Krótka historia tego, kim i czym jesteś

Zdefiniować „siebie” można na wiele sposobów. Można podać płeć, narodowość, imię, zawód, kolor skóry. Można dorzucić informację o hobby, które dodatkowo zawęzi grono osób, które są „takie, jak ja”. Można też opowiedzieć historię swojego życia, która akurat jest wyjątkowa i, ze wszystkimi szczegółami, opowiada już tylko o Tobie. Ktoś może dodatkowo dorzucić, że „ja” jest tylko w sferze psyche - ktoś inny powie, że tylko tą surową materią jesteśmy, zbiorem tkanek i narządów.

Każdy ma tutaj cząstkę racji. Albo – opisuje nas, skupiając się na jakimś wybranym aspekcie. Ja też to zrobię.

Bez względu na to, czy wolisz psy czy koty, jak zagłosowałeś w ostatnich wyborach, czy kochasz Prousta czy pasjonujesz się Warsaw Shore – jak by nie patrzeć – jesteś po prostu zbiorem atomów. Wyjątkowym, skomplikowanym i potrafiącym myśleć abstrakcyjnie, ale mimo wszystko wciąż zbiorem atomów. I to całkiem sporym – osoba o wadze 70 kg powinna ich w sobie posiadać jakieś (pi razy drzwi) 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Z tego mniej więcej 60% to zwykła woda, czyli atomy tlenu i wodoru sklecone ze sobą. Ale oprócz nich masz też w sobie na przykład węgiel, który stanowi mniej więcej 18% Twojego ciała. I to dobrze, bo z jego udziałem budowane są komórki, białka, tłuszcze i węglowodany. Jakieś 3% to azot, który też jest spoko, bo bez niego nie byłoby na przykład różnych „in” nadających życiu smak – adrenaliny, dopaminy czy serotoniny. Podziękujmy też fosforowi, który składa się na nieco więcej niż 1% naszych ciał, a który odpowiada za bardzo wiele funkcji – na przykład jako istotny składnik ATP – adenozynotrójfosforanu, który zajmuje się roznoszeniem energii. Nie zapomnijmy też o atomach wapnia, bez których nasze ciała zmieniłyby się w gumowatą masę rozlaną na podłodze; czy żelaza, które pomagają w transportowaniu tlenu po całym ciele i barwią przy okazji krew na piękny, czerwony kolor.

Ogólnie wśród tej całej wesołej zbieraniny 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000 atomów znajduje się mniej więcej 60 różnych pierwiastków, w tym tak egzotyczne jak tytan, rtęć, złoto czy uran, który dostaje się do organizmu z pożywieniem, które rosło sobie na glebie z naturalnie występującą tam śladową ilością tego pierwiastka (ponoć przeciętnie człowiek spożywa do 2 mikrogramów uranu dziennie, ale z tego mniej więcej jakieś 1-2% zostaje na nieco dłużej w organizmie, a reszta od razu przelatuje i wypada tyłem). Te „egzotyczne” pierwiastki to oczywiście bardziej wynik zanieczyszczenia organizmu, bo nie są one nam do niczego potrzebne, a nawet mogą szkodzić (jak rtęć). No, ale czy tego chcemy czy nie, parę takich atomów się w naszym wnętrzu znajdzie.

Niestety te pierwiastki, których mamy najwięcej, są akurat mało wartościowe. Te najcenniejsze z kolei występują w tak śladowych ilościach, że na próżno by ich z lupą szukać (bardziej – z mikroskopem). Przy zbieraniu materiałów spotkałem się z różnymi wyliczeniami – jedni szacowali łączną wartość atomów w ludzkim ciele na mniej więcej dolara. Ale to wydaje się być sporym niedoszacowaniem, bo na przykład samych atomów wapnia mamy w ciele jakiś kilogram, a cena czystego wapnia wydaje się sięgać około 200 dolarów/kg. Wyliczenie, które wydaje mi się najsensowniejsze, oszacowało ogólną wartość pierwiastków w ciele przeciętnego człowieka na 1985 dolarów i 77 centów (lepiej więc dać się pokroić – sama działająca nerka może być warta nawet kilkaset tysięcy dolarów). No cóż, ilekolwiek by to w rzeczywistości nie było, czy ten dolar czy ich prawie dwa tysiące – wychodzi na to, że niezbyt wiele, no ale na pewno macie bogate wnętrze.

