Vznik, uspořádání a stabilita atomů
Obdobným způsobem jako kvarky jsou vytvořeny atomy. Při složení 3 kvarků do protonu nebo neutronu se dráhy jejich základů elektrické interakce přiblíží a při rotaci nukleonu v podstatě vytvářejí spojité elektrické pole. U protonu obíhá společné těžiště tří kvarků další elektron. Ten je však na nižší energetické hladině. Proto je na proton vázán volněji a při spojení protonu do jádra atomu začne obíhat kolem tohoto společného těžiště. Při spojování dalších protonů do jádra atomu začnou kolem jádra obíhat další elektrony na energeticky odlišných drahách neboli orbitech s, p, d, f .
Protony a neutrony rotují po přibližně kruhových drahách ve středu atomu a méně energetické elektrony obíhají ve spirále po obvodu kuličky atomu. Kulička atomu má velikost od 5x10-11 metru u helia po 5x10-10 metru u cesia, přičemž složené jádro atomu má velikost kolem 10-15 metru. Čím více nukleonů atom obsahuje, tím je větší a zároveň tím větší je energie potřebná k odtržení nukleonů ale i elektronů. Vazebná energie jádra atomu je 7 – 9 MeV na 1 nukleon. Nárůst velikosti atomu je však menší než by odpovídalo nárůstu počtu nukleonů. To je způsobeno základní vlastností energetických strun a fotonů. Čím větší je jejich energie, tím jsou menší. Čím více tedy spirály sil protnou spirály jiných sil, tím je větší jejich vzájemně působící síla a tím se úměrně zmenší jejich velikost (vzájemná vzdálenost). Zároveň je jasné, že například uvnitř jádra protonu nebo neutronu obíhají kvarky v menších vzdálenostech od sebe než v okrajových částech protonů nebo neutronů. Podobně jako protony a neutrony v jádrech atomů se chovají i elektrony vázané v „obalech“ atomů.
Nyní si vzpomeňme na Bohrův model atomu. V něm elektrony obíhají po orbitech s,p,d,f kolem jádra atomu. To v zásadě platí, třebaže na kvantové úrovni má tato představa jiný flexibilnější charakter. Elektronový obal atomu má rozměr přibližně 10-10 metru. Elektrony se řídí Pauliho vylučovacím principem a létají po lehce oddělených sférách. Pro lepší představu spirály dvou nejméně energetických elektronů orbitu s mají oblast působení od 10-12 metru do 5x10-12 metru, přičemž elektrony nelétají po zcela kruhových drahách, ale ve spirálách v této oblasti. Osm energetičtějších elektronů orbitu p létá ve spirálách v oblasti přibližně od 5x10-12 metru do 10-11 metru. Osmnáct elektronů orbitu d létá ve spirálách v oblasti od 10-11 metru do 5x10-11 metru a 32 nejenergetičtějších elektronů orbitu f létá ve spirálách v oblasti kolem 10-10 metru. Uvedené velikosti jsou pouze rámcové a slouží k přiblížení stavu. Ve skutečnosti se s přibývajícím množstvím elektronů všechny orbity poněkud zmenšují a nejvíce se zmenšují orbity vnější. Přesto zůstávají jednotlivé orbity odlišeny. Vazebná energie elektronů u prvků s vysokým protonovým číslem je velmi vysoká, například u uranu přesahuje hodnotu 110 keV.
Protony a neutrony rotují po přibližně kruhových drahách ve středu atomu a méně energetické elektrony obíhají ve spirále po obvodu kuličky atomu. Kulička atomu má velikost od 5x10-11 metru u helia po 5x10-10 metru u cesia, přičemž složené jádro atomu má velikost kolem 10-15 metru. Čím více nukleonů atom obsahuje, tím je větší a zároveň tím větší je energie potřebná k odtržení nukleonů ale i elektronů. Vazebná energie jádra atomu je 7 – 9 MeV na 1 nukleon. Nárůst velikosti atomu je však menší než by odpovídalo nárůstu počtu nukleonů. To je způsobeno základní vlastností energetických strun a fotonů. Čím větší je jejich energie, tím jsou menší. Čím více tedy spirály sil protnou spirály jiných sil, tím je větší jejich vzájemně působící síla a tím se úměrně zmenší jejich velikost (vzájemná vzdálenost). Zároveň je jasné, že například uvnitř jádra protonu nebo neutronu obíhají kvarky v menších vzdálenostech od sebe než v okrajových částech protonů nebo neutronů. Podobně jako protony a neutrony v jádrech atomů se chovají i elektrony vázané v „obalech“ atomů.
