Gadolinowy łańcuch skojarzeń

Gadolin/ źródło: wiki; Jurii (CC BY 3.0) ©2009

Gadolinit to dość rzadki minerał krzemianowy, zawierający m.in. lantanowce cer i neodym. Nazwa jego pochodzi od nazwiska fińskiego chemika, Johana Gadolina, który w 1792 roku jako pierwszy wyizolował z tego minerału nowy pierwiastek, metal ziem rzadkich, itr (łac. yttrium). Rozminął się wówczas z szansą na odkrycie jeszcze jednego nowego pierwiastka zawartego w minerale, który oficjalnie opisano dopiero w 1798 roku. Pierwiastkiem tym był beryl, który Fin wziął za glin… Nazwa itru wzięła się zaś od nazwy samego minerału, który pierwotnie znany był jako ytterbit, od nazwy szwedzkiego miasteczka Ytterby, gdzie po raz pierwszy został on znaleziony przez innego chemika – Szweda Carla Axela Arrheniusa.

Carla Axela Arrheniusa z innym Szwedem, Svante Arrheniusem, nie łączy w zasadzie nic oprócz profesji i nazwiska. Różnica jest jednak taka, że Svante przeszedł do historii nauki jako jeden z najwybitniejszych chemików wszystkich czasów, ojciec chemii fizycznej. Jego imieniem nazwane jest równanie, które opisuje zależność pomiędzy szybkością reakcji chemicznych a temperaturą, w której zachodzą. Po ciemnej stronie Księżyca znajduje się nawet krater Arrheniusa. Prace Arrheniusa oscylują wokół zjawisk zachodzących w roztworach: opisał teorię dysocjacji elektrolitycznej, stworzył też jedną z licznych teorii kwasów i zasad. Rzesze studentów chemii pierwszego roku dręczone są jego odkryciami dotyczącymi przewodności elektrolitów. Nie ograniczał się jednak tylko do chemii fizycznej, mimo że to za badania w tej dziedzinie otrzymał w 1903 roku nagrodę Nobla. Był mianowicie jednym z pierwszych badaczy, którzy zwrócili uwagę na dwutlenek węgla jako gaz cieplarniany (inspirowały go badania dziewiętnastowiecznej sławy brytyjskiej chemii, badacza i alpinisty, Johna Tyndalla, o którym może więcej kiedyś). Zajmował się też astronomią i astrofizyką. Pomysłem zaś najbardziej chyba kontrowersyjnym, którego jednak Svante nie był autorem (bo sam koncept datuje się na piąte stulecie przed naszą erą), była teoria panspermii, której Szwed był wielkim orędownikiem.

Teoria panspermii to, w skrócie, teoria o tym, skąd wzięło się życie na Ziemi. Teoria (czy może raczej – hipoteza) ta głosi, że życie nie wyewoluowało na Ziemi, a przybyło z kosmosu, galopując na grzbiecie jakiegoś meteorytu. Zgodnie z tą hipotezą proste mikroorganizmy, mogące wytrzymać ekstremalne warunki panujące w otwartej przestrzenii kosmicznej, mogłyby być przenoszone w stanie uśpionym we wnętrzach komet czy planetoid, do momentu gdy taki obiekt zderzyłby się z planetą, na której istnieją warunki sprzyjające życiu. Po takim zderzeniu mikroorganizm budziłby się ze stanu latencji. Istotnym aspektem konceptu panspermii jest nacisk na wyjaśnienie sposobu rozprzestrzeniania i podtrzymywania życia we Wszechświecie – hipoteza ta nie ma aspiracji, aby wyjaśnić jego pochodzenie w ogóle.

Innym współczesnym sławnym fanem teorii panspermii był Fred Hoyle, brytyjski astronom, którego największym wkładem w rozwój nauki są jego prace nad gwiezdną nukleosyntezą: mechanizmami, na drodze których w gwiazdach tworzone są nowe jądra atomowe. Jego bliski współpracownik, William Fowler, otrzymał później nagrodę Nobla z fizyki za badania w tej dziedzinie, jednak sam Hoyle został przez Komitet Noblowski zignorowany (sam Fowler doceniał bardzo prace Hoyle’a). Hoyle, pracując nad sensem Wszechświata, gdzieś tam się w jego pięknie zagubił i doszedł do wniosku, że takie cuda same powstać nie mogły i za tym wszystkim musi stać – fanfary – Wielki Stwórca i Architekt. Nie dziwota więc, że wszelkiej maści kreacjoniści powołują się na niego często i gęsto, no bo przecież to Naukowy Autorytet. Na dziesiątą zaś stronę wyużywany jest tzw. argument Hoyle’a, który jednak jest argumentem błędnym. Anglicy są lata świetlne przed nami, mając na to odpowiednie słowo: fallacy. My musimy się chyba zadowolić nazywaniem tego argumentu sofizmatem, bo tym właśnie jest i niczym innym. O co w nim chodzi? Otóż Hoyle wyliczył, że szanse na powstanie życia komórkowego na drodze ewolucji wynoszą jeden do 10⁴⁰⁰⁰⁰. To jedynka i baaardzo dużo zer.

„Szansa na powstanie w ten sposób wyższych form życia,” twierdził Hoyle, „są porównywalne z szansą na to, że tornado przechodząc przez złomowisko złoży do kupy Boeinga 747”.

Ta teza Hoyle jest jednak fałszywa: wynika z fałszywych przesłanek, posługuje się błędną logiką i ma więcej wspólnego z demagogią niż ze statystyką. Niemniej wiem, że tych z Was, którzy święcie wierzą w kreacjonizm, nie przekonam. Czytelników, którzy zaś są ciekawi wyjaśnienia, dlaczego argument Hoyle’a jest sofizmatem, odsyłam do dalszych poszukiwań (dużo szukać nie musicie, sieć jest usłana argumentami i kontrargumentami).

