Kako su nastajali hemijski elementi, od alhemije do CERN-a: Zlatna prašina sa zvezda
Previše sam volela zvezdano nebo
Da bih se plašila tamne strane.
(„Stari astronom“, Sara Vilijams)
Pre dve nedelje mnogi svetski mediji preneli su vest kojoj je zajednički imenitelj bio bombastičan naslov „Ispunjen san alhemičara, naučnici iz CERN-a pretvorili olovo u zlato“. Doduše, već na početku vesti bi stajalo i „... ali samo na delić sekunde“.
 |
| CERN, Mejrin, Švajcarska, 2004. |
Kako je, zapravo, proizvedeno zlato u CERN-u? Korišćenjem najveće mašine na svetu, akceleratora čestica čije je zvanično ime „veliki sudarač hadrona“ (LHC). CERN-ov akcelerator predstavlja jedan gigantski kružni torus čiji obim iznosi 27 kilometara, oko koga se nalaze super-provodljivi magneti ohlađeni takoreći do apsolutne nule koji služe da kontrolišu brzinu i putanju čestica u torusu.
Akcelerator obično ubrzava dva snopa jonizovanih atomskih jezgara u suprotnim smerovima do brzine koja je tek nešto manja od brzine svetlosti. Kada je potrebna brzina, samim tim i energija ubrzavanih čestica dovedena do potrebnog nivoa, putanje snopova se ukrštaju kako bi se izazvali čeoni sudari čestica koje se kreću u suprotnom pravcu. Tokom sudara proizvodi se masa novih čestica čije se karakteristike pažljivo prate komplikovanim detektorima pomoću kojih je moguće odrediti o kakvom tipu čestica se radi, kolika je njihova masa, naelektrisanje ili životni vek.
 |
| Veliki sudarač hadrona (LHC) u CERN-u, 2015. |
Sudari u akceleratoru
Sve ovo liči na eksperiment u kome biste čeono sudarili dva automobila kako biste, analizirajući krš koji ste kreirali tom prilikom, utvrdili od čega je auto zapravo napravljen. Na osnovu delova koje je sudar razbacao utvrdićete da auto ima „četiri metra lima i pet meteri dima“, akumulator, svećice, zupčanike, kočnice, klipove, a na ovim prostorima i „jelkicu“ okačenu za retrovizor koja ne miriše već pet godina, krstaču sa ikonom Svetog Nikole ispod koje piše „S Bogom u saobraćaju“, flašicu svete vodice i razglasni sistem koji je preskup i za „Pink flojd“, a podešen je na najgoru turbo-narodnjačku radio-stanicu u kosmosu, pa i šire.
U akceleratoru ogromna većina sudara ne proizvede ama baš ništa interesantno, ali s vremena na vreme desi se nešto vredno daljeg izučavanja, čak i epohalno. Tako je, uostalom, otkriven i famozni Higsov bozon, kod laika poznat i po (apokrifnom) nazivu „Božija čestica“, bez koje nije moguće objasniti zašto stvari oko nas imaju masu.
 |
| Detektor "ALICE" u LHC-u, CERN |
Svaki sudar u CERN-u registruje se u jednom od dva specijalizovana detektora, „ALICE“ i „CMS“. Ovi instrumenti nisu identični niti funkcionišu na potpuno isti način, ali su napravljeni tako da se skoro svako otkriće u jednom od njih može verifikovati u drugom. Ipak, svaki od njih specijalizovan je i za određene eksperimente za koje je drugi detektor manje pogodan.
Tako, recimo, „Alisa“ može da detektuje sudare masivnih atomskih jezgara u kojima je količina proizvedenih „automobilskih delova“ ogromna. Energije su toliko velike da je moguće „smrviti“ materiju do nivoa „kvark-gluonske plazme“, egzotičnog stanja materije koje je postojalo tek milioniti deo sekunde nakon „Velikog praska“. U ovom stanju protoni i neutroni razbijeni su na svoje sastavne delove (kvarkove) koji deluju jedni na druge razmenjujući gluone.
 |
| Prvi snimci sudara u LHC-u |
Hemijski elementi i njihov „atomski broj“
Da bismo objasnili kako je u CERN-u proizvedeno zlato, moramo da se prisetimo nekih bazičnih stvar iz domena fizike i hemije (i tako spasemo ovo znanje od zaborava pošto škole ne rade, a kad će – ne znamo). Atomi su, kao što su nas davno učili u vreme kad se još uvek išlo u škole, sastavljeni od jezgra u kome su pozitivno naelektrisani protoni izmešani sa električno neutralnim neutronima. Daleko od atomskog jezgra (toliko daleko da je materija koja nas okružuje, zapravo, jedno veliko „ništa“ tek tu i tamo „posuto“ nekom česticom) nalaze se negativno naelektrisani elektroni.
Pošto elektron i proton imaju identično naelektrisanje suprotnog znaka a broj elektrona i protona je jednak, atom je, kada ga gledamo kao celinu, električno neutralna tvorevina. Broj neutrona može da varira tako da svaki hemijski element može da ima više „izotopa“, varijanti sa istim brojem protona ali različitim brojem neutrona. Izotopi jednog te istog elementa, po pravilu, imaju skoro identična hemijska svojstva, pošto su ona definisana pre svega svojstvima oblaka elektrona koji okružuju atomsko jezgro.
 |
| Model atoma |
Broj protona u jezgru, tzv. „atomski broj“, definiše o kom hemijskom elementu se radi. Atom vodonika u jezgru ima jedan proton, atom ugljenika šest, atom gvožđa 26, atom žive 80, a atom urana 92. Dodajte samo jedan proton u atomsko jezgro i dobićete potpuno novi element: ugljenik će postati azot, gvožđe će preći u kobalt, od žive nastaje talijum (ako ne znate ništa o talijumu, pogledajte odličan film „Dnevnik Janga, trovača“), a od urana neptunijum.
