และ​นิวตรอน 118 ตัว. อะตอม​ของ​ปรอท​มี​อิเล็กตรอน​และ​โปรตอน​มาก​กว่า​แค่ 1 ตัว และ​มี​นิวตรอน​ใน​จำนวน​ไล่เลี่ย​กัน.

เป็น​เพียง​ความ​บังเอิญ​ไหม​ที่​การ​จัด​ระบบ​อนุภาค​ใน​อะตอม​เปลี่ยน​ไป​นิด​เดียว​แต่​ก่อ​ให้​เกิด​ธาตุ​ที่​ผิดแผก​แตกต่าง​กัน​มาก​มาย​เช่น​นี้? และ​จะ​ว่า​อย่าง​ไร​กับ​แรง​ที่​ยึด​อนุภาค​อะตอม​เข้า​ด้วย​กัน? สารานุกรม​ดวง​ดาว​และ​อะตอม (ภาษา​อังกฤษ) อธิบาย​ว่า “จาก​อนุภาค​ที่​เล็ก​ที่​สุด​จน​ถึง​กาแล็กซี​ที่​ใหญ่​ที่​สุด ทุก​สิ่ง​ใน​เอกภพ​เป็น​ไป​ตาม​กฎเกณฑ์​ที่​กำหนด​ไว้​โดย​กฎ​ทาง​ฟิสิกส์.” ลอง​มโนภาพ​ดู​ว่า​จะ​เกิด​อะไร​ขึ้น​ถ้า​หนึ่ง​ใน​กฎ​เหล่า​นี้​เปลี่ยน​ไป. ยก​ตัว​อย่าง จะ​ว่า​อย่าง​ไร​ถ้า​มี​การ​ปรับ​เปลี่ยน​แรง​ซึ่ง​คอย​ควบคุม​อิเล็กตรอน​ให้​โคจร​รอบ​นิวเคลียส​ของ​อะตอม?

แรง​ทาง​ฟิสิกส์​ที่​ได้​รับ​การ​ปรับ​ตั้ง​อย่าง​ละเอียด

ลอง​คิด​ดู​ว่า​จะ​เกิด​อะไร​ขึ้น​ถ้า​แรง​แม่เหล็ก​ไฟฟ้า​ถูก​ทำ​ให้​อ่อน​ลง. ดร. เดวิด บล็อก ให้​ข้อ​สังเกต​ไว้​ใน​หนังสือ​ของ​เขา​ชื่อ​ดู​ดาว (ภาษา​อังกฤษ) ดัง​นี้: “อิเล็กตรอน​จะ​ไม่​ยึด​กับ​อะตอม​อีก​ต่อ​ไป.” นี่​จะ​หมาย​ความ​เช่น​ไร? เขา​กล่าว​ต่อ​ไป​ว่า “เรา​ก็​จะ​มี​เอกภพ​ที่​ไม่​มี​ปฏิกิริยา​ทาง​เคมี​ใด ๆ เกิด​ขึ้น​ได้​เลย!” น่า​ดีใจ​สัก​เพียง​ไร​ที่​เรา​มี​กฎ​อัน​แน่นอน​ซึ่ง​ทำ​ให้​การ​เกิด​ปฏิกิริยา​ทาง​เคมี​เป็น​ไป​ได้! ยก​ตัว​อย่าง ไฮโดรเจน​สอง​อะตอม​รวม​ตัว​กับ​ออกซิเจน​หนึ่ง​อะตอม​เกิด​เป็น​น้ำ​อัน​มี​ค่า​หนึ่ง​โมเลกุล.