Nyní si vzpomeňme na Bohrův model atomu. V něm elektrony obíhají po orbitech s,p,d,f kolem jádra atomu. To v zásadě platí, třebaže na kvantové úrovni má tato představa jiný flexibilnější charakter. Elektronový obal atomu má rozměr přibližně 10-10 metru. Elektrony se řídí Pauliho vylučovacím principem a létají po lehce oddělených sférách. Pro lepší představu spirály dvou nejméně energetických elektronů orbitu s mají oblast působení od 10-12 metru do 5x10-12 metru, přičemž elektrony nelétají po zcela kruhových drahách, ale ve spirálách v této oblasti. Osm energetičtějších elektronů orbitu p létá ve spirálách v oblasti přibližně od 5x10-12 metru do 10-11 metru. Osmnáct elektronů orbitu d létá ve spirálách v oblasti od 10-11 metru do 5x10-11 metru a 32 nejenergetičtějších elektronů orbitu f létá ve spirálách v oblasti kolem 10-10 metru. Uvedené velikosti jsou pouze rámcové a slouží k přiblížení stavu. Ve skutečnosti se s přibývajícím množstvím elektronů všechny orbity poněkud zmenšují a nejvíce se zmenšují orbity vnější. Přesto zůstávají jednotlivé orbity odlišeny. Vazebná energie elektronů u prvků s vysokým protonovým číslem je velmi vysoká, například u uranu přesahuje hodnotu 110 keV.
Obdobné je složení jádra atomu. Jádro atomů je tvořeno protony a neutrony, které podléhají silným interakcím krátkého dosahu zprostředkovaných pí mezony (piony). V jádře atomu se protony a neutrony opět pohybují po spirálových drahách orbitů s,p,d,f v oblasti o rozměru kolem 10-15 metru, přičemž spirály těžších neutronů jsou lehce podsunuté pod dráhy příslušných protonů. Spirály protonů se proto více vyskytují v povrchových vrstvách jádra.
Neúplně zaplněné orbity znamenají, že příslušný orbit je nesymetrický a tedy méně stabilní. Nesymetričnost se projevuje deformací jádra atomu, ale ještě více se projevuje deformací elektronového obalu prvku. Dalo by se říci, že atom pak vypadá spíše jako vajíčko než jako koule. Atomy prvků, které mají zcela zaplněné jednotlivé orbity jsou nejsymetričtější a tedy nejstabilnější. To jsou atomy vzácných plynů. Atomy prvků se sudým počtem protonů a elektronů jsou všeobecně stabilnější než atomy prvků s lichým počtem protonů a neutronů.
Pokud jsou jednotlivé orbity zcela zaplněné, je indukované elektromagnetické pole atomu zcela symetrické a atom na venek nemá elektromagnetické vlastnosti. Neúplné orbity 3d a 5f jsou naopak zárukou elektromagnetických vlastností atomu. Neúplné orbity jsou také předpokladem k možnému odštěpení nebo přijetí jednotlivých elektronů ve vnějších méně energetických orbitech atomu a tím vytvářejí předpoklad pro chemickou vazbu atomů. Elektrony na zcela zaplněných orbitech se vzhledem k jejich symetrickému elektromagnetickému poli velmi obtížně oddělují a nejsou za běžných podmínek chemicky reaktivní.
Složitější je situace u atomů s přebytkem neutronů. V nich neúplně zaplněný vnější orbit neutronů velice silně zvyšuje nesymetričnost jádra atomu a tím i jeho nestabilitu. Pokud je nesymetrický i orbit protonů v jejich těsném sousedství tím, že je v něm lichý počet protonů, je izotop velice náchylný na změny. Je to dáno zejména tím, že stejně nesymetrické atomy na sebe vzájemně působí a spirály obíhajících protonů a neutronů (i elektronů) se ohnou do stavu s nejnižší energií. V jádrech atomů tak existují přechody mezi vybuzenými stavy, které mají energii i pouze v jednotkách kiloelektronvoltu.