Da li je ove „transmutacije“, pretvaranje jednog elementa u drugi, lako izvesti? Neke od njih se odvijaju spontano. Pojedine kombinacije protona i neutrona su nestabilne i spontano se transformišu u „nešto drugo“.
Tako je, na primer, atom ugljenika sa 6 protona i 6 neutrona stabilan. Ali onaj sa 6 protona i 8 neutrona, označen sa C14, je nestabilan: jedan neutron spontano će se pretvoriti u proton a jezgro će izbaciti jedan elektron, tako da ukupna količina naelektrisanja ostane sačuvana. Od atoma ugljenika nastaje atom azota uz emisiju elektrona. U ovom klasičnom primeru tzv. beta-raspada potrebno je 5.730 godina da se polovina C14 atoma pretvori u azot (ovaj podatak ima ogroman značaj kada se procenjuje starost fosilnih ostatka praistorijskog živog sveta).
Sa druge strane, uzmite atom urana sa 92 protona i 146 neutrona (tzv. U238). Kod njega vreme poluraspada iznosi fantastičnih 4,5 milijardi godina. Tokom tog perioda atom U238 ima 50% šanse da transmutira u torijum tako što će iz sebe izbaciti jezgro helijuma sa dva protona i dva neutrona (tzv. alfa-raspad). Ova činjenica omogućava nam da procenimo starost najdugovečnijih stena i samim tim utvrdimo približnu starost Zemlje kao planete.
Oba opisana procesa predstavljaju jedinstvenu pojavu koju jednostavno označavamo kao „radioaktivnost“. Ako priroda već ume da jedan element pretvori u drugi, zašto to ne bismo mogli i mi da izvedemo na veštački način – dovoljno je da u jezgro ubacimo ili iz njega izbacimo poneki proton i tako dobijemo potpuno novi hemijski element, zar ne?
 |
| Proces fisije |
Problem je u tome što je jako teško ugurati proton u atomsko jezgro: treba prevladati ogromnu silu odbijanja koja postoji između pozitivno naelektrisanog jezgra i pozitivnog protona. Još je teže izbaciti proton iz jezgra: kada se jednom nađe u njemu, on je zarobljen dejstvom najjače sile u prirodi (jake nuklearne sile) i da bi se ona prevladala neophodne su još veće energije.
Umesto toga, „nešto novo“ može se dobiti i ubacivanjem neutrona u jezgro: neutron je električno neutralan i nema problem da se približi jezgru koliko god treba. Kada povećate broj neutrona u jezgru, to jezgro može da postane nestabilno, da se raspadne na dva manja (kao kod atomske fisije), ili da se kroz niz sukcesivnih alfa i beta-raspada transformiše u neki drugi hemijski element.
Pretvaranje olova u zlato
 |
| Pretvaranje olova u zlato unutar LHC-a |
Ok, dosta škole, i ovo je bilo previše, sad smo spremni da objasnimo kako su u CERN-u naučnici olovo pretvorili u zlato. Jednostavno, tako što su ukrstili dva ekstremno ubrzana snopa olovnih jezgara i posmatrali šta će se desiti prilikom njihovog sudara. Kada je sudar čeon, nastaje vatromet elementarnih čestica, ogromna količina sitnog „krša i loma“, baš kao kad slupate dva ferarija pri maksimalnoj brzini.
Ali, ponekad dva jezgra olova prođu vrlo blizu jedan drugog a da do direktnog sudara ne dođe. Iako atomska jezgra često zamišljamo kao loptice nalik na šarenu malinu, pod dejstvom jakog magnetnog polja u LHC-u ova jezgra poprimaju oblik spljoštenog valjka. Kada se dva ovakva valjka mimoiđu svojim krajevima na jako malom rastojanju, dolazi do elektromagnetne reakcije praćene emisijom fotona. Kada foton pogodi jedno od jezgara, ono postaje nestabilno što dovodi do spontane emisije nekoliko protona i neutrona (na sličan način bi vam Majk Tajson jednim usputnim krošeom izbio tri zuba iz glave).
Ako pogledate Mendeljejevljev periodni sistem elemenata, onaj koji vam je nekad visio na zidu tinejdžerske sobe (sećate se, ona velika tabela, odmah pored postera Mileta Kitića), videćete da olovo ima 82 protona. Tri mesta levo od olova nalazi se kućica sa hemijskim elementom koji ima tri protona manje od olova (79) ispod koga piše – zlato!
Iako je zlato i ranije bilo proizvođeno u nuklearnim reaktorima, ovo je prvi put da je njegovo stvaranje registrovano u situacijama koje bi se opisale kao „bliski susret, ali bez sudara“. Pojava je vrlo retka, na nekoliko desetina hiljada čeonih sudara desi se tek jedan ovakav, „usputni“, koji dovodi do stvaranja atoma zlata Au197. Merenja izvedena specijalnim kalorimetrom pokazala su da tokom jedne sekunde svog rada LHC može da proizvede 89.000 atoma zlata, uz znatno veću količinu atoma žive i talijuma.
 |
| Zlatna poluga |
Šta se sa svim ovim „silnim“ zlatom dalje dešava? Generisana zlatna jezgra imaju tako visoku energiju da magneti koji okružuju torus akceleratora ne mogu da ih drže pod kontrolom: za manje od mikrosekunde, jezgro zlata udariće u zid akceleratora. Ali na zidu akceleratora neće ostati nikakva „pozlata”: jezgro zlata će se raspasti u paramparčad, na protone i neutrone, kao da zlata nikad nije ni bilo.
Proračuni pokazuju da je LHC, od kada je po drugi put pušten u rad pa do sada, generisao 86.000.000.000 atoma zlata. Kako snaga LHC-a bude dostizala planirani maksimum, i „proizvodnja“ zlata će se nešto povećati, ali će celokupna produkcija biti više nego skromna. Procenite sami: da biste sakupili samo jedan gram, potrebno vam je oko 3.000.000.000.000.000.000.000 atoma zlata.
