¿Cómo siguen teniendo energía los átomos después de 3.300 millones de años de uso?

Answer 1

Lo bueno de un “átomo” está en el nombre. Viene de una palabra griega que significa “no se puede romper”. Eso no es del todo correcto, pero en realidad está bastante cerca.

No se necesita energía para que un átomo se siente allí, siendo un átomo. Probablemente estés dibujando una analogía con los seres vivos, pero un átomo no es un ser vivo. Los seres vivos son arreglos de átomos que se caracterizan por un montón de propiedades dinámicas, y pasan de vivir a no vivir cuando esas propiedades se interrumpen. Los átomos son mucho, mucho más simples, y no se analizan bien.

Así que un átomo no necesita ninguna energía para seguir haciendo lo suyo. Es (al menos en este nivel de hablar de ello) una cosa fundamental en el universo que simplemente se sienta allí. La energía puede moverla y conectarla con otros átomos, pero la parte fundamental de ser un átomo es constante y no requiere mantenimiento. Todo lo contrario: la energía que tiene se conserva y se necesitaría más energía para cambiarla.

La radioactividad altera esto para algunos átomos, pero ese es un tema aparte. Los átomos en los que estás pensando aquí no son radiactivos y simplemente permanecerán allí durante casi toda la historia.

Usted menciona “3.3 billones de años”, lo cual es desconcertante, ya que la mayoría de los átomos son mucho más antiguos que eso. Creo que puedes estar pensando en la vida en la tierra, que es sobre ese viejo. Pero la vida no “usa” los átomos de esa manera. La vida “usa” la energía, que proviene del sol. (Que es, poco a poco, se está acabando, pero quedan varios miles de millones de años más. El sol es realmente, realmente, REALMENTE grande).

Los átomos en sí mismos son solo bloques de construcción: la vida los mueve, pero en realidad no los afecta como átomos. Los electrones vienen y van de un átomo individual, pero hay muchos de ellos, y siempre hay más alrededor. La tierra tiene un suministro bastante fijo de ellos, y simplemente se mueven, no desaparecen.

Answer 2

Felicitaciones a Joshua Engel, quien, aunque no es un físico, habló muy bien sobre este tema.

Usted escribió sobre los átomos. El átomo más simple está formado por un protón y un electrón. Estos se han encontrado para no decaer. Después de pruebas exhaustivas, nunca se ha documentado y registrado ningún deterioro del electrón o protón. Se estima que viven más de 10 ^ 42 años. Un neutrón decae cuando está solo (15 segundos es la vida media), pero no parece decaer cuando se encuentra en un núcleo con un protón siguiendo el modelo QCD (cromodinámica cuántica, consulte el enlace de Wikipedia a continuación). Así que los isótopos estables de los átomos no se descomponen.

“No se necesita energía para que un átomo se asiente allí siendo un átomo”. Un átomo es … Entonces, ¿qué es esta química? La química es el estudio de las reacciones de diferentes átomos intercambiando diferentes configuraciones de electrones. El núcleo no se ve afectado por reacciones químicas . La partícula elemental del electrón no se ve afectada por reacciones químicas , pero los estados cuánticos de los electrones (es decir, las nubes) cambian cuando un átomo sufre una reacción química.

¿Qué impulsa las reacciones químicas, este flujo continuamente cambiante de nubes de electrones y estados cuánticos? El impulsor de las reacciones químicas es la necesidad de que los átomos encuentren un estado de baja energía, específicamente baja energía de Gibbs, en su espacio localizado. Por lo tanto, puede ocurrir una baja energía de Gibbs en el interior de una célula viva (permitiendo que ocurra la reacción) y, en el exterior de la célula, la energía de Gibbs sería más alta, lo que evitaría que se produjera la reacción. El suministro infinito de energía necesaria para alimentar la vida (estas áreas localizadas de diferentes estados de energía de Gibbs, el motor de las actividades de la vida) es provisto en última instancia por el sol.

Espero que eso ayude.

Wikipedia: cromodinámica cuántica.

Answer 3

Hay un montón de buenas respuestas aquí, que en conjunto cubren prácticamente todo el terreno en la pregunta original. No tengo nada que agregar a eso, y de hecho encontré mi propia comprensión aclarada por algunas de las otras respuestas.

Sin embargo, creo que nos corresponde a todos reflexionar conscientemente sobre el misterio subyacente que queda. A saber, ¿qué es la energía de todos modos?

Lo sé, lo sé … “capacidad para hacer un trabajo”. Pero eso es una prueba de fuego operacional, NO una definición explicativa verdadera. Es una forma de identificar y medir las cosas por su comportamiento externo (su funcionamiento), pero no nos dice de qué está hecha la energía.