แรง​แม่เหล็ก​ไฟฟ้า​อ่อน​กว่า​ประมาณ 100 เท่า​ของ​แรง​นิวเคลียร์​ชนิด​เข้ม​ที่​ยึด​นิวเคลียส​ของ​อะตอม​ไว้​ด้วย​กัน. จะ​เกิด​อะไร​ขึ้น​ถ้า​อัตรา​ส่วน​นี้​เปลี่ยน​ไป? นัก​วิทยาศาสตร์​จอห์น แบร์โรว์ และ แฟรงก์ ทิปเลอร์​อธิบาย​ว่า “ถ้า​ความ​แรง​สัมพัทธ์​ของ​แรง​นิวเคลียร์​และ​แรง​แม่เหล็ก​ไฟฟ้า​แตกต่าง​จาก​ที่​เป็น​อยู่​นิด​เดียว อะตอม​คาร์บอน​ก็​ไม่​อาจ​เกิด​ขึ้น​ได้.” ไม่​มี​คาร์บอน ก็​ไม่​มี​ชีวิต. 20 เปอร์เซ็นต์​ของ​น้ำหนัก​ตัว​ของ​สิ่ง​มี​ชีวิต​ทุก​ชนิด​เป็น​อะตอม​คาร์บอน.

ที่​สำคัญ​เช่น​กัน​ก็​คือ ความ​แรง​ของ​แรง​แม่เหล็ก​ไฟฟ้า​เมื่อ​เทียบเคียง​กับ​ความ​แรง​ของ​แรง​โน้มถ่วง. วารสาร​นิว ไซเยนติสต์ อธิบาย​ว่า “หาก​ความ​แรง​สัมพัทธ์​ของ​แรง​โน้มถ่วง​กับ​แรง​แม่เหล็ก​ไฟฟ้า​เปลี่ยน​ไป​เพียง​นิด​เดียว ดาว​ฤกษ์​เช่น​ดวง​อาทิตย์​ก็​จะ​เปลี่ยน​เป็น​ดาว​ยักษ์​น้ำเงิน [ร้อน​เกิน​กว่า​ชีวิต​จะ​ทน​ได้] หรือ​ไม่​ก็​เปลี่ยน​เป็น​ดาว​แคระ​แดง [ร้อน​ไม่​พอ​จะ​ค้ำจุน​ชีวิต].”

แรง​อีก​ชนิด​หนึ่ง​คือ แรง​นิวเคลียร์​ชนิด​อ่อน​ซึ่ง​ควบคุม​ความ​เร็ว​ของ​ปฏิกิริยา​นิวเคลียร์​ภาย​ใน​ดวง​อาทิตย์. นัก​ฟิสิกส์​ชื่อ​ฟรีแมน ได​สัน อธิบาย​ว่า “แรง​นี้​อ่อน​พอ​เหมาะ​พอ​ดี​ที่​ไฮโดรเจน​ใน​ดวง​อาทิตย์​จะ​เผา​ไหม้​อย่าง​ช้า ๆ และ​ด้วย​อัตรา​คงที่.” อาจ​ยก​ตัว​อย่าง​อื่น ๆ ได้​อีก​หลาย​ตัว​อย่าง​อัน​แสดง​ให้​เห็น​วิธี​ที่​ชีวิต​ของ​เรา​ต้อง​พึ่ง​อาศัย​กฎ​และ​สภาพการณ์​ที่​ได้​ดุล​ภาค​อย่าง​ยิ่ง​ซึ่ง​มี​อยู่​ใน​เอกภพ. ศาสตราจารย์​พอล เดวีส์ นัก​เขียน​เรื่อง​ทาง​วิทยาศาสตร์ เปรียบ​เทียบ​กฎ​และ​สภาพการณ์​ใน​เอกภพ​กับ​ชุด​ปุ่ม​ปรับ และ​กล่าว​ว่า “ดู​ราว​กับ​จะ​ต้อง​ปรับ​ปุ่ม​ต่าง ๆ ให้​แม่นยำ​สุด​ยอด หาก​จะ​ให้​เอกภพ​มี​สภาพ​ที่​ชีวิต​เจริญ​เติบโต​ได้​ดี.”