Inną z teorii, które Hoyle uważał za fałszywe, jest teoria Wielkiego Wybuchu. Tezę o tym, że Wszechświat miał początek, uważał za ideologicznie kłopotliwą: rozwinął więc własny pomysł o tym, że Wszechświat istnieje w stanie stacjonarnym. Za chichot historii należy jednak uznać fakt, że to właśnie Hoyle ukuł nazwę teoria Wielkiego Wybuchu! Belg Georges Lemaitre, który jest głównym jej autorem, nazwał ją hipotezą pierwotnego atomu (primeval atom hypothesis). Pomysł ten Lemaitre opisał pod koniec lat 20. XX wieku, a ostatecznie opublikował (po raz kolejny) we wczesnych latach 30. w Nature. Chociaż początkowo za tę tezę wyśmiewany – a nie pomagał w przekonywaniu środowiska naukowego fakt, że Lemaitre był księdzem – publikacja wyników badań Edwina Hubble dowodzących, że Wszechświat się rozszerza, ostatecznie potwierdziła prawdziwość modelu Belga. Sam Einstein, który początkowo był przeciwnikiem pomysłu, miał ostatecznie nazwać go „najpiękniejszym i najbardziej zadawalającym wytłumaczeniem początku Wszechświata, jakie dane mu było usłyszeć.” Ciekawostką jest, że Lemaitre’a oraz Hubble’a ze Svante Arrheniusem łączy rodzaj sławy – obaj fizycy także mają kratery na Księżycu nazwane ich imieniem.

Krajobraz Mgławicy Carina/ Źródło: NASA/ESA/M. Livio, The Hubble Heritage Team & Hubble 20th Anniversary Team (STScI)

Badania teorii Wielkiego Wybuchu są oczywiście obarczone wewnętrzną wadą: dotyczą bowiem wydarzenia, które w historii Wszechświata miało miejsce tylko raz i do tego dawno dawno daaaaawno temu, co oznacza, że ślady pozostałe po nim są znikome. Dodatkowo w badaniach nie pomaga to, że w pierwszych sekundach czy minutach istnienia Wszechświata, zjawiska w nim zachodzące były całkowicie nieintuicyjne – przynajmniej bazując na naszej obecnej wiedzy i rozumieniu praw fizyki. Nie zmienia to jednak faktu, że badacze wciąż szukają metod, które pozwoliłyby im rzucić okiem na ten początek początków. Jedną z takich metod jest badanie mikrofalowego promieniowania tła – zjawiska przewidzianego już ponad 70 lat temu, a badania nad którym także mają już pół wieku. Znacznie bardziej obiecujące jednak byłoby odkrycie i pomiar fal grawitacyjnych. Obecnie działa conajmniej kilka projektów naukowych, których zadaniem jest konstrukcja – a potem oczywiście zastosowanie – detektorów fal grawitacyjnych (do najwcześniejszych należą np. niemiecki projekt GEO600, który rozpoczął się w 1995 roku, a także amerykańskie obserwatorium LIGO, które założone zostało w 1992).

Jedną z najnowszych misji mających badać grawitacyjne promieniowanie tła jest LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Projekt ten wystartował co prawda jako połączone przedsięwzięcie NASA i ESA, ale wygląda na to, że ostatecznie ESA wycofała swoje partnerstwo z powodów finansowych. Niezależnie jednak od tego, kto wyłoży na stół pieniądze, LISA będzie pierwszym detektorem fal grawiatyjnych umieszczonym w przestrzeni kosmicznej, a nie na Ziemi. W skład misji wejdą trzy pojazdy kosmiczne, z których każdy wyposażony będzie w dwa lasery neodymowe.

Lasery neodymowe (Nd:YAG) zostały wynalezione w Laboratoriach Bell w 1964 roku. Od tamtej pory znajdowano coraz to nowe dla nich zastosowania. Dzisiaj, oprócz dość niezwykłej aplikacji w detektorach kosmicznych, stosuje się je w otoczeniach tak różnych, jak laserowe operacje oczu i stomatologia, laserowe naprowadzanie rakiet, aż po produkcję różnych elementów mechanicznych – do cięcia, wiercenia i ogólnej obróbki różnych materiałów. Ważnym elementem laseru neodymowego jest syntetyczny kamień: granat itrowo-aluminiowy. Ciekawostką jest, że neodym może być zastąpiony innymi pierwiastkami dając lasery o nieco tylko innych parametrach. Do tych pierwiastków należą np. iterb (ytterbium) oraz erb (erbium).

Iterb i erb, a także terb, to kolejne trzy pierwiastki, które swoją nazwę zawdzięczają szwedzkiej mieścinie Ytterby. Nie ma prawdopodobnie innego miejsca na Ziemi, które byłoby tak bogato uhonorowane w tablicy Mendelejewa. Erb i terb zostały także odkryte po badaniach próbek ytterbitu (czy raczej gadolinitu) przez kolejnego Szweda Carla Gusafa Mosandera. Spektroskopowo pierwiastek gadolin – nazwany tak na cześć, jak można się domyślić, Johana Gadolina – zaobserwowany został przez Szwajcara Jeana Galissarda de Marignaca. Tlenek gadolinu uzyskany został z kolei przez Francuza Lecoq de Boisbaudrana, notabene z próbek Mosandera. Jednak zrządzeniem losu i natury pozostaje to, że minerał gadolinit, pomimo nazwy, pomimo zbieżności, pomimo historii odkrycia pierwszych związków gadolinu, gadolinu w ogóle nie zawiera. Ani krztyny.