Kada biste celokupnu dosadašnju proizvodnju pomnožili sa hiljadu, kada biste nekako uspeli da svo to zlato skupite na gomilu, i dalje biste imali jedva milijarditi deo jednog grama zlata, što je nedovoljno čak i za verenički prsten koji bi razmenile dve bubamare. Ili, kako to duhovito reče Ričard Kari, novinar portala „The Register“, cela ta gomilica zlata lakša je od „težine prdeža u vakuumu“.
 |
| LHC |
Kada se na to dodaju kolosalni troškovi (LHC tokom rada troši 120 megavata električne energije, dovoljno za grad od 100.000 stanovnika), ispašće da je ovakav način proizvodnje zlata najskuplji od svih mogućih i da je više u pitanju naučni kuriozitet i potreba LHC-a da svoju skupu eksploataciju opravda vestima koje su dovoljno interesantne da zaintrigiraju maštu prosečnog poreskog obveznika.
Kako funkcionišu zvezde
Ok, zaključili smo da je veštačka proizvodnja zlata moguća, ali i da je ekonomski potpuno neisplativa. Svo zlato u kosmosu nastalo je prirodnim putem, ali kako? Odakle su stigle te silne zlatne poluge, „tozla tebra“, burme, minđuše i ostali nakit, odakle su stigli ostali elementi bez kojih nema života kao što su ugljenik, kiseonik, azot, fosfor, gvožđe? U prirodi danas srećemo mnoštvo drugih elemenata, zaključno sa uranom koji je u periodnom sistemu 92. po redu.
Opšteprihvaćena teorija „Velikog praska“ koja objašnjava nastanak kosmosa iz prvobitnog stanja ogromne gustine i temperature, predviđa da je između trećeg i dvadesetog minuta istorije kosmosa (čija se starost danas procenjuje na oko 13,8 milijardi godina) nastalo svega nekoliko hemijskih elemenata: vodonik (75%), helijum (25%), uz zanemarljivo prisustvo litijuma i poneki atom berilijuma ili bora. Nakon dvadeset minuta prvobitne ekspanzije, kosmos se toliko raširio i ohladio da su sve nuklearne reakcije (koje traže velike temperature i gustine) jednostavno prestale.
 |
| Veliki prasak, umetnička vizija |
Rešenje enigme je u zvezdama, u načinu na koju zvezde funkcionišu. Uzmite Sunce u čijem se središtu već 4,6 milijardi godina na temperaturi od oko 15 miliona stepeni odvija fuzija koja konvertuje vodonik u helijum. Masa generisanog helijuma manja je od početne mase vodonika, a ta razlika (oko 4 miliona tona u sekundi) se u skladu sa čuvenom Ajnštajnovom jednačinom E=mc2 pretvara u ogromnu količine energije. Sunce je samoregulišuća mašina: težnji zvezde da kolabira pod dejstvom sopstvene gravitacije suprotstavlja se repulzivna sila koja se održava zahvaljujući konstantnom prilivu energije iz Sunčevog jezgra.
Ali takvo stanje neće trajati večno: u Sunčevom jezgru postepeno se akumulira „helijumski pepeo“ koji ne učestvuje u nuklearnim reakcijama, ali apsorbuje veću količinu generisane toplote od okolnog vodonika. Usled toga, temperatura u jezgru raste, samim tim i intenzitet nuklearne reakcije. To za posledicu ima činjenicu da Sunce svakog dana biva malo veće i malo sjajnije (jer Sunce proizvodi sve više energije).
Međutim, u jednom trenutku sve rezerve vodonika u jezgru biće utrošene, količina generisane energije će opasti i doći će do gravitacionog sažimanja zvezde sve dok jezgro, sada sastavljeno od čistog helijuma, ne postane dovoljno gusto da taj kolaps zaustavi. Energija oslobođena kompresijom Sunca dovodi i do drastičnog povećanja temperature jezgra, tako da započinje fuzija u „ljusci“ vodonika koja okružuje helijumski pepeo u centru.
 |
| Volfgang Pauli |
Količina pepela se i dalje povećava, što opet dovodi do povećanja temperature, nastaje pozitivna povratna sprega koja ne može da traje večno. Sunce biva sve toplije i veće, sve dok kroz otprilike pet milijardi godina ne duplira svoju energetsku produkciju, što će Zemlju pretvoriti u sprženu stenu.
Pritisak u centru Sunca sada je toliko veliki da elektroni iz atoma helijuma formiraju fluid koji se od daljeg kolapsa brani tzv. „degenerativnim pritiskom“. Taj pritisak posledica je Paulijevog principa isključivosti, po kome dva elektrona ne mogu imati isto kvantno stanje. Banalizovano do kraja, elektrone možete nagurati u jako mali prostor, ali postoji maksimalna gustina koju je nemoguće preći. Kažemo da je helijumsko jezgro dostiglo stadijum degenerisane materije.
Kada temperatura u jezgru dostigne fantastičnih 100 miliona stepeni, počinje fuzija helijuma u ugljenik i kiseonik. Proces počinje spektakularnim „helijumskim bljeskom“: u svega nekoliko minuta biće fuzionisano oko 6% raspoloživog helijuma, a tokom tog munjevitog proces biće oslobođena energija koju je Sunce nekad generisalo za 200.000 godina.
Хелијумски бљесак
Sada se u jezgru zvezde gomilaju ugljenik i kiseonik, oko njega je ljuska u kojoj se odvija helijumska fuzija, a iznad nje još jedna ljuska u kojoj se još uvek fuzioniše vodonik. Helijum sagoreva vrlo brzo: fuzija vodonika u jezgru trajaće ukupno oko 10 milijardi godina. Fuzija helijuma neće potrajati ni 100 miliona godina.