Es como definir a Farmer Brown como un “hombre que ordeña vacas”. ¿Es esa realmente la sustancia de toda la existencia y el significado de un granjero? Y la “capacidad para hacer un trabajo” también describe los efectos de la energía, no su naturaleza fundamental.

La materia ha sido descrita por algunos autores como energía “congelada” o “congelada”. En otras palabras, la materia y la energía son formas o fases de la misma materia, como el hielo y el vapor. Están relacionados cuantitativamente por algo que tienen en común, a saber, la masa (en el caso del hielo y el vapor, la base común es la molécula de H2O).

Entonces, ¿qué es la masa, en realidad? Nuevamente, tenemos pruebas operativas y mediciones. ¿Pero de qué está hecha la masa ? El descubrimiento del bosón de Higgs muestra cómo el sistema universal hace masa, pero no nos dice en lenguaje humano intuitivo qué se está haciendo.

Seamos honestos. No lo sabemos Ni siquiera tenemos el lenguaje para expresar lo que realmente son la masa y la energía. Y posiblemente nunca lo haremos.

Lo que podemos decir está bastante limitado a esto: toda la energía en el universo se creó en el Big Bang y durará tanto como lo haga el universo. Grupos de eso hacen que las cosas sucedan. Los grupos más gruesos de todos son partículas de materia, como los átomos. Con el tiempo, un tiempo inmensamente largo, la energía se distribuirá de manera tan uniforme que ya no podrá “funcionar” y el universo será un lugar frío y muerto … según la Segunda Ley de la Termodinámica.

Entonces, cualquiera que sea la energía que puedan poseer los átomos, ya sea solo la energía potencial agrupada en sus quarks y electrones constituyentes, provino del Big Bang, ha durado miles de millones de años y durará miles de millones más. Realmente no necesitamos, ni podemos, explicar por qué el universo y sus contenidos tienen una vida útil particular. Pero la observación indica que lo hacen.

Varias personas han dicho que los átomos no necesitan energía para sentarse allí. No estoy muy seguro. Ciertamente, ellos “necesitan” la masa de energía en que consisten. Pero más allá de eso, ¿qué pasa con las fuerzas que operan dentro del átomo? ¿No poseen impulso los bosones internos, lo que implica energía?

Cuando los gluones se desplazan de quark a quark, uniéndolos en protones y neutrones con la fuerza fuerte, ¿sucede eso sin relación alguna con la energía? Seguro que me suena a trabajo.

Cuando los electrones “orbitan” o vibran o lo que sea que hacen, se unen al núcleo mediante la fuerza electromagnética, es decir, mediante el intercambio de fotones, ¿eso no implica energía?

No tengo muy claro si la física ha identificado completamente la relación entre las fuerzas fundamentales y la energía (si la hay). En algunos casos, sabemos que la energía se utiliza para generar electromagnetismo. Es por eso que tengo que cambiar la batería de mi auto de 60 meses cada 18 meses. (Texas come baterías como si Popeye se tragara espinacas). Pero ¿qué pasa con el electrón y el núcleo?

Parte de la respuesta puede estar en las partículas virtuales, que aprovechan la Incertidumbre Cuántica para vivir vidas muy breves al tomar energía del vacío y devolverla antes de que el universo tenga tiempo de “notar” que algunas partículas de alta están tratando de violar la Conservación de la Energía. regla.

Algunas de las fuerzas, algunas veces, están mediadas por fuerzas virtuales, como yo lo entiendo.

Entonces, tal vez la respuesta sea que los átomos necesitan energía para simplemente sentarse allí, pero la toman prestada del vacío y, por lo tanto, no perturban el presupuesto energético del universo macro. Pero, ¿no son algunas de las fuerzas internas del átomo mediadas por bosones “reales” permanentes? ¿De dónde obtienen energía? ¿O son las fuerzas realmente un caso tan especial que no involucran energía, a pesar de que parecen funcionar?

Si alguien puede decirme cuál es el pensamiento científico más actualizado sobre las preguntas que he formulado, por favor, hable. Estaría muy agradecido.

Answer 4

Los átomos no excitados se encuentran en su estado fundamental, a menos que sus núcleos sean inestables (p. Ej., Uranio radiactivo, plutonio o tritio). Realmente no pueden perder más energía. Piensa en lanzar un grano de arena al espacio. Tampoco se va a deteriorar, a menos que sea golpeado por un rayo cósmico que puede suceder a veces.