Dobra, mniejsza już o to - bo tak naprawdę to nie jest ważne, ile te pierwiastki są warte (bo i co nam z tego, skoro na złocie z włosów się nie dorobisz, a z uranu nie zbudujesz żadnego ustrojstwa godnego międzynarodowego szantażu), tylko skąd się w nas wzięły w pierwszej kolejności.

To oczywiście proste – „jesteś tym, co jesz”. W zależności od tego, czy jesteś wege (poinformuj nas co studiujesz w komentarzu) czy nie (ty nie musisz, wiadomo, że jesteś barbarzyńcą), to po prostu głównie pobierasz te atomy bezpośrednio z roślinek lub zwierzątek, które zaoszczędziły Ci czasu i zniesmaczenia i już te atomy pobrały z nich za Ciebie. I to wszystko jest fajne (no, może nie dla owych zwierzątek), ale nie odpowiada tak właściwie na pytanie „skąd one, te atomy, są?”, tylko przesuwa granicę odpowiedzi nieco dalej. No bo skąd te atomy znalazły się w roślinkach w pierwszej kolejności?


Odpowiedź jest znowu banalnie prosta – pobrały je z gleby, wody lub z powietrza. Węgiel na przykład ciągną w dużej mierze z atmosfery, „wdychając” dwutlenek węgla a „wydychając” czysty, zdrowy tlen. Z gleby również wyciskają węgiel, a oprócz niego także azot, siarkę, fosfor i całą masę innych atomów. I znowu wszystko ładnie, pięknie i zrozumiale (w końcu tego uczą w podstawówce, autorze!) – ale znów okazuje się, że tylko przesuwamy granicę odpowiedzi. Bo skąd w takim razie wzięło się to wszystko w glebie zanim skończyło w roślinkach, zwierzętach i w końcu w nas samych?

To już produkt długiego cyklu obiegu materii w przyrodzie. Roślinka ciągnie atomy z gleby, wykorzystuje do swojego rozwoju, przerzuca z jednego związku chemicznego w drugi, magazynuje lub wydala. Kiedy roślinka padnie – jej szczątki rozkładają się i atomy wracają do gleby skąd kiedyś, gdzieś, znowu pobierze je jakaś nowa roślinka, grzybek czy robaczek i cała zabawa zacznie się od nowa. Ten cykl można nieco rozszerzyć o detale – taką roślinkę może zjeść na przykład prażubr, przyswoić atomy, wykorzystać do budowy swojego organizmu albo wyzwolić w postaci gorącej, brązowej, przetrawionej masy roślinnej o intensywnym zapachu – w ten sposób ponownie zwracając je do gleby i pozwalając, by z czasem znów zagościły w jakiejś roślince (do dziś zresztą wielu rolników i ogrodników rozrzuca na polach najbardziej naturalny nawóz, jaki może być – rozwodnione krowie placki). Ta zasada oczywiście odnosi się i do ludzi – więc istnieje pewne prawdopodobieństwo, że te atomy, które właśnie dziś rano przyswoiliście i które teraz budują Was samych – kiedyś znajdowały się w czyjejś kupie. Na szczęście jest też pewne (znikome, ale jednak) prawdopodobieństwo, że skoro tak, to można liczyć na to, że mogła ona pochodzić od na przykład Bolesława Chrobrego lub samego Kazimierza Wielkiego – w końcu w życiu trzeba mierzyć wysoko.

Cykl ten trwa na Ziemi od setek milionów lat. To wystarczająco wiele czasu, by poszczególne atomy intensywnie sobie wędrowały od jednej formy życia do drugiej. Gleba – paprotka – gleba – sosenka – gleba – trawa – wegezaur – mięsozaur – gleba – trawa – mamut – człowiek – tygrys szablozębny - gleba i tak w kole Macieja, jak by powiedział Swetru.