Kada rezerve helijuma budu potrošene, Sunce će postati nestabilno, termalno pulsiranje odbaciće spoljašnje slojeve zvezde u kosmički prostor u vidu spektakularnih planetarnih nebula bogatih elementima kojih u ranom kosmosu nije bilo (ugljenik, azot, kiseonik). Od Sunca će ostati samo ogoljeno, usijano jezgro, uglavnom sastavljeno od ugljenika.
 |
| Poređenje zvezde IK Pegasi (levo), njenog pratioca, belog patuljka (u sredini) i Sunca |
Sunce će svoj život završiti kao beli patuljak koji zrači toplotom koja se u njemu zadržala. Biće potrebne hiljade milijardi godina da se taj beli patuljak ohladi do tačke kada će postati potpuno nevidljiv.
Nastanak elemenata
Sunce nije dovoljno veliko da bi nakon utroška helijuma moglo da nastavi sa fuzijom ugljenika u teže elemente. Ali velike zvezde jesu: pritisak i temperatura u njihovom jezgru dovoljno su veliki da se u njima ugljenik dalje fuzioniše u kiseonik, neon i magnezijum.
Kada je zvezda oko deset puta masivnija od Sunca njena unutrašnja struktura počinje da liči na glavicu luka, pri čemu se u svakoj ljusci fuzioniše drugi hemijski element. U centru masivne zvezde taloži se inertno gvožđe, poslednji element koji zvezda može da proizvede fuzijom, a oko tog gvozdenog „klikera“ ređaju se koncentrične ljuske u kojima se redom fuzionišu silicijum, magnezijum, kiseonik, neon, ugljenik, helijum i vodonik. Što je ljuska bliža centru, brzina fuzije je veća a količina proizvedene energije manja. Jezgro od gvožđa prelazi u svoju degenerisanu formu koja se od potpunog kolapsa brani već pomenutim degenerativnim pritiskom elektronskog fluida.
Gvožđe je poslednja tačka i za fuziju i za fisiju. Svi elementi lakši od gvožđa generišu energiju prilikom fuzije, svi elementi teži od gvožđa generišu energiju prilikom fisije. Jedino gvožđe troši energiju i prilikom fisije i fuzije i zato predstavlja poslednji element koji se može generisati nuklearnim reakcijama u unutrašnjosti zvezda, ma kako masivna zvezda bila.
 |
| Unutrašnjost masivne zvezde sa gvožđem u centru |
Kada se ugasi fuziona „peć“, u svim okolnim ljuskama ne postoji više ništa što bi sprečilo kolaps, kompletno urušavanje zvezde. Spoljašnji slojevi propadaju ka gvozdenoj sferi u jezgru izazivajući njeno dodatno zagrevanje. Kada temperatura u središtu dostigne fantastičnih 10 milijardi stepeni, jezgro zvezde veliko kao planeta Mars biće u deliću sekunde sabijeno u loptu prečnika 10-20 kilometara.
 |
| Supernova, umetnička vizija |
Degenerativni pritisak elektrona više ne pomaže, jezgra gvožđa se raspadaju, centar zvezde sada liči na ekstremno gustu „supu“ sastavljenu od relativno slobodnih protona, neutrona i elektrona. Kolaps zvezde podići će temperaturu jezgra do bilion stepeni, a gustinu do tačke kada se protoni i elektroni spajaju u neutrone. U centru zvezde nastaje neutronska kugla koja se od daljeg sabijanja sada brani degenerativnim pritiskom neutrona (baš kao i elektroni, i neutroni se opiru beskonačnom nagomilavanju). Transformacija jezgra u homogenu neutronsku kuglu oslobodiće više energije nego što je zvezda generisala tokom čitavog svog postojanja.
Tokom urušavanja spoljašnjih slojeva masivne zvezde, materija dostiže čak 15% brzine svetlosti. U svega nekoliko sekundi, kinetička energija sve te propadajuće mase dostiže vrednost koja je 50 puta veća od energije koju će Sunce generisati za 10 milijardi godina. Udar te mase o neutronsko jezgro je skoro elastičan, jer je neutronska struktura u centru ekstremno kompaktna i tvrda.
Nastaje razarajući udarni talas koji se nezadrživo širi unazad. Za posmatrača sa strane izgleda kao da je zvezda kompletno razorena eksplozijom iznutra. Ova pojava poznata je kao „supernova“: kada udarni talas dostigne delove zvezde koji su odavno odbačeni ili još uvek nisu stigli do jezgra, oni počinju da zrače u širokom opsegu talasnih dužina pri čemu temperatura dostiže milion stepeni.
 |
| Nebula "Kraba", ostatak supernove iz 1054. godine |
Nekoliko nedelja nakon kolosalne eksplozije, ostaci zvezde i dalje će imati sjaj koji će u potpunosti zaseniti čitavu matičnu galaksiju. U ekstremnim slučajevima još masivnijih zvezda, čak i neutronsko jezgro zvezde kolabira, ovoga puta bez ikakvih kočnica, sve dok ne nastane crna rupa.
Neutronski zahvat
Zvezde su vrhunski alhemičari, ali tokom svog „regularnog“ života mogu da stvore samo određen broj hemijskih elemenata: ugljenik, azot, kiseonik, neon, magnezijum, silicijum, sumpor, argon, kalcijum, titanijum, hrom i gvožđe. Kako su nastali ostali hemijski elementi? Kroz proces poznat kao „neutronski zahvat“: kada ubacite neutron u atomsko jezgro, ono može da ga prihvati ili vrati nazad.
Međutim, ponekad dolazi do već opisanog radioaktivnog raspada kada se menja broj protona u jezgru, samim tim i vrsta hemijskog elementa. Ponekad je proizvod radioaktivnog raspada takođe nestabilan, pa se proces nastavlja sve dok se ne formira stabilno jezgro.
Neutronski zahvat u prirodi je redak jer slobodnih neutrona u prirodi praktično i nema – prepušten sam sebi, van atomskog jezgra, neutron je nestabilan i pretvoriće se u proton u roku od nekoliko minuta. Međutim, tokom eksplozije supernove nastaje obilje slobodnih neutrona koji su u stanju da reaguju sa ostacima umiruće zvezde.
