Kernfusie
Het aanzicht van het heelal veranderde echter wel, het begon namelijk langzaam te klonteren. Het onderscheid tussen wolken materie en lege ruimte groeide. Het periodiek systeem kreeg de kans te groeien vanaf het moment dat het sterren-vormende waterstof-helium mengsel weer een bepaalde dichtheid kreeg. Waterstof versmolt met helium: lithium dook op. Lithium botste vervolgens weer met waterstof en helium. Voilà: beryllium.
Als de gaswolk eenmaal tot een ‘echte’ ster indikt, kan de kernfusie pas echt beginnen. Dit samensmeltende proces, dat van de materieklont een gloeiende bal maakt, staat aan de wieg van het ontstaan van grotere elementen. Het eerste levensstadium van een pasgeboren ster bestaat uit waterstofverbranding. In dit inferno van 10 miljoen graden Celsius ontstaat helium. Als een deel (zo’n tien procent) van de waterstof verbrand is, begint fase twee: de ster trekt zich samen en de temperatuur loopt met een factor tien op. De helium vat nu vlam. Hieruit ontstaan beryllium, koolstof en zuurstof. De verdere levensfasen van de brandende ster zorgen voor steeds grotere elementen.
Deze drie produkten van de tweede levensfase van een ster zijn na waterstof en helium de meest voorkomende elementen in het heelal. Deze simpele opsomming doet overigens geen recht aan de verhoudingen. Het totaal aan beryllium, koolstof en zuurstof is vergeleken met de elementen waaruit ze geboren zijn (waterstof, helium) slechts een minieme vervuiling.
Systematiek
Dit alles was onbekend toen de mens voorzichtig het bestaan van elementen begon vast te stellen. Dat ging niet altijd van een leien dakje. Immers, elementen in zuivere vorm zijn zeldzaam op aarde. Bijvoorbeeld goud, koper en zwavel en enkele atmosferische gassen, stelt Atkins in zijn boek. Terwijl alledaagse heelal-materie als waterstof (75 procent van alle materie) op aarde nauwelijks in zuivere vorm voorkomt. Ontdekkers waren in sterke mate afhankelijk van de ontwikkeling van allerhande technologieën. Bijvoorbeeld met vuur lukte het pas om ijzer te isoleren uit erts. Elektrolyse (19de eeuw) was nog zo’n doorbraak. Toen Humphry Davy ermee aan de gang ging, volgde een waterval van ontdekkingen: kalium (1807), natrium (enkele dagen erna), en vervolgens magnesium, calcium en strontium.
In de tweede helft van de 19de eeuw kende de wetenschap een groot deel van de elementen. Langzaam begon de vraag te spelen of er niet de een of andere systematiek in dit hoopje te ontdekken viel. Bekend waren bijvoorbeeld de zogenaamde Döbereiners triaden: groepjes van drie vergelijkbare elementen. Buiten het feit dat hun fysische en chemische eigenschappen sterke overeenkomsten vertoonden, hadden ze nog één bijzonder eigenschap: het atoomgewicht van het middelste bleek het gemiddelde van dat van de buitenste elementen.
Waanzinnige monnik
Uiteindelijk viel het kwartje in St. Petersburg bij Dimitri Ivanovitch Mendelejev. Deze chemicus stond niet echt bekend als een lieverdtje. Atkins meldt dat hij het uiterlijk van de waanzinnige monnik Raspoetin had, en kon bogen op eenzelfde reputatie. De Russische scheikundige kende 61 elementen, zo’n drievijfde van wat nu bekend is, en zocht net als contemporaine wetenschappers naar een logische indeling. Uiteindelijk zou de Rus met het concept van het periodiek systeem komen. Atoomgewicht vormde de basis van zijn systeem, omdat dat volgens hem de fundamentele eigenschap van een element vormde. Het was immers niet afhankelijk van temperatuur of andere variabelen. Hij zette de elementen volgens dit concept uit op een rechthoekig vlak, zodanig dat deeltjes met gelijke eigenschappen aan elkaar grensden. Het geniale van de Rus lag in het feit dat hij lege plekken durfde open te laten. Zo kende men bijvoorbeeld de edelgassen nog niet.
