Fortællingen om Universet: Menneskets kosmiske oprindelse

af i Liv & Mennesker/Viden

NY BOG // UDDRAG – I Fortællingen om universet får du din kosmiske oprindelse forklaret af den unge, danske astrofysiker Tina Ibsen. Universets opståen er nemlig tæt forbundet med fortællingen om mennesket: Alt eksisterende er resultatet af en række kosmiske begivenheder. Med tilladelse fra People’s Press og forfatteren bringer her et uddrag.

Kapitel 1: Menneskets kosmiske oprindelse

Hvem er jeg?

Måske har du tænkt over, hvem du er? Spørgsmålet – eller rettere svaret – siger noget om din identitet og din selvopfattelse, men denne bog er et forsøg på at være en befriende pause fra disse spørgsmål. Astronomien beskæftiger sig nemlig med noget helt andet. Den ser længere end spørgsmålene om identitet og det nære. I stedet ser den langt ud i det fjerne for at få en fornemmelse for en større fortælling om mennesket og universet. Stil gerne dig selv følgende spørgsmål og brug et par minutter på at tænke over det, før du læser videre:

Hvad er jeg?

Når vi ændrer ”hvem” til ”hvad”, bevæger vi os fra det subjektive til det objektive – fra det uhåndgribelige og over i en materiel virkelighed, og så bliver verden faktisk større. Følger vi i øvrigt kvantefysikken og studerer de mindste bestanddele af vores univers, ender vi faktisk hurtigt der, hvor det håndgribelige viser sig også at være uhåndgribeligt. Vi har stadig ikke formuleret en ”Teori om det hele”, men det, vi ved, er helt utroligt og peger på, at vi er langt mere forbundne med universet omkring os, end vi tidligere har været klar over.

Men kan man vide, hvem man er, når man ikke ved, hvad man er? Vores forståelse af vores egen plads i samfundet og fælleskabet, i familien og i arbejdslivet tager ofte afsæt i en forståelse af, hvem vi er, og hvor vi kommer fra. Vi vil måske svare, at vi kommer fra Jylland, fra Amager eller fra et andet sted på denne blå klode, men det er faktisk kun den allersidste del af vores fælles historie.

Hvis vi tager de videnskabelige briller på, består et menneske af molekyler, og hovedsageligt af vandmolekyler. Faktisk består cirka to tredjedele af et menneske af flydende vand

Vores egen historie og vores fælles fortælling strækker sig meget længere tilbage og er langt mere fantastisk, end man umiddelbart skulle tro. For at skrive den skal vi forlade vores klode og rejse tilbage til universets dannelse for 13,8 milliarder år siden. Vi må ind i de dybeste dele af stjernerne og udforske voldsomme supernovaeksplosioner.

Hvad er et menneske?

Mennesker består af organer, knogler, væv og meget mere, men vi vil her se på de endnu mindre elementer. Hvis vi tager de videnskabelige briller på, består et menneske af molekyler, og hovedsageligt af vandmolekyler. Faktisk består cirka to tredjedele af et menneske af flydende vand. Resten er kulstof, fosfor, kvælstof og en lille smule af forskellige metaller. Vandet er en del af hudceller, væv, blod og organer og findes mange steder i kroppen.

Men molekyler er ikke de mindste byggesten. Vandmolekylet består for eksempel af de endnu mindre byggesten, som vi kalder for atomer, og alt det materiale, vi omgiver os med og består af, er opbygget af atomer. Vand som molekyle består af atomerne hydrogen og oxygen, der skrives med bogstaverne H og O. Der skal to hydrogenatomer og et oxygenatom til at danne et vandmolekyle, og derfor skrives vand som H₂O.

Ser vi på de enkelte atomer, består de faktisk også af mindre byggesten. Den første gode beskrivelse af atomers opbygning blev lavet af den danske fysiker Niels Bohr. Modellen, der viser, hvordan atomer opfører sig, kaldes derfor for Bohrs atommodel og lagde grundstenen til det, der senere blev til kvantemekanikken. Atomer består af protoner, neutroner og elektroner. I centrum af atomer, det, som kaldes for kernen, finder vi protoner og neutroner, og kredsende rundt om kernen findes elektronerne. Det er antallet af protoner i kernen, som afgør, hvilket grundstof vi har med at gøre, mens antallet af neutroner i kernen afgør, om et grundstof er radioaktivt stabilt eller radioaktivt ustabilt.[1]

Vi mennesker består hovedsageligt af vand, som er en del af vores celler, som igen udgør vores organer, blod og meget mere. Zoomer vi ind på et menneske, bliver det tydeligt, hvor meget vand vi faktisk består af.
Vand er et molekyle, der består af mindre byggesten. Den kemiske formel for vand er H₂O og angiver, at vand består af to hydrogenatomer og et enkelt oxygenatom.