Ale wciąż do odpowiedzi zbliżamy się niczym komisja Antoniego – przy kroku naprzód wciąż jesteśmy o krok od niej. Bo skoro rośliny pobierają je z między innymi gleby w wyniku tego wielkiego obiegu materii w przyrodzie – to oznacza, że zanim jeszcze pojawiły się rośliny i zwierzęta, a cała planeta była po prostu skałą i oceanami, te wszystkie atomy czekały sobie spokojnie w jej skorupie lub morzach.

Tylko skąd TAM się wzięły?

Wiemy, że Ziemię stworzył Bóg w sześ… planety formują się tak samo naturalnie, jak stos niepozmywanych naczyń. Zostawisz kuchnię bez nadzoru i nagle puff! Kubek, miska, patelnia, dwa talerze, nawet się nie najesz, a już znienacka mamy STOS. Z planetami bywa podobnie. Cały kosmos usiany jest międzygwiezdną materią głównie wodoru zmieszanego z rozmaitymi innymi pierwiastkami rozrzuconymi po Wszechświecie.


Czasem zdarzy się, że w niektórych miejscach takie obłoki materii staną się nieco gęstsze niż gdzieś indziej. A skoro tak, to ten gęstszy fragment posiada nieco większą masę niż przestrzeń wokół niego. A skoro tak, to i jego siła przyciągania jest większa. Więc przyciąga więcej materii, zatem zwiększa masę, co prowadzi do zwiększenia siły przyciągania, w rezultacie przynosząc jeszcze większy przyrost masy… Z czasem w środku tego gęstniejącego obłoku materii uformuje się coś na kształt kuli, a ciśnienie panujące w jej centralnej części będzie coraz większe. Z kolei gdy ciśnienie rośnie, rośnie też temperatura. Kiedy osiągnie już jakieś 10 milionów Kelwinów (czyli od pyty stopni Celsjusza, bo jakieś 9 999 727) – temperatura i gęstość w środku będą już na tyle duże, że jądra atomów wodoru zaczną zderzać się ze sobą, zamieniając się ostatecznie w jądra helu i, zupełnie przy okazji, wyzwalając gigantyczną ilość energii. Młodziutka gwiazda odpali swoją reakcję termonuklearną – zacznie świecić i przemieniać cały ten swój potężny zbiornik zagarniętego wodoru w hel. Dzięki temu też się ustabilizuje – bo energia produkowana w wyniku reakcji równoważy siłę grawitacji, która zmuszała ją do „zgniatania się” coraz bardziej. Ale to nie koniec – bo ten gęstniejący obłok materii zaczynał wirować, a gdy obiekt wiruje – siła odśrodkowa zaczyna rozciągać go dodatkowo na boki, najsilniej w rejonie najszybszej prędkości rotacji (czyli jak u Ziemi – na równiku) – wokół tej rodzącej się gwiazdy zaczyna więc tworzyć się dysk materii gazowo-pyłowej wirujący razem z nią. Materia w nim się znajdująca zaczyna się powoli ze sobą zderzać. Małe drobinki pyłu zbijają się w większe grudki. Te z kolei zlepiają się (i rozpadają, zależy jak konkretnie się trzasną) i tworzą coraz większe i większe bryły. Dajmy teraz tej wirującej chmurze grudek jakieś kilkanaście milionów lat – a otrzymamy serię mniejszych i większych planet krążących wokół własnej gwiazdy na jednej płaszczyźnie i w jednym kierunku, tak samo jak krążył ten pierwotny dysk materii, gdy gwiazda dopiero się rodziła.


A gdy już ta gwiazda odpowiednio zapłonie – „wiatr” uciekających z niej cząstek „wywieje” z czasem resztki tego gazu i pyłu, zostawiając nas z naszym znanym nam układem planetarnym. I tutaj po raz pierwszy (upraszczając, bo pomijam materię kosmiczną, której tony spadają na Ziemię każdego roku) uciekamy poza Ziemię. To nie żart – atomy, które masz w sobie, latały kiedyś po kosmosie, krążąc w dysku gazów i pyłów dookoła rodzącego się Słońca.