Kada atomsko jezgro pogodi samo jedan neutron, kažemo da je u pitanju „spori zahvat“ (s-proces). Kada atomsko jezgro praktično istovremeno pogodi veći broj neutrona, kažemo da je u pitanju „brzi zahvat“ (r-proces) koji rezultuje egzotičnim atomskim jezgrom sa ogromnim viškom neutrona. Bez obzira da li je u pitanju spori ili brzi zahvat, dobijena jezgra kroz sukcesivni proces radioaktivnog raspada mogu da proizvedu potpuno nove hemijske elemente koji će otplutati u slobodan kosmički prostor.
 |
| S-proces i R-proces kreiranja novih elemenata |
- Elementi kreirani sporim procesom: fluor, natrijum, aluminijum, fosfor, hlor, brom, stroncijum, cirkonijum, molibden, niobijum, kalaj, barijum, olovo...
- Elementi kreirani brzim procesom: kalijum, mangan, kobalt, bakar, cink, galijum, germanijum, arsen, selen, srebro, jod, cezijum, iridijum, platina, zlato, torijum, uranijum...
- Elementi koji se kreiraju kroz oba procesa: nikl, paladijum, kadmijum, volfram, živa, bizmut...
Bilo da su kreirani sporim ili brzim procesom, svi ovi elementi neuporedivo su manje zastupljeni u prirodi od lakših elemenata poput ugljenika, azota, kiseonika ili silicijuma, koji se u ogromnim količinama kreiraju klasičnim fuzionim procesom u masivnijim zvezdama.
Kako nastaje zlato
Da bi se, međutim, kreirao jedan atom zlata, potrebno je da jezgro gvožđa, takoreći simultano, pogodi tačno 141 neutron. Minimalna pauza u prilivu ovih neutrona dovešće do trenutnog raspada nestabilnog jezgra gvožđa, čime se prekida lanac koji vodi do atoma zlata. Zato će čak i u ekstremnim uslovima koji vladaju tokom eksplozije supernove vrlo mali broj atoma gvožđa biti konvertovan u zlato. To objašnjava činjenicu da na Zemlji na svaki gram zlata dolaze dve tone peska.
Zlato u prirodi mogu da proizvedu i neki drugi procesi, kao što je sudar dve neutronske zvezde. Neutronska zvezda je zapravo ono čvrsto jezgro preostalo nakon eksplozije supernove. Iako su neutronske zvezde male (svega 20-25 kilometara u prečniku), njihova masa veća je od ukupne mase Sunca. Gustina neutronske zvezde toliko je velika da bi jedna kafena kašičica napunjena materijalom neutronske zvezde imala težinu od oko milijardu tona.
Da biste utekli sa površine neutronske zvezde potrebno je da dostignete 50% brzine svetlosti. Predmet bačen na površinu neutronske zvezde sa visine od jednog metra u trenutku udara imao bi brzinu od 1.400 km/s. Zato su sudari neutronskih zvezda jednako spektakularni kao i eksplozije supernove, a u izbačenom materijalu nalazi se čitava gama hemijskih elemenata, uključujući i zlato.
 |
| Srce nebule "Kraba" u čijem se centru krije neutronska zvezda |
Treći izvor zlata su magnetari, neutronske zvezde sa izuzetno jakim magnetnim poljem. Ovo polje je toliko snažno da bi vam iščupalo ključeve iz džepa sa rastojanja od pola miliona kilometara. Usled njegovog dejstva površina neutronske zvezde izložena je ogromnim naponima. Kada negde dođe do pukotine nastaje eksplozivno oslobađanje energije i materijala, pravi „stelarni zemljotres“ u kome se oslobodi više energije nego na Suncu za 100.000 godina. Izbačena materija sadrži veću količinu težih hemijskih elemenata, među njima i zlato.
U velikoj priči svemira, neutronske zvezde, magnetari i supernove nisu samo spektakularni završeci. U njihovim fascinantnim eksplozijama iskovani su svi hemijski elementi koji su nedostajali ranom svemiru da bi zatim bili rasuti u kosmički prostor, kako bi milionima godina kasnije od njih bile stvorene nove zvezde, planete, život, pa čak i plemeniti metali koje toliko cenimo.
Zlato u burmi koju ponosno nosite, gvožđe u vašoj krvi i kalcijum u vašim kostima rođeni su u vatrenom srcu umiruće zvezde. Mi smo, bukvalno, sazdani od zvezdane prašine i svako od nas nosi u sebi odjeke drevnih kosmičkih kataklizmi.
U potrazi za „kamenom mudrosti“
CERN-ov eksperiment liči na ostvarenje sna svakog alhemičara: „hrizopeja“ (chrysopoeia), drevni izraz za proces kojim se „običan“ metal, poput gvožđa, bakra, olova ili kalaja transformiše u „plemeniti“ metal, pre svega zlato, platinu ili srebro. Pored ovog, alhemičari su se bavili i drugim ciljevima: da stvore „eliksir života“ koji bi garantovao besmrtnost ili „panaceu“, lek za sve bolesti ovog sveta.
 |
| Alhemijski simbol za kamen mudrosti: svaka figura predstavlja jedan od osnovnih elemenata: zemlju, vatru, vodu i vazduh |
Nastojanje alhemičara da stvore „kamen mudrosti“ poznato je i pod nazivom „Magnum opus“ („Veliki rad“). „Kamen mudrosti“ predstavlja mističnu supstancu u čijem prisustvu svaki metal postaje zlato, iako se taj „kamen“ u alhemičarskim spisima najčešće opisuje kao crvenkasti ili beli prašak. Sa druge strane, „Magnum opus“ podrazumevao je ne samo veštinu u baratanju hemikalijama i sposobnost da se jedna boja materije promeni u drugu, već i kompletnu ličnu i spiritualnu transformaciju.