 

Denne illustration viser et vandmolekyle. Her ser vi, hvordan de tre atomkerner ligger tæt med en sky af elektroner omkring sig.

 

Denne illustration viser den mest normale måde at beskrive vandmolekyler på, med et rødt oxygenatom og hvide hydrogenatomer sat på som Mickey Mouse-ører. Dette er blot en model, og farverne er ikke korrekte.

 

Denne illustration viser en kemisk måde at beskrive vandmolekylet på. De bindinger, der holder atomerne sammen, vises som streger, og vinklen mellem de to hydrogenatomer, der holdes sammen med oxygenatomet, er sandsynligvis rigtig, vi mener nemlig, at vandmole- kyler har denne sjove form i virkeligheden.

 

Endelig er der den bogstavelige måde at beskrive vand på, med 2H og 1O, som skrives sammen til H₂O.

Atomer med samme antal protoner, men forskellige antal neutroner, kaldes for isotoper af det samme grundstof. Der findes altså mange forskellige versioner af det samme grundstof, hvor nogle kan være radioaktive, mens andre er stabile og derfor ikke radioaktive. Grundstoffet bly har for eksempel fire forskellige isotoper, som er stabile, mens der findes en række andre isotoper, der udsender betastråling. Et andet eksempel er grundstoffet uran, der ikke findes i stabil tilstand og derfor udsender radioaktiv stråling. Forskellen på de enkelte radioaktive isotoper af uran er, at de udsender stråling med forskellig hastighed. Nogle isotoper udsender meget stråling, mens andre udsender meget lidt.

Den polske kemiker Marie Skłodowska-Curie undersøgte igennem hele sin karriere de radioaktive grundstoffers forskellige egenskaber. Hun opdagede grundstoffet radon, som blev meget populært i starten af 1900-tallet, hvor man tilsatte radioaktivt radon til medicin og kosmetik og brugte det selvlysende grundstof i ure og i malerier. Det betød ulykkeligvis, at mange mennesker blev udsat for store mængder radioaktiv stråling, som er yderst skadeligt og kan forårsage kræft og strålingssyge. Marie Skłodowska-Curie endte da også med at dø af de skader, hun havde pådraget sig efter at have arbejdet med radioaktive grundstoffer i dårlige laboratoriemiljøer over en lang årrække.

Alle atomer er bygget op af en kerne, som er omgivet af elektroner. I kernen findes partiklerne neutroner og protoner, mens de meget mindre elektroner bevæger sig i særlige områder eller baner omkring kernen, som kaldes skaller. Skallerne er her vist som kugleskaller omkring kernen, men i virkeligheden bevæger de sig mere kaotisk rundt i det, som kaldes en elektronsky.

 

Zoomer man ind på protonerne og elektronerne i atomkernen består de af endnu mindre partikler, kaldet kvarker. Kvarkerne er de mindste dele, som det har været muligt at dele atomerne op i. Om vi i fremtiden finder ud af, at også kvarkerne består af mindre partikler, det vil tiden vise.

Vender vi tilbage til Bohrs atommodel, som Niels Bohr formulerede i 1913, var den blot den første grundsten, som var med til at danne grundlag for den beskrivelse, vi i dag har af de partikler, som vi alle er bygget op af. Niels Bohr beskrev protoner, neutroner og elektroner, og hvordan de indbyrdes forholdt sig til hinanden, men vi ved nu, at protoner og neutroner kan deles op i endnu mindre byggesten. De endnu mindre partikler kaldet kvarker. En proton består af tre kvarker, to up-kvarker og en down-kvark – neutroner består af to down-kvarker og en up-kvark. Der findes seks forskellige typer af kvarker: up, down, charm, strange, top og bottom. Kvarkerne kan sammensættes, så de danner forskellige partikler, men alle protoner og neutroner består udelukkende af up- og down-kvarker.