นาน​ก่อน​ที่​เซอร์​ไอแซก นิวตัน จะ​ค้น​พบ​กฎ​ของ​แรง​โน้มถ่วง คัมภีร์​ไบเบิล​ได้​พูด​ถึง​กฎ​ที่​แน่นอน​เหล่า​นั้น​แล้ว. บุรุษ​ชื่อ​โยบ​ถูก​ถาม​ดัง​นี้: “เจ้า​ได้​ประกาศ​กฎ​ต่าง ๆ ที่​ควบคุม​ท้องฟ้า​หรือ, หรือ​กำหนด​กฎ​ธรรมชาติ​บน​แผ่นดิน​โลก?” (โยบ 38:33, ฉบับ​แปล​เดอะ นิว อิงลิช ไบเบิล) คำ​ถาม​อื่น ๆ ที่​ทำ​ให้​ต้อง​เจียม​ตัว​ก็​คือ “เจ้า​นะ​อยู่​ที่​ไหน​เมื่อ​เรา​ได้​วาง​ราก​แห่ง​พิภพ​โลก?” และ “ใคร​เป็น​ผู้​กะ​กำหนด​กว้าง​ยาว​ของ​โลก, เจ้า​รู้​ไหม?”—โยบ 38:4, 5.

[กรอบ​หน้า 6]

ธาตุ​ต่าง ๆ ที่​สำคัญ​ยิ่ง​ต่อ​ชีวิต

ใน​ร่าง​กาย​ของ​เรา​มี​ธาตุ​ไฮโดรเจน, ออกซิเจน, และ​คาร์บอน​เป็น​ส่วน​ประกอบ​อยู่​ราว ๆ 98 เปอร์เซ็นต์. รอง​ลง​มา​คือ​ไนโตรเจน ซึ่ง​มี​อยู่ 1.4 เปอร์เซ็นต์. ธาตุ​อื่น ๆ มี​ปริมาณ​น้อย​มาก​แต่​ก็​สำคัญ​ต่อ​ชีวิต​เช่น​กัน.

[ตาราง/แผนภูมิ​ธาตุ​หน้า 6, 7]

(ราย​ละเอียด​ดู​จาก​วารสาร)

ณ เวลา​ที่​มี​การ​พิมพ์​วารสาร​ฉบับ​นี้ นัก​วิทยาศาสตร์​ได้​ผลิต​ธาตุ​ลำดับ​ที่ 93 จน​ถึง 118 แล้ว. ดัง​ที่​สามารถ​ทำนาย​ได้ ธาตุ​เหล่า​นี้​ยัง​คง​เข้า​กัน​อย่าง​เหมาะเจาะ​กับ​ตาราง​ธาตุ.

[ที่​มา]

แหล่ง​ที่​มา: ห้อง​ปฏิบัติการ​แห่ง​ชาติ​ลอส แอลาโมส

ชื่อ​ธาตุ สัญลักษณ์ เลข​อะตอม (จำนวน​โปรตอน)