Drevni alhemičari krenuli su od stare antičke teze da je svet stvoren od četiri elementa (zemlja, vatra, voda i vazduh) kome je kasnije pridodat i peti: eter (neki bi umesto toga rekli „ljubav“, kao u filmu „Peti element“, Luka Besona). Na to su dodali neka svoje elementarne laboratorijske tehnike i terminologiju koja se u tragovima zadržala do današnjeg dana.
Kao što poezija ima svog Homera, alhemija ima svog Hermesa Trismegistusa. Ni za jednog od njih nemamo neoborive dokaze da su zaista postojali. Alhemičar je, skoro sigurno, izmišljen, u istoriji je opisan kao spoj grčkog boga Hermesa i egipatskog boga Tota.
Njemu se pripisuje osnivanje filozofsko-religijskog pravca poznatog kao „hermetizam“, koji u sebi objedinjuje širok spektar ezoteričnih znanja, segmente grčke i egipatske mitologije, gnosticizam, alhemiju, astrologiju i božansku magiju. Hermetizam je tokom istorije imao veliki uticaj na razvoj raznih mističnih tradicija i „tajnih“ učenja, i u velikoj meri je predstavljao inspiraciju za sve kasnije generacije alhemičara.
 |
| Hermes Trismegistus prenosi solarno i lunarno alhemijsko znanje svojim učenicima, priikaz iz 17. veka |
Od značajnijih alhemičara treba pomenuti Džabr Ibn Hajana iz osmog veka, koga su kasnije nazvali „ocem hemije“. Ovaj persijski alhemičar napisao je na stotine radova o kamenu mudrosti i eliksiru života, ali i o nekim praktičnim, vrlo značajnim i korisnim laboratorijskim tehnikama kao što su destilacija, kristalizacija i kondenzacija.
Tu je, zatim, Albertus Magnus, nemački alhemičar i sveštenik iz trinaestog veka. U njegovim radovima, alhemijska učenja isprepletana su s Aristotelovom filozofijom. Bio je jedan je od prvih alhemičara koji se sistemski bavio analizom različitih supstanci detaljno opisujući njihova svojstva. Svojim radom inspirisao je ne samo alhemičare koji su ga nasledili, već i one koji su hemiju kasnije profilisali kao nauku koja se zasniva na eksperimentima i činjenicama.
 |
| Rodžer Bejkon |
Rodžer Bejkon, filozof i pripadnik franjevačkog reda, bio je svestran intelektualac širokih interesovanja iz 13. veka. Poznat i kao „doktor Mirabilis“, poseban značaj pridavao je empirijskom iskustvu i nauci kao veštini opservacije. Iako nije „praktikovao“ alhemiju, verovao je u njene isceliteljske moći i sposobnost da proizvede supstance koje mogu da produže život. Kao i svaki alhemijski zanesenjak i Bejkon je bio opčinjen zlatom, tako da je napisao nekoliko radova na temu kamena mudrosti.
Sličan stav imao je i Paracelzijus, švajcarski alhemičar i lekar iz 16. veka, koji je napravio malu revoluciju u medicini tvrdeći da alhemijske supstance potencijalno imaju veću isceliteljsku moć nego tradicionalno lekovito bilje.
Pomenimo i interesantnu sudbinu Nikolasa Flamela, koji je za života bio običan francuski pisar i prodavac knjiga. Ne postoji nijedan pouzdan dokaz da se Flamel ikada u životu bavio alhemijom, farmacijom ili medicinom. Živeo je tiho u Parizu i umro 1418. ostavljajući naslednicima relativno skromno imanje.
Pod okolnostima koje nikada nisu do kraja razjašnjene, dve stotine godina nakon njegove smrti, proširila se legenda da je Flamel napravio kamen mudrosti tako što se udubio u jednu misterioznu knjigu od 20 stranica koju je kupio za dva florina 1357. godine. Dvadeset godina pokušavao je da pronikne u njen sadržaj, a onda se zaputio u Španiju ne bi li našao nekog ko bi mu pomogao da je dešifruje.
Na putu za Santijago de Kompostelu sreo je jednog jevrejeskog konvertita, mudraca koji mu je objasnio da je reč o „Knjizi Avrama, Jevreja“ u kojoj se nalazi i originalni recept za kamen mudrosti. Koristeći savete koje je dobio, Flamel je konačno uspeo da dešifruje čudesnu knjigu i običan metal pretvori prvo u srebro, a zatim i u zlato.
 |
| Kuća Nikolasa Flamela u Parizu, danas restoran |
Na kraju je napravio i eliksir života, koji je njemu i njegovoj supruzi obezbedio besmrtnost. Flamelova kuća i danas postoji u Parizu, zaštićena je kao najstarija kuća napravljena od kamena, a postoji i ulica koja nosi njegovo ime.
Očevi evropskog porcelana
Jedan od značajnijih alhemičara sa neobičnom životnom pričom bio je Johan Fridrih Betger, koji je svoju karijeru počeo oko 1700. godine kao praktikant u jednoj berlinskoj apoteci. Očaran hemijom i njenim mogućnostima, rešio je da se osami i posveti pravljenju „tinkture“ koja je mogla da služi i kao kamen mudrosti i kao eliksir života.
Pošto je kao (al)hemičar već bio na glasu, njegove aktivnosti nisu dugo mogle da ostanu sakrivene. Pruski kralj Fridrih I, poznat po svom bahatom rasipništvu, rešio je, za svaki slučaj, da Betgeru obezbedi adekvatnu protekciju (čitaj: da ga utamniči dok tinktura ne bude „skuvana“).
 |
| Johan Fridrih Betger |
Betger je nekako uspeo da utekne, ali je u begu uhvaćen i vraćen u Drezden, gde se našao u (ne)milosti kralja Saksonije Avgusta Jakog, poznatog po šupljim džepovima, praznoj kasi i neutoljivoj želji za zlatom. Zaključao je mladog alhemičara u laboratoriju (zapravo tamnicu) i naredio mu da smisli način kako da gvožđe pretvori u zlato i tako sačuva svoju glavu. Ne može se reći da je kralj bio nestrpljiv – bio je svestan da će Betgeru biti potrebne godine da napravi „kamen mudrosti“.