V případě atomů s lichým počtem neutronů a protonů dochází k tomu, že nesymetričnost je tak veliká, že dojde ke kvark gluonovému přechodu a jeden neutron se přemění na proton, elektron a antineutrino. Izotopy prvků s přebytkem neutronů a současně s lichým počtem neutronů tak přemění na izotop jiného prvku, což je přirozená radioaktivita prvků nebo při větší než 50 %-ní koncentraci lichých izotopů prvků s přebytkem neutronů a v nadkritickém množství mohou vyvolat termonukleární řetězovou reakci neboli atomový výbuch. U stabilních symetrických atomů je vazebná síla elektronu v kvarku down tak veliká, že se elektron za teplot řádově do miliónu stupňů Kelvina nemůže od kvarku oddělit a neutron zůstává stabilní tak jako proton.
V řadě procesů se jádro může dostat do vybuzeného stavu s přebytkem energie, kterého se zbavuje vyzářením jednoho nebo více fotonů záření gama. V excitovaném stavu může být například dceřiné jádro vzniklé při přeměně beta. Zatímco přeměna gama, při které se jádro zbavuje energie vyzářením fotonů probíhá elektromagnetickou interakcí a tedy většinou velmi rychle (řádově 10-15s), přeměna beta probíhá slabou interakcí a tedy daleko pomaleji. Časté jsou případy, kdy je poločas takové přeměny v řádu hodin, dní i let. Při přeměně gama se vyzařují fotony s přesně danou energií, která je charakteristická pro izotop, který je vyzařuje. Jejich zachycení nám tak umožňuje přinést informaci o tom, kde vznikají příslušné radioizotopy, jejichž přeměnu beta vyzáření zmíněných fotonů gama následuje. Charakteristickým příkladem jsou například 56Co a 56Ni, které masivně vznikají při výbuchu supernovy a fotony z jejichž přeměn lze u supernov a jejich pozůstatků pozorovat.
K opačnému přechodu protonu na neutron může dojít pouze při dodání energie ve hvězdách nebo v laboratorních zařízeních. Mnohem elegantnější je však téměř zapomenutá cesta alchymistů, kteří přidáním krystalového měniče energií ve formě kámene mudrců do roztaveného olova (směs izotopů o atomovém čísle 82 a atomové váze 197 až 203) nebo do rtuti (směs izotopů o atomovém čísle 80 a atomové váze 196 až 204) dokázali takto přeměnit izotopy olova nebo rtuti na izotopy zlata o atomovém čísle 79 a atomové váze 197 až 203. Prakticky se při tom vždy jen jeden až tři protony atomů těchto prvků přeměnily na neutrony nově vzniklého atomu zlata. Vzhledem k tomu, že na reálně probíhající přeměnu kvarků up na kvarky down při těchto přeměnách je zapotřebí dodat energii, byla tato přeměna i relativně bezpečná.
Také působením vnějších vlivů teploty a tlaku se jádra deformují, přičemž nejvíce se deformují jádra s přebytkem neutronů a s lichým počtem protonů. Oběhová sféra silných jaderných sil v atomech s lichým počtem neutronů se může při jejich setkání protáhnout tak, že se takové atomy spojí. Takové jádro zaujme totiž tvar kapky na oblé části s protony a v ocásku bez náboje. Tak dochází k elektrostatickému odpuzování čel kapek a spojení ocásků, což je začátek jaderné fůze. Během fůze se část pí-mezonové kvazikapaliny jádra odpaří a odnáší uvolněnou energii a zprostředkuje vznik kvark-gluonového pole dalekého dosahu. Při jaderné fůzi se uvolňuje záření o nejrůznějších vlnových délkách - od záření gama po záření o vlnové délce cca 1015metru. Záření o vlnových délkách menších než 1 metr dokáže ovlivnit neurony i ovlivnit UIP (univerzální informační pole), případně může být samo nositelem informací UIP. To by mohlo vysvětlit ovlivňování mozkové činnosti dalekého dosahu.