ไฮโดรเจน H 1

ฮีเลียม He 2

ลิเทียม Li 3

เบริลเลียม Be 4

โบรอน B 5

คาร์บอน C 6

ไนโตรเจน N 7

ออกซิเจน O 8

ฟลูออรีน F 9

นีออน Ne 10

โซเดียม Na 11

แมกนีเซียม Mg 12

อะลูมินัม Al 13

ซิลิคอน Si 14

ฟอสฟอรัส P 15

กำมะถัน S 16

คลอรีน Cl 17

อาร์กอน Ar 18

โพแทสเซียม K 19

แคลเซียม Ca 20

สแกนเดียม Sc 21

ไทเทเนียม Ti 22

วาเนเดียม V 23

โครเมียม Cr 24

แมงกานีส Mn 25

เหล็ก Fe 26

โคบอลต์ Co 27

นิกเกิล Ni 28

ทองแดง Cu 29

สังกะสี Zn 30

แกลเลียม Ga 31

เจอร์เมเนียม Ge 32

สาร​หนู As 33

ซีลีเนียม Se 34

โบรมีน Br 35

คริปทอน Kr 36

รูบิเดียม Rb 37

สตรอนเชียม Sr 38

อิตเทรียม Y 39

เซอร์โคเนียม Zr 40

ไนโอเบียม Nb 41

โมลิบดีนัม Mo 42

เทคนีเชียม Tc 43

รูทีเนียม Ru 44

โรเดียม Rh 45

แพลเลเดียม Pd 46

เงิน Ag 47

แคดเมียม Cd 48

อินเดียม In 49

ดีบุก Sn 50

พลวง Sb 51

เทลลูเรียม Te 52

ไอโอดีน I 53

ซีนอน Xe 54

ซีเซียม Cs 55

แบเรียม Ba 56

แลนทานัม La 57

ซีเรียม Ce 58

เพรซีโอดิเมียม Pr 59

นีโอดิเมียม Nd 60

โพรมีเทียม Pm 61

ซาแมเรียม Sm 62

ยูโรเพียม Eu 63

แกโดลิเนียม Gd 64

เทอร์เบียม Tb 65

ดิสโพรเซียม Dy 66

โฮลเมียม Ho 67

เออร์เบียม Er 68

ทูเลียม Tm 69

อิตเทอร์เบียม Yb 70

ลูทีเชียม Lu 71

แฮฟเนียม Hf 72

แทนทาลัม Ta 73

ทังสเตน W 74

รีเนียม Re 75

ออสเมียม Os 76

อิริเดียม Ir 77

แพลทินัม Pt 78

ทองคำ Au 79

ปรอท Hg 80

แทลเลียม Tl 81

ตะกั่ว Pb 82

บิสมัท Bi 83

พอโลเนียม Po 84

แอสทาทีน At 85

เรดอน Rn 86

แฟรนเซียม Fr 87

เรเดียม Ra 88

แอกทิเนียม Ac 89

ทอเรียม Th 90

โพรแทกทิเนียม Pa 91

ยูเรเนียม U 92

เนปทูเนียม Np 93

พลูโทเนียม Pu 94

อะเมริเซียม Am 95

คูเรียม Cm 96

เบอร์คีเลียม Bk 97

แคลิฟอร์เนียม Cf 98

ไอน์สไตเนียม Es 99

เฟอร์เมียม Fm 100

เมนเดลีเวียม Md 101

โนเบเลียม No 102

ลอว์เรนเซียม Lr 103

รัทเทอร์ฟอร์เดียม Rf 104

ดับเนียม Db 105

ซีบอร์เจียม Sg 106

บอห์เรียม Bh 107

แฮสเซียม Hs 108

ไมต์นีเรียม Mt 109

110

111

112

114

116

118

[แผนภูมิ]

(ราย​ละเอียด​ดู​จาก​วารสาร)

ลำดับ​และ​การ​ประสาน​สัมพันธ์​กัน​ของ​ธาตุ​ต่าง ๆ ใน​ตาราง​ธาตุ​สะท้อน​ถึง​การ​ออก​แบบ​ด้วย​เชาวน์​ปัญญา​หรือ​เป็น​เพียง​ความ​บังเอิญ?

อะตอม​ฮีเลียม

อิเล็กตรอน

โปรตอน

นิวตรอน

 [แผนภูมิ/ภาพ​หน้า 7]

(ราย​ละเอียด​ดู​จาก​วารสาร)

แรง​ทาง​ฟิสิกส์​สี่​ชนิด​ได้​รับ​การ​ปรับ​ตั้ง​อย่าง​ละเอียด​แม่นยำ​โดย​สิ่ง​ใด?

แรง​แม่เหล็ก​ไฟฟ้า

แรง​นิวเคลียร์​ชนิด​เข้ม

แรง​โน้มถ่วง

แรง​นิวเคลียร์​ชนิด​อ่อน

โมเลกุล​ของ​น้ำ

นิวเคลียส​ของ​อะตอม

ดาว​ยักษ์​น้ำเงิน

ดาว​แคระ​แดง

ดวง​อาทิตย์