A menos que se apliquen cantidades muy extremas de energía a un átomo (es decir, en el núcleo de una estrella o una supernova, o una bomba de hidrógeno, o un impacto de otra partícula de alta energía), se mantendrá de la forma en que es efectivamente para siempre.

Los átomos excitados pueden cambiar su comportamiento químico y eléctrico temporalmente, debido a los cambios en sus capas de electrones. Pero, estos son generalmente temporales, y no afectan en absoluto a los núcleos atómicos internos.

La mayor parte del hidrógeno que compone el agua en su cuerpo, así como la mayor parte del litio en las baterías de iones de litio de su teléfono celular, se creó unos minutos después del Big Bang, hace 13.8 mil millones de años. La mayoría del resto de los átomos que eres tú y todo lo demás que sabes se crearon a lo largo de miles de millones de años posteriores en una secuencia de estrellas que se formaron, se fusionaron durante millones o miles de millones de años y explotaron, enviando sus entrañas fusionadas al espacio. La mayoría de los átomos más pesados ​​que el carbono se fusionaron en un conjunto de explosiones de supernovas unas decenas o cientos de millones antes de la formación de nuestro sistema solar hace 4.600 millones de años.

Referencias:

Big Bang nucleosynthesis
Sistema solar
Hipótesis nebulosa
Formación y evolución del sistema solar.

Curiosamente, la hipótesis nebular de que el sistema solar formado a partir de una gran nube de gas interestelar fue propuesta por primera vez por Immanuel Kant de todas las personas en 1755 en su libro Historia general de la naturaleza y Teoría de los cielos .

El siglo XVIII fue un momento bastante sorprendente para las teorías sobre el sistema solar.

Answer 5

Respuesta corta : la energía se conserva, y los ciclos (bio) químicos no causan ningún cambio neto en los átomos en sí mismos. El aumento de la entropía a lo largo del tiempo implica la disposición y la distribución de energía (principalmente cinética) de los átomos, y no cambios en los átomos en sí.

Respuesta larga :
El núcleo atómico es bastante indestructible por los procesos químicos, incluidos los procesos (bio) químicos de los organismos. (Es posible cambiar un núcleo, pero requiere mucha energía (p. Ej., Aceleradores de partículas, rayos cósmicos), más energía de la que pueden manipular los seres vivos no tecnológicos).

Ahora los electrones del átomo son otra historia: los procesos químicos y bioquímicos a menudo implican la transferencia de electrones de un átomo a otro. Pero todos los electrones son idénticos , por lo que si pierdes un electrón y recuperas uno más tarde, terminas con un átomo que es idéntico a lo que empezaste.

Supongamos un ciclo bioquímico simplificado:
1. fotosíntesis: 6 CO2 + 6 H2O -> C6H12O6 + 6 O2.
2. respiración: C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O.
Primero, si “sigues” los núcleos en la reacción, no les pasa nada. En segundo lugar, tenga en cuenta que estas dos reacciones son opuestas. De la conservación de la energía se deduce que la energía absorbida en la fotosíntesis es igual a la energía liberada en la respiración. Tercero, hay un aumento neto en la entropía , pero eso no implica el deterioro de los átomos involucrados. Recuerda, los núcleos atómicos y los electrones son “indestructibles”. En cambio, la entropía tiene que ver con la disposición y la distribución de energía de las partículas que forman el universo. El resultado neto del ciclo es que unos pocos fotones de luz visible se absorben y que su energía se convierte en energía cinética de los átomos y quizás en algunos fotones infrarrojos de menor energía (tanto la energía cinética como los fotones infrarrojos se consideran coloquialmente como ser energía calorífica).

Answer 6

¿Qué “3.3 mil millones de años de uso”? La energía está bloqueada como energía potencial en varias formas, nadie la está drenando. Excepto en el caso raro de núcleos inestables, que pierden pequeñas cantidades a medida que se desintegran a núcleos estables. Pero luego dejan de perder energía, también.

Para ser más claros: todo lo que dije anteriormente se aplica a la energía nuclear. La energía química se gana y se pierde todo el tiempo. Pero la inevitable entropía de estos cambios se encuentra en el estado de agregaciones de los átomos, no en los átomos individuales en sí. Este último puede ganar y perder energía química (electromagnética) todo el tiempo sin desgaste. Incluso por 14 mil millones de años de ‘uso’.