Uslovi u kojima je Betger boravio bili su teški: u vlažnoj i mračnoj zatvorskoj ćeliji često je poboljevao udišući otrovna isparenja svojih nesrećnih eksperimenata, bezuspešno pokušavajući da napravi famoznu tinkturu i povrati svoju slobodu. Četiri godine kasnije, nezadovoljan napretkom, kralj je doveo Erenfrida Čirnhausa, poznatog lokalnog naučnika da nadgleda Betgerov rad.
U početku se Betger držao podalje od Čirnhausa, koji se prevashodno bavio porcelanom pokušavajući da dešifruje tajnu njegove proizvodnje koju su Kinezi čuvali više od dva milenijuma. Kada je Betger shvatio da su svi njegovi pokušaji da napravi zlatnu tinkturu iscrpljeni, okanuo se ćoravog posla i pridružio Čirnhausu, računajući da mu je sada rad na tajni porcelana jedina šansa da sačuva živu glavu.
 |
| Erenfrid fon Čirnhaus |
Tokom 1707. godine kralj im je obezbedio novu laboratoriju, a Čirnhaus i Betger počeli su da beleže prve uspehe. Naredne godine pribavili su naročito kvalitetnu belu glinu (kaolin), koju su pomešali sa alabasterom (vrstom gipsa) i dobili nešto što liči na porcelan. Do ključnog prodora došlo je kada su u smesu dodali kvarcni pesak i „kinesku stenu“ (jednu vrstu minerala vulkanskog porekla). Nakon pečenja smese na 1.300oC, nastao je prvi autentični evropski porcelan.
Iako je umesto zlata dobio tanjire, čajnike i šoljice, kralj je bio zadovoljan. U to vreme porcelan je bio veoma vredan, toliko vredan da su ga nazivali „belim zlatom“. Betger je pušten iz tamnice, a Čirnhaus je dobio bogatu nagradu koja je trebalo da mu bude isplaćena kada proradi prva evropska fabrika porcelana. Međutim, Čirnhaus je iznenada preminuo 1708. godine a Betger nije bio u stanju da proizvodnju pokrene bez njegove pomoći.
 |
| Jedan od prvih primeraka evropskog porcelana |
Godinu dana kasnije, kao spasilac će se pojaviti Melhior Štajnbrik, upravnik Čirnhausove zaostavštine koji je u njegovim papirima pronašao i recept za porcelan. U saradnji sa Betgerom, napravio je male korekcije i osmislio organizaciju potrebnu za masovnu proizvodnju.
Johan Betger je 1709. godine konačno obavestio kralja da je rad na pravljenju porcelana uspešno završen. Za to je nagrađen mestom direktora prve (i još uvek najčuvenije) evropske fabrike porcelana u Majsenu.
Iako su ga kasnije mnogi osporavali tvrdeći da je Čirnhausov doprinos bio mnogo veći i da fabrike ne bi bilo da Štajnbrik nije preuzeo inicijativu, da je Betger od njega na tacni dobio sve (računajući tu i recept i fabriku), Betgerov doprinos istoriji evropskog porcelana ne može se potceniti. Bavljenje alhemijom ponekad je donosilo i neočekivane plodove.
 |
| Fabrika porcelana u Majsenu |
Njutn i alhemija
Najčuvenijeg alhemičara ostavili smo za kraj. Mnogi, naime, ne znaju za činjenicu da je Isak Njutn, verovatno najveći um u istoriji nauke, veliki deo života posvetio alhemiji. Poznat po svojoj univerzalnoj teoriji gravitacije, radovima iz oblasti matematike i optike, često se zaboravlja da je Njutn imao brojna druga interesovanja koja se tek marginalno dodiruju s naukom.
 |
| Požar u Njutnovoj laboratoriji, gravira iz 1874. |
Od deset miliona reči koliko je Njutn zapisao i sačuvao, skoro milion se odnosi na alhemiju. Tog „pisanija“ verovatno bi bilo još više da, tokom jednog od eksperimenata, nije došlo do požara u njegovoj laboratoriji koji je progutao najveći deo njegovih alhemijskih spisa (Njutn je krivicu svalio na svog psa koji je preturio sveću, ali je cela priča po svojoj prilici izmišljena).
Njutn se, s kraćim prekidima, bavio alhemijom preko 40 godina ali je malo toga publikovao, pre svega zato što je bio perfekcionista. Postoje, recimo, jasne indicije da je Njutn utvrdio temelje diferencijalnog računa i matematičke analize još 1666. godine, ali da je finalni rad publikovao tek 1704. godine, u vreme kada je Lajbnic došao do istih rezultata. To je dovelo do međusobne svađe oko toga ko je napravio najveći iskorak u matematici još od vremena Arhimeda (Iako je Njutn optužio Lajbnica da je plagirao njegove neobjavljene radove, današnja nauka ima stav da su oba naučnika stigla do istog rezultata nezavisno jedan od drugog).
Sa druge strane, Njutn je imao strah da bi rezultati njegovih istraživanja u pogrešnim rukama mogli da proizvedu mnoga zla. Zbog toga je pisao retko, a i kad je to radio izražavao se u simbolima, crtežima i šiframa, sa malo jasnih, razumljivih rečenica.
 |
| Portret Isaka Njutna, Godfri Neler, 1689. |
Na kraju, nije mu na ruku išla ni politička atmosfera tog doba. Engleski vlastodršci i bogataši nisu blagonaklono gledali na alhemičare: postojao je strah da bi „kamen mudrosti“ mogao da proizvede tolike količine zlata da bi njegova vrednost bila potpuno obesmišljena. Postojao je čak i zakon koji je strogo zabranjivao „umnožavanje zlata“, a nije bio redak slučaj da uporni alhemičar na kraju završi na lomači, simbolično vezan za pozlaćeni stub.