Dodáním velkého množství energie nebo energie a neutronů je samozřejmě možné připravit velké množství radioaktivních izotopů prvků, které pak mohou i vzájemně reagovat. To se však v přírodě děje pouze při přeměnách hvězd.
Také vlastností volných fotonů se dotýkají síly tvořící hmotu, ale pouze ty s největší vlnovou délkou - především gravitace. Je to dáno tím, že volné fotony gravitace letí ve spirále s dlouhou vlnovou délkou, takže jejich spirály se protínají se spirálami jiných fotonů nebo gravitonů hmotných částic. To znamená, že úměrně s rozpínáním vesmíru roste gravitace a elektromagnetismus hmoty. Nemůžeme tedy například hmotnost atomu počítat jako konstantní ve všech oblastech vesmíru. Vesmír dle toho musí být centrálně symetrický s vlastnostmi mírně odlišnými v jeho vrstvách různě vzdálených od jeho středu. Nejblíže jeho středu mají částice hmoty nejmenší gravitační sílu a nejdále vzdálené jsou nejtěžší.
Neúplně zaplněné orbity znamenají, že příslušný orbit je nesymetrický a tedy méně stabilní. Nesymetričnost se projevuje deformací jádra atomu, ale ještě více se projevuje deformací elektronového obalu prvku. Dalo by se říci, že atom pak vypadá spíše jako vajíčko než jako koule. Atomy prvků, které mají zcela zaplněné jednotlivé orbity jsou nejsymetričtější a tedy nejstabilnější. To jsou atomy vzácných plynů. Atomy prvků se sudým počtem protonů a elektronů jsou všeobecně stabilnější než atomy prvků s lichým počtem protonů a neutronů.
Pokud jsou jednotlivé orbity zcela zaplněné, je indukované elektromagnetické pole atomu zcela symetrické a atom na venek nemá elektromagnetické vlastnosti. Neúplné orbity 3d a 5f jsou naopak zárukou elektromagnetických vlastností atomu. Neúplné orbity jsou také předpokladem k možnému odštěpení nebo přijetí jednotlivých elektronů ve vnějších méně energetických orbitech atomu a tím vytvářejí předpoklad pro chemickou vazbu atomů. Elektrony na zcela zaplněných orbitech se vzhledem k jejich symetrickému elektromagnetickému poli velmi obtížně oddělují a nejsou za běžných podmínek chemicky reaktivní.
Složitější je situace u atomů s přebytkem neutronů. V nich neúplně zaplněný vnější orbit neutronů velice silně zvyšuje nesymetričnost jádra atomu a tím i jeho nestabilitu. Pokud je nesymetrický i orbit protonů v jejich těsném sousedství tím, že je v něm lichý počet protonů, je izotop velice náchylný na změny. Je to dáno zejména tím, že stejně nesymetrické atomy na sebe vzájemně působí a spirály obíhajících protonů a neutronů (i elektronů) se ohnou do stavu s nejnižší energií. V jádrech atomů tak existují přechody mezi vybuzenými stavy, které mají energii i pouze v jednotkách kiloelektronvoltu.
V případě atomů s lichým počtem neutronů a protonů dochází k tomu, že nesymetričnost je tak veliká, že dojde ke kvark gluonovému přechodu a jeden neutron se přemění na proton, elektron a antineutrino. Izotopy prvků s přebytkem neutronů a současně s lichým počtem neutronů tak přemění na izotop jiného prvku, což je přirozená radioaktivita prvků nebo při větší než 50 %-ní koncentraci lichých izotopů prvků s přebytkem neutronů a v nadkritickém množství mohou vyvolat termonukleární řetězovou reakci neboli atomový výbuch. U stabilních symetrických atomů je vazebná síla elektronu v kvarku down tak veliká, že se elektron za teplot řádově do miliónu stupňů Kelvina nemůže od kvarku oddělit a neutron zůstává stabilní tak jako proton.