Ale nawet to, czyli jak dla mnie już obłędnie kosmiczna myśl, nie jest jeszcze najlepszą częścią tej historii (że co? Będą cycki!? Nie? To co tu nadzieję robisz?). No bo znów zrobiliśmy jeden krok wstecz, ale nie doszliśmy do odpowiedzi „NO ALE SKĄD SIĘ ONE TAM WZIĘŁY?”. Bo to, że latały sobie te atomy w materii międzygwiezdnej jest spoko, ale przecież jakoś musiały tam trafić.

Tuż po tym „czymś”, co nazywamy Wielkim Wybuchem, nie było żadnych atomów, jakie znamy dziś. Energia, jakieś cząstki o dziwnych nazwach, ale zero (lub prawie praktycznie zero) węgla, tlenu, lub żelaza. Pierwotny Wszechświat to zupa wodoru z delikatną domieszką helu. Grawitacja istniała, więc zadziałał tutaj ten sam schemat jak w przypadku naszego Słońca – gdzieniegdzie zaczęły nieśmiało pojawiać się zagęszczenia, one z kolei zapadały się w kule i tworzyły świecące gwiazdy. Gwiazdy – które tak właściwie są… fabryką pierwiastków. „Spalają” wodór, łącząc go w hel. Ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby iść dalej i zamieniać ten hel w kolejne pierwiastki. Tylko problem w tym, że tak jak zamiana wodoru w hel daje gigantyczną ilość energii (jeśli uda się nam odpalić eksperymentalny reaktor termonuklearny, który jest właśnie budowany we Francji, a który ma działać na tej samej zasadzie co gwiazdy, to za pomocą zaledwie paru gram wodoru takie urządzenie będzie w stanie produkować dużo więcej energii niż reaktor oparty na rozpadzie uranu), tak łączenie cięższych wymaga nieco innych warunków i daje nieco inne efekty. Gwiazdy, które są małe, nie mają wystarczającej masy (a w związku z tym siły grawitacji), by zmusić na przykład takie wyprodukowane przez siebie atomy węgla czy tlenu do tworzenia jeszcze cięższych pierwiastków. One, gdy im się wypali w końcu wodorowe paliwo, którym napędzały swoją reakcję – spektakularnie odrzucą zewnętrzne warstwy, a jądro ekshibicjonistycznie wystawią na widok publiczny do wystygnięcia (które może tak właściwie nigdy nie nadejść, bo takie rozgrzane do białości gigantyczne bryły raczej szybko nie stygną).

Zła wiadomość – Słońce czeka ten sam los. Dobra wiadomość – nam będzie to już totalnie wisieć. Zła wiadomość – nasi potomkowie jednak mogą mieć przechlapane, zakładając, że dotrwają do tego czasu. Dobra wiadomość – wydarzy się to za tyle lat, że może technologia będzie w stanie temu zapobiec. Jeszcze lepsza wiadomość – kończymy tę wyliczankę i lecimy dalej z artykułem.