Njutnovo koketiranje sa alhemijom nije se baziralo ni na kakvim principima hemije kao moderne nauke. Jednostavno, za to je bilo prerano: tek nekoliko decenija nakon Njutnove smrti Lavoazije će uzdići hemiju na nivo ostalih prirodnih nauka.
Njutnov savremenik bio je Robert Bojl koji je takođe bio alhemičar, ubeđen da su so, živa i sumpor u osnovi svake materije, ali je istovremeno ostavljao prostor i za „neku drugu hemiju“ kao nauku o „kompoziciji supstanci“. Te Bojlove ideje, koje su za svoje vreme bile veoma napredne, Njutn je potpuno ignorisao.
Uz teorijsko bavljenje alhemijom, Njutn se bavio i eksperimentima, mešajući i zagrevajući razne soli, kiseline, minerale i metale, pomno beležeći rezultate do kojih je došao, na već opisani, kriptični način. Ti eksperimenti su mu, verovatno, skratili život – u to vreme malo se znalo o toksičnom dejstvu pojedinih supstanci.
 |
| Dijanino drvo |
Kao i svi alhemičari tog doba, Njutn je bio opčinjen hemijskom strukturom poznatom kao „Dijanino drvo“ koja nastaje kristalizacijom amalgama srebra. Recepti su bili raznoliki ali su, u najvećem broju slučajeva, bila potrebna samo dva sastojka: srebro-nitrat i živa.
U zavisnosti od koncentracija, temperature i posude formirali su se kristali dendritske strukture koji su delovali „živo“, poput razgranatog drveta ili busena trave. Za alhemičare, bio je to jedan od ključnih dokaza da su minerali, na neki svoj čudesan način, povezani sa životom.
Njutn je bio duboko ubeđen da su „kamen mudrosti“, „eliksir života“ i mnoge druge dragocene stvari odavno izmišljene, a onda duboko zaturene u istorijskim, pre svega verskim spisima, od kojih su mnogi bili apokrifni. Odraz tih tekstova Njutn je tražio u drevnim predanjima i Bibliji, kojoj se uvek vraćao kao nespornom izvoru istine.
Otud i njegova sklonost ka opskurnom i okultnom, ubeđenje da se tajne sveta mogu otkriti upornim dešifrovanjem mističnih tekstova i simbola drevnih alhemičara i filozofa. Onaj ko bi uspeo u tome, verovao je Njutn, bio bi u stanju da pronikne u Božiji um, u poredak koji upravlja čitavom vaseljenom.
 |
| Njutnova skica dela Solomonovog hrama |
Bio je opsednut arhitekturom Solomonovog hrama u Jerusalimu, napisao je čitavu knjigu o tome kako se u njegovim proporcijama i dimenzijama krije božanska mudrost koju je Solomon nesvesno stekao. Njutn je, takođe, sebe smatrao jednim od onih koje je Bog obdario sposobnošću da do kraja razumeju suštinu Biblije, da iz događaja opisanih u njoj predvide ono što će se tek desiti.
Iako je za sobom ostavio svega nekoliko radova sa religioznom tematikom koji se nikako ne mogu smatrati pravom naukom, Njutn, i pored svog temeljnog izučavanja Biblije, nikad nije izneo nijedno egzaktno predskazanje. Doduše, u jednom dokumentu iz 1704. godine Njutn pominje da sudnji dan neće nastupiti pre 2060. godine:
„Ovo kažem ne da bih potvrdio kada će doći kraj svega nego da zaustavim ishitrene pretpostavke lakoumnih ljudi koji svaki čas proriču sudnji dan, diskreditujući sveta proročanstva svaki put kada bi se predskazanje pokazalo pogrešnim.“
 |
| Spis Isaka Njutna iz 1704. godine |
Cela priča ponovo je postala aktuelna 2003. godine kada su mnoge novine (britanski „Daily Telegraph“, izraelski „Maariv“, kanadski „National Post“) na svoje naslovne strane ponovo stavili 2060. godinu kao Njutnov datum „kraja istorije“, a sve na bazi dva dokumenta koja je Njutn napisao pred kraj svog života bez namere da ih objavi.
Ti dokumenti otkriveni su u Jevrejskoj nacionalnoj biblioteci u Jerusalimu i nisu nimalo jednostavni za čitanje. U njima se eksplicitno ne pominje 2060. kao godina smaka sveta, ali zamršena računica koju je Njutn izveo koristeći brojeve izvučene iz Biblije vodi direktno do navedene godine.
Alhemija i astrologija
Ponekad se povlači veštačka paralela između alhemije i astrologije. Tačno je da se u oba slučaja radi o kvazi-naučnim disciplinama, ali sa jednom bitnom razlikom. Alhemičari su tražili kamen mudrosti i eliksir života i nisu ga našli (ne računajući „besmrtnog“ Nikolasa Flamela i Harija Potera).
Niko nije imao štetu od toga, osim što su neki, možda, ostali razočarani krajnjim rezultatom. Štaviše, postoje dokazi da su alhemičari, i pored svojih uzaludnih eksperimenata, indirektno dali značajan doprinos razvoju hemije i medicine kao modernih nauka.
Astrolozi su, ipak, mnogo opasniji soj: njihov samouvereni diletantizam, njihove zodijačke kuće, znaci, podznaci, retrogradni Merkuri i ostale budalaštine direktno su uticale na to da se neke ljudske veze nikad ne uspostave ili prerano prekinu, iako je prirodni ishod mogao da bude drugačiji i mnogo srećniji. Neka deca se zbog glupavih astrologa nikad nisu rodila, a neka su porasla u nesrećnim porodicama, sve zbog verovanja u to da nekakav majušni, beskrajno daleki i nevidljivi Pluton, ima sudbonosni uticaj na nekog ili nešto.
Bezazleni alhemičari odavno su iščezli iz istorije, ali zato astrolozi i dalje jašu na talasima neiscrpne, reklo bi se i narastajuće ljudske gluposti. Ali to je već neka druga priča, ova je i onako predugačka.