Dit periodiek systeem vormt de basis van Peter Atkins boek het koninkrijk der elementen. De Britse fysisch chemicus (Oxford) voert de lezer mee naar een onbekend land. De kaart ervan ziet er echter precies zo uit als het periodiek systeem. Als een volleerd gids beschrijft Atkins de bijzonderheden van dit fictieve landschap. Zo kent het land twee meren, een ervan ligt in het oosten: het roodbruine broom. De andere bevindt zich iets ten zuid-westen daarvan en heeft een harde zilvermetalen glans: kwik. Ook beschrijft hij wat er gebeurt als het regent: zo kan dat in het oosten niet zoveel kwaad, maar in het westen geldt een ander verhaal. Daar ziedt en kookt de grond bij neerslag. Hoe zuidelijker, hoe erger. Het gebied wordt daar compleet onbewoonbaar: het ontvlamt en brandt hevig.
Accuraat
Het koninkrijk der elementen gaat op dezelfde reisgids-achtige manier verder in op deze materie. Een soort herhaling van de scheikundeles op de middelbare school, maar dan op een prettige manier. Gortdroge stof als orbitalen, ionisatie-energie komt weer tot leven, maar dit keer op een zeer aangename manier. Atkins weet zijn vakgebied accuraat maar niet vervelend neer te zetten. De omweg met de reisgids is daarbij een geschikte manier.
Atkins heeft het originele werk in het Engels geschreven. Dit levert bij de vertaling af en toe wat problemen op. Met name bij de uitleg over de namen van elementen. Zo werd bijvoorbeeld caustische soda gebruikt bij de ontdekking van een element. Dit kreeg dan ook de naam sodium. Maar dan wel in het Engels, hier heet het natrium, maar waarom? Het koninkrijk der elementen verscheen als vijfde deel in de serie ‘Science Masters’ bij uitgeverij Contact.
Oscillatoren
Stewards boek behandelt onderwerpen uit een aantal hoeken van de wiskunde. Zo komt chaos aan bod, maar ook symmetrie, differentiaalrekenen, maar ook oscillatoren. Dit laatste gebruikt Steward bijvoorbeeld om het voortbewegingsritme van mens en dier te verklaren. De mens gebruikt bijvoorbeeld twee oscillatoren, voor ieder been één. Door deze in tegenfase te laten werken, kan de mens lopen. Eerst het ene been, dan het andere. Dieren met vier poten, hebben vier oscillatoren nodig. Door deze op verschillende manieren te koppelen, bestaan er een aantal verschillende gangen: bijvoorbeeld de draf, galop, telgang, stap.
De wiskundige Ian Steward heeft geprobeerd met zijn boek wat van de schoonheid van patronen over te brengen op het brede publiek. Hij tracht de paradox tussen de denkwereld van de wiskunde en de echte wereld van de natuur af te breken. Helaas heeft hij daarbij wat veel hooi op zijn vork genomen. Het boek komt daardoor niet verder dan een aantal -weliswaar interessante- observaties. Het bieden van dieper inzicht blijft achterwege.
Waar zijn de getallen, de onechte werkelijkheid van de wiskunde; Ian Steward; 160 pagina’s, geïllustreerd; uitgeverij Contact 1995; ISBN 90 254 1021 9; fl. 29,90
In de serie Science Masters verscheen bij uitgeverij Contact:
De oorsprong van het heelal - John Barrow
De laatste drie minuten - Paul Davies
Onze onsterfelijke genen - Richard Dawkins
De oorsprong van de mensheid - Richard Leaky
Alle pockets kosten fl. 29,90