Większe gwiazdy mają natomiast nieco więcej werwy – jako że są większe, to i naprodukują więcej tego węgla i tlenu – wystarczająco dużo, aby to wewnętrzne jądro węglowo-tlenowe zaczęło się pod wpływem własnej masy znowu zapadać – a skoro tak, to we wnętrzu tego jądra znów wzrośnie gęstość, ciśnienie i temperatura, co sprawi, że możliwa zacznie się nowa reakcja – tym razem łączenia się węgla i tlenu w kolejne, nieco cięższe i bardziej skomplikowane pierwiastki. Taka reakcja znowu zacznie produkować energię rozpychającą to jądro od środka, więc znowu, na jakiś czas, zapadanie się zostanie zrównoważone i zahamowane. W ten sposób na świat przyjdą pierwsze we Wszechświecie atomy na przykład neonu, azotu czy fluoru. I wszystko dalej jakoś się będzie kręcić do pewnego momentu - do czasu, gdy na scenie pojawi się żelazo, bo z nim już nie ma żartów. Produkowane żelazo znowu zacznie odkładać się w jądrze, tworząc najgłębszą warstwę, i nie będzie wdawać się w żadną reakcję. Gdy takie żelazne jądro będzie się z czasem powiększać wraz z liczbą produkowanych atomów – znowu zacznie się zapadać do momentu, gdy warunki w nim panujące nie zaczną zmuszać żelaza do łączenia się w kolejne, cięższe pierwiastki. I tu następuje katastrofa – bo tak jak lżejsze pierwiastki łącząc się ze sobą wydzielały energię powstrzymującą dalsze zapadanie się jądra – tak łączące się żelazo już tej energii nie produkuje – a nawet gorzej – pobiera ją. Żelazne jądro zaczyna się zapadać, a nie ma już żadnej reakcji w jego wnętrzu, które to zapadanie byłoby w stanie zrównoważyć i powstrzymać. Momentalnie tworzą się ciężkie pierwiastki, ale koniec jest blisko – jądro zapada się, ostatecznie formując (w zależności od masy) gwiazdę neutronową albo czarną dziurę, jednocześnie wyzwalając w swych konwulsjach gigantyczną porcję energii. We Wszechświecie rozbłyskuje supernowa.


Gwiazda umiera, ale spora część jej materii zostaje rozrzucona po kosmosie, w tym także te wszystkie wyprodukowane cięższe atomy jak tlen, węgiel, żelazo, uran, złoto czy srebro. Dołączają one do tej całej materii międzygwiezdnej, obłoków pierwotnego wciąż wodoru i helu i wzbogacają je o nowe atomy, których wcześniej nie było, a zostały wyprodukowane po raz pierwszy dopiero w bebechach tych masywnych gwiazd.

I tu właśnie dochodzimy do sedna artykułu (a przynajmniej ci, którzy dotrwali do tego momentu). Atomy są, jak na skalę naszego Wszechświata, praktycznie mówiąc - wieczne. Te niestabilne się rozpadają i przemieniają w inne, ale te stabilne trwają w swojej formie przez całe epoki. Czasem złączą się z jakimś innym, czasem z nim rozdzielą – ale trwają. To, z czego składają się nasze ciała – te cegiełki atomami zwane – znalazły się w nas po trwającej wiele miliardów lat wędrówce poprzez czas i przestrzeń od okresu tuż po Wielkim Wybuchu, przez gwiezdne fabryki i supernowe, obłoki gazowo-pyłowe, dyski protoplanetarne i Wielki Ziemski Cykl Życia i Śmierci (OK, tak właściwie to taką gwiezdną historię mają wszystkie cięższe od wodoru pierwiastki na świecie, więc te w biurku, oponie czy sedesie również, no ale nie psujmy klimatu). Naiwnością jest twierdzenie, że w nas rozpoczęły swoją przygodę, tak samo jak naiwnością, że na nas zakończą.

Jeśli zostaniemy pochowani w tradycyjny sposób, to na pewien czas zatrzymamy ich wędrówkę. Nasze dusze będą słuchać chórów anielskich/rozkoszować się dziewicami/reinkarnować/mieszkać w Hadesie/robić coś jeszcze innego (w zależności od wyznania), ciała zaś się najprawdopodobniej rozpadną, a gdy rozpadnie się i trumna – nasze atomy znów wrócą do ziemi. I nie wiadomo, gdzie trafią dalej – może tymczasowo znajdą się w jakimś rozłożystym dębie, a może w smogu unoszącym się nad autostradą. W każdym razie to już nie będzie nasza opowieść.

Uwaga: artykuł nie miał na celu być szczegółowym opracowaniem naukowym. Pewne, uznane za dopuszczalne i uzasadnione, uproszczenia i pominięcia miały, co chyba zrozumiałe, miejsce. Jeśli ktoś poczuł się urażony, że nie wspomniałem o jakimś superważnym elemencie, na przykład o pozytronach czy czymkolwiek innym, to będzie mi miło, jeśli w przyjazny sposób uzupełni tę opowieść w komentarzu.