Answer 7

Física 101, mi amigo. La energía no se crea, ni se destruye. Todos los julios de energía que has usado, estás usando o usarás alguna vez ha estado aquí desde la época del Big-Bang. Simplemente sigue cambiando de forma, desde térmica a mecánica y luego a eléctrica en centrales eléctricas; Desde la sustancia química en la pólvora, hasta la luz, el calor y el sonido de la explosión: la energía total del universo, incluida la energía que mantiene a los átomos en funcionamiento, ha sido constante desde el principio de los tiempos.

Los átomos no consumen energía. Al igual que todo proceso u objeto en el mundo, simplemente lo convierten,

Answer 8

Al principio, iba a abordar esto desde el tema de la energía que permite que los átomos permanezcan coherentes. Sin embargo, este no parece ser el enfoque real de su pregunta. Parece que quieres saber cómo continúan los seres vivos, a pesar de que aparentemente consumes más energía de la que producen.

La respuesta es que la biosfera de la Tierra no es un sistema cerrado. No depende de la energía química que estaba encerrada en los enlaces moleculares cuando la vida comenzó a emerger. La energía (y la materia) se agrega continuamente al sistema desde múltiples fuentes. La fuente primaria de esta energía es el sol. La vida en la superficie de la Tierra se basa casi enteramente en esta fuente; la fotosíntesis bloquea su energía en enlaces químicos, y otros niveles del ecosistema hacen uso de esa energía. El siguiente es la energía geotérmica, el calor liberado por los respiraderos volcánicos (gran parte de este calor es producido por las fuerzas de la gravedad en el interior del planeta, evitando que el núcleo se enfríe). Esta es la principal fuente de energía para los ecosistemas de bolsillo alrededor de estos respiraderos en el fondo del océano. También hay algo de energía agregada por el lento decaimiento radioactivo y por los impactos de meteoritos, pero la contribución es menor.

Por lo tanto, no somos una gran batería química, se está agotando lentamente. Somos una célula solar, dependiente de un generador de fusión gigante, con algunas fuentes de respaldo en su lugar.

Answer 9

La energía no puede ser destruida. La masa es energía (E = mc2), los protones y los neutrones tienen masa.

En un reactor nuclear, los átomos se rompen para formar dos átomos más pequeños (fisión). La masa acumulada de estos dos átomos es ligeramente menor que el átomo original, liberando una enorme cantidad de energía en forma de radiación electromagnética. Esto calienta el agua en vapor, que hace girar una turbina, que hace girar los imanes e induce la electricidad en el cable.

Answer 10

Añado un pensamiento más. De acuerdo con las teorías de la gran unificación, los protones decaerán, creo que a la vida media de E (32) (1 con 32 ceros) años. Incluso los isótopos estables no serán por lo tanto eternos. Pero su decadencia está tomando más tiempo que la edad estimada del universo. Tal razonamiento también sería coherente con la 2ª ley de la termodinámica que postula una entropía cada vez mayor (reconozco que mezclo una ley clásica de la física con un efecto cuántico).

Answer 11

Momento, inercia, gravedad y entropía son las cuatro “fuerzas” fundamentales que animan toda la materia atómica. El llamado “Big Bang” sucedió hace 13.8 mil millones de años, y fue tan enérgico que aún se está desarrollando hasta el día de hoy y lo hará por aproximadamente otro año estimado en Googol antes de que finalmente se agote. (Ver: calor muerte del universo).

Answer 12

La energía no puede ser creada ni destruida (excepto que la materia y la energía se convierten una en otra).

Los átomos no gastan energía solo por existir.

En la superficie de la Tierra, la energía es la entrada del sol (y algunas otras fuentes muy pequeñas). Esto proviene de la fusión del hidrógeno con el helio en el núcleo del Sol.

Answer 13

Los átomos adquieren energía al ser bombardeados por un fotón, lo que lleva a los electrones a una órbita más energética. Más tarde, los electrones disminuyen a órbitas de energía más bajas, renunciando a los fotones para mantener “los libros equilibrados”.

Entonces, la energía de los átomos es variable, pero el estado fundamental o el estado de energía más bajo es constante a lo largo del tiempo.

Answer 14

Joshua Engel , dio una muy buena respuesta. La mejor manera en que se me ocurrió pensar en esto es escribir 1. Ese siempre seré uno. No pierde nada para ir a 0. No gana nada para ir a 2.

Podemos hacer muchas cosas para eso 1. Agregue 5 para hacer 6. luego multiplíquese para hacer 36. Raíz cuadrada para obtener +/- 6. Que 1 puede ser parte de = lo que quiera. No cambiará de la misma manera que un átomo no cambia.

Answer 15

Los átomos no se ‘agotan’, a menos que hagas fisión nuclear. La fusión es diferente, combina los átomos.