V řadě procesů se jádro může dostat do vybuzeného stavu s přebytkem energie, kterého se zbavuje vyzářením jednoho nebo více fotonů záření gama. V excitovaném stavu může být například dceřiné jádro vzniklé při přeměně beta. Zatímco přeměna gama, při které se jádro zbavuje energie vyzářením fotonů probíhá elektromagnetickou interakcí a tedy většinou velmi rychle (řádově 10-15s), přeměna beta probíhá slabou interakcí a tedy daleko pomaleji. Časté jsou případy, kdy je poločas takové přeměny v řádu hodin, dní i let. Při přeměně gama se vyzařují fotony s přesně danou energií, která je charakteristická pro izotop, který je vyzařuje. Jejich zachycení nám tak umožňuje přinést informaci o tom, kde vznikají příslušné radioizotopy, jejichž přeměnu beta vyzáření zmíněných fotonů gama následuje. Charakteristickým příkladem jsou například 56Co a 56Ni, které masivně vznikají při výbuchu supernovy a fotony z jejichž přeměn lze u supernov a jejich pozůstatků pozorovat.
K opačnému přechodu protonu na neutron může dojít pouze při dodání energie ve hvězdách nebo v laboratorních zařízeních. Mnohem elegantnější je však téměř zapomenutá cesta alchymistů, kteří přidáním krystalového měniče energií ve formě kámene mudrců do roztaveného olova (směs izotopů o atomovém čísle 82 a atomové váze 197 až 203) nebo do rtuti (směs izotopů o atomovém čísle 80 a atomové váze 196 až 204) dokázali takto přeměnit izotopy olova nebo rtuti na izotopy zlata o atomovém čísle 79 a atomové váze 197 až 203. Prakticky se při tom vždy jen jeden až tři protony atomů těchto prvků přeměnily na neutrony nově vzniklého atomu zlata. Vzhledem k tomu, že na reálně probíhající přeměnu kvarků up na kvarky down při těchto přeměnách je zapotřebí dodat energii, byla tato přeměna i relativně bezpečná.
Také působením vnějších vlivů teploty a tlaku se jádra deformují, přičemž nejvíce se deformují jádra s přebytkem neutronů a s lichým počtem protonů. Oběhová sféra silných jaderných sil v atomech s lichým počtem neutronů se může při jejich setkání protáhnout tak, že se takové atomy spojí. Takové jádro zaujme totiž tvar kapky na oblé části s protony a v ocásku bez náboje. Tak dochází k elektrostatickému odpuzování čel kapek a spojení ocásků, což je začátek jaderné fůze. Během fůze se část pí-mezonové kvazikapaliny jádra odpaří a odnáší uvolněnou energii a zprostředkuje vznik kvark-gluonového pole dalekého dosahu. Při jaderné fůzi se uvolňuje záření o nejrůznějších vlnových délkách - od záření gama po záření o vlnové délce cca 1015metru. Záření o vlnových délkách menších než 1 metr dokáže ovlivnit neurony i ovlivnit UIP (univerzální informační pole), případně může být samo nositelem informací UIP. To by mohlo vysvětlit ovlivňování mozkové činnosti dalekého dosahu.
Dodáním velkého množství energie nebo energie a neutronů je samozřejmě možné připravit velké množství radioaktivních izotopů prvků, které pak mohou i vzájemně reagovat. To se však v přírodě děje pouze při přeměnách hvězd.
Také vlastností volných fotonů se dotýkají síly tvořící hmotu, ale pouze ty s největší vlnovou délkou - především gravitace. Je to dáno tím, že volné fotony gravitace letí ve spirále s dlouhou vlnovou délkou, takže jejich spirály se protínají se spirálami jiných fotonů nebo gravitonů hmotných částic. To znamená, že úměrně s rozpínáním vesmíru roste gravitace a elektromagnetismus hmoty. Nemůžeme tedy například hmotnost atomu počítat jako konstantní ve všech oblastech vesmíru. Vesmír dle toho musí být centrálně symetrický s vlastnostmi mírně odlišnými v jeho vrstvách různě vzdálených od jeho středu. Nejblíže jeho středu mají částice hmoty nejmenší gravitační sílu a nejdále vzdálené jsou nejtěžší.