Ser vi på vand, består det af atomerne hydrogen og oxygen. Hydrogenatomet er det mest simple atom, der findes, og der er kun en enkelt proton og ingen neutroner i kernen af den mest simple isotop af dette atom. Oxygenatomet er mere kompliceret og har otte protoner i sin kerne. I et gram vand findes der cirka 33,5 * 1021 (33.500.000.000.000.000.000.000) hydrogen- og oxygenatomer, så der skal rigtig mange atomer til at danne den mængde vand, der indgår i et menneske.

Næst efter vand består mennesker primært af kulstof. Vi kender kulstof fra helt almindeligt kul eller i tætpresset form som diamanter, men atomet, som beskrives med bogstavet C, indgår også i en række forskellige molekyler. Det er molekylet CO₂, som vi mennesker udsender, når vi ånder ud, men kulstof findes også i sukker og alkohol, der er større molekylestrukturer. Kulstof er samtidig en af hovedingredienserne i de molekyler, der udgør vores DNA.

DNA er en forkortelse for deoxyribonukleinsyre og betegner et molekyle, der i sig bærer den genetiske kode, som er grundlaget for alt liv. I DNA produceres proteiner, som fordeler sig rundt i kroppen og påvirker den. Desuden er måden, hvorpå molekylerne fordeler sig i dit DNA, afgørende for, hvilke proteiner der produceres, og derfor også om du er disponeret for særlige sygdomme. Det bestemmer din hud-, hår- og øjenfarve, samt mange andre aspekter af det, der gør dig til dig. Der findes DNA i alle vores celler, lige fra hudceller til blodceller, og alt dette DNA gør kulstof til et af de mest almindelige grundstoffer i vores kroppe.

Næst efter vand består mennesker primært af kulstof. Vi kender kulstof fra helt almindeligt kul eller i tætpresset form som diamanter, men atomet, som beskrives med bogstavet C, indgår også i en række forskellige molekyler

Ny forskning arbejder på at gøre det muligt rent mekanisk at ændre et menneskes DNA. Metoden kaldes for CRISPR og kan måske på sigt være med til at helbrede sygdomme som kræft og aids eller at give blinde synet tilbage. Men DNA-modificering er ikke helt ligetil og stiller os over for en række etiske problemstillinger. Hvad betyder det for eksempel for menneskeheden, hvis vi pludselig på celleplan selv kan ændre koden bag, hvem vi er? De spørgsmål diskuteres af etiske råd i hele verden, og i Danmark er det for nuværende ulovligt at anvende teknologien på fostre. I Kina offentliggjorde en forsker ved Southern University of Science and Technology i Shenzhen i 2018, at han havde brugt CRISPR-teknologien til at ændre i generne hos to tvillinger. Der er dog sået tvivl om, hvorvidt det faktisk er sket, og mange forskere mener, at teknologien er alt for uprøvet, og at konsekvenserne ved brug af CRISPR er for ukendte til, at vi kan tage metoden i brug.

DNA-molekylet er meget komplekst og rummer meget af det, som gør dig til den, du er. Din øjenfarve, din hudfarve og nogle af de sygdomme, du kan blive ramt af, ligger gemt i opbygningen af dit DNA. I vores blodceller finder vi også spor af tungere grundstoffer, som metallerne jern og zink. Jern findes i vores røde blodlegemer og er afgørende for, at vores blod kan transportere ilt rundt i kroppen. Zink findes i visse typer af proteiner, som også er essentielle for os mennesker og særligt vores immunforsvar.

Opskriften på et menneske

Alle de grundstoffer, vi mennesker består af, findes på planeten Jorden, men det er ikke de samme grundstoffer som de, der findes flest af i universet som helhed. Vi er bygget op af kulstof, oxygen, jern og andre tungere grundstoffer, og de er faktisk sjældne i kosmisk skala – vi bor bare på en planet, hvor der tilfældigvis er en større koncentration af dem. Hvis vi ser på alle de grundstoffer, som findes i universet, og på mængden af dem, er det et helt andet billede, vi ser. Mens silicium, oxygen og kulstof er almindeligt forekommende her på Jorden, er de faktisk meget sjældne i universet. Hvis vi ser på alle de atomer, som findes i hele universet, er 73 procent hydrogenatomer og 25 procent heliumatomer. Herefter rangerer mindre mængder af oxygen, kulstof, jern, neon og kvælstof. Tilsammen udgør de sidstnævnte blot 0,29 procent af alle atomerne. Så hydrogen dominerer universet, mens helium befinder sig på en andenplads. Helium er til gengæld et grundstof, som vi ikke har særligt meget af på Jorden, så det må findes andre steder i universet. Men for at skabe liv har vi brug for de mere komplicerede og sjældne grundstoffer.

Ser vi på alle de grundstoffer, som et menneske hovedsageligt består af, kan vi nedfælde en liste over alle dem, der indgår i opbygningen.

Vi skal bruge:

Hydrogen (brint)
Oxygen (ilt)
Karbon (kulstof)
Nitrogen (kvælstof)
Kalcium
Fosfor
Kalium
Svovl
Natrium
Klor
Kobber
Jod
Jern
Selen
Silicium
Tin
Zink

Nogle af grundstofferne ovenfor har to navne. Det er særligt for Danmark og stammer tilbage fra 1814, da fysikeren H.C. Ørsted gav en række af grundstofferne danske navne.

Mennesket samler livet igennem flere og flere grundstoffer til sig, imens det trækker vejret, spiser og drikker og i takt med, at det vokser og bruger energi til at holde varmen og bevæge sig. Men hvor kommer grundstofferne oprindeligt fra? Hvor skal vi lede for at finde byggestenene til det liv, vi kender her på Jorden? For at få svar på det spørgsmål, skal vi som sagt 13,8 milliarder år tilbage i tiden, helt tilbage til dannelsen af universet i Big Bang.

Kort fortalt

Mennesket er opbygget af atomer

Hvis jeg kort skal svare på, hvad et menneske er, vil jeg sige vand og kulstof. Det er selvfølgelig en grov forsimpling, og vi mennesker er bygget op af molekyler, som igen er bygget op af atomer, som så igen er bygget op af kvarker. Det er i denne mikroskopiske verden, at alt det, der udgør et menneske, sker og er.

Det er måden, atomerne samler sig på, som afgør, hvilket udfald blandt mange der findes i din unikke genetiske sammensætning.

Vi mennesker kan kun vokse ved at indtage føde og væske, og de atomer, som vi indtager og består af, optager vi i kroppen, så de bliver en del af os. Vi kommer fra Jorden, men som vi skal se i næste kapitel, så har de grundstoffer, der i dag er en del af os, ikke deres oprindelse her på Jorden. De er kommet hertil fra det ydre rum.


NOTER:

[1]Når et grundstof er radioaktivt ustabilt, er det, fordi der er noget i dets opbygning, der ikke er i ligevægt. Der er måske for mange neutroner i forhold til protoner i kernen. Atomet vil altid søge at blive stabilt, så i de tilfælde, hvor der er for mange neutroner, vil kernen omdanne en neutron til en proton og en elektron. Elektronen bliver kastet ud af kernen med meget stor hastighed, og hvis der er mange ustabile atomkerner, skaber det en strøm af elektroner. Dette kalder vi for radioaktiv betastråling.


Tina Ibsen: Fortællingen om universet
© Tina Ibsen, 2019
Copyright denne udgave: © Tina Ibsen og People’sPress, 2019
Illustrationer: Claus Rye Schierbeck
Omslag og sats: Rasmus Funder


Illustration: Udsnit af bogens forside.


MERE VIDEN:

I podcasten RumSnak tager de to værter journalist Anders Høeg Nissen og astrofysiker Tina Ibsen lytterne med på en rejse i både tid og rum. Gennem samtaler med gæster fra alle hjørner af rumforskning og -forretning kommer vi igennem emner helt fra sorte huller, exoplaneter og til rummedicin og rumlov.

Lyt til podcasten her.

(f. 1986) er astrofysiker og selvstændig
videnskabsformidler og har i mange år delt
sin begejstring og viden om astronomi og
rumfart i radio og tv. Hun har vundet priser
for sit formidlingsarbejde på Tycho Brahe
Planetarium, hvor hun tidligere har været
formidlingschef.

Foto: Emil Hougaard.

Seneste artikler om Liv & Mennesker