Sind die Elemente durch Zufall entstanden?

„JEDES Objekt im Universum, selbst der entfernteste Stern, besteht aus Atomen“, erklärt die Encyclopedia of Stars & Atoms. Einzelne Atome sind zu klein, als daß man sie sehen könnte, aber in dichtgedrängter Form kennen wir sie als chemische Elemente. Viele dieser Elemente liegen in fester Form vor und sind sichtbar; andere sind gasförmig und unsichtbar. Läßt sich die Existenz all dieser chemischen Elemente mit dem Zufall erklären?

Die Elemente 1 bis 92

Obwohl die Wasserstoffatome die leichtesten aller Atome sind, liefern gerade sie das Brennmaterial für Sterne wie unsere Sonne und sind daher lebenswichtig. Ein Wasserstoffatom hat ein Proton als Kern und ein Elektron, das diesen umkreist. Andere chemische Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Gold und Quecksilber bestehen aus Atomen, deren Kern sich aus mehreren Protonen und Neutronen zusammensetzt und von vielen Elektronen umkreist wird.

Vor etwa 450 Jahren waren nur 12 chemische Elemente bekannt. Mit der Entdeckung weiterer Elemente fiel den Forschern auch deren natürliche Ordnung auf. Und als die Elemente in Reihen und Spalten einer Tabelle eingetragen wurden, fielen Wissenschaftlern bei den Elementen derselben Spalte ähnliche Eigenschaften auf. Aber es gab auch freie Felder in der Tabelle, die für bisher unbekannte Elemente standen. Daher konnte der russische Wissenschaftler Dmitri Mendelejew die Existenz des Elements mit der Ordnungszahl 32, des Germaniums, vorhersagen sowie dessen Farbe, Gewicht, Dichte und Schmelzpunkt. Mendelejews „Voraussagen über andere fehlende Elemente — Gallium und Scandium — stellten sich ebenfalls als sehr genau heraus“, bemerkt das wissenschaftliche Lehrbuch Chemistry (1995).

Im Laufe der Zeit haben Wissenschaftler weitere unbekannte Elemente und manche ihrer Eigenschaften im voraus beschrieben. Schließlich wurden alle fehlenden Elemente entdeckt, so daß die Tabelle jetzt lückenlos ist. Die natürliche Anordnung der Elemente ergibt sich aus der Zahl der Protonen im Atomkern. Demnach bildet Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1 den Anfang, und entsprechend geht es weiter bis zum letzten Element, das auf der Erde in der Regel natürlich vorkommt, dem Uran mit der Ordnungszahl 92. Ist so etwas reiner Zufall?

Man beachte auch die große Vielfalt der chemischen Elemente. Gold und Quecksilber glänzen, aber in unterschiedlichen Farben. Das eine Element ist ein fester Stoff, das andere eine Flüssigkeit. Trotzdem stehen sie mit den Ordnungszahlen 79 und 80 nebeneinander. Ein Goldatom hat 79 Elektronen, 79 Protonen und 118 Neutronen. Ein Quecksilberatom hat nur  ein Elektron und nur ein Proton mehr sowie ungefähr die gleiche Anzahl Neutronen.

Ist es bloßer Zufall, daß minimale Unterschiede in der Zusammenstellung der Elementarteilchen eine solche Vielfalt an Elementen hervorbringen? Und was ist mit den Kräften, die die Elementarteilchen zusammenhalten? „Vom kleinsten Elementarteilchen bis zur größten Galaxie hält sich alles im Universum an Regeln, die durch die Gesetze der Physik beschrieben werden“, wird in der Encyclopedia of Stars & Atoms erläutert. Stellen wir uns einmal vor, was geschähe, wenn sich nur eine dieser Regeln ändern würde. Was wäre zum Beispiel die Folge, wenn sich die Kraft, die die Elektronen um den Atomkern kreisen läßt, verändern würde?

Feinabstimmung der physikalischen Kräfte

Wie würde sich denn eine schwächere elektromagnetische Kraft auswirken? „Elektronen und Atomkerne [würden] nicht länger aneinander haften“, schreibt Dr. David Block, Autor des Buches Sternenwelt. Was genau wäre die Folge? „Wir lebten dann in einer Welt, in der keine chemischen Reaktionen ablaufen könnten!“ fügt er hinzu. Wie dankbar können wir für die feststehenden Gesetze sein, die chemische Reaktionen ermöglichen! Ein Beispiel ist die Bildung von Molekülen aus je zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom, so daß das wertvolle Wasser entsteht.

Die elektromagnetische Kraft ist etwa hundertmal schwächer als die starke Kernkraft, die den Atomkern zusammenhält. Wie würde es sich auswirken, wenn sich dieses Kräfteverhältnis änderte? „Wäre das Verhältnis der Stärke der Kernkraft zur Stärke der elektromagnetischen Kraft nur minimal anders, gäbe es keine Kohlenstoffatome“, erklären die Wissenschaftler John Barrow und Frank Tipler. Ohne Kohlenstoff gäbe es kein Leben, zumal er 20 Prozent des Gewichts aller Organismen ausmacht.

Die Stärke der elektromagnetischen Kraft im Verhältnis zur Gravitation ist ebenfalls entscheidend. „Die winzigste Veränderung im Verhältnis der Stärke der Gravitation zur Stärke der elektromagnetischen Kraft würde Sterne wie unsere Sonne in [für irdische Lebewesen viel zu heiße] blaue Riesen oder [für die Lebenserhaltung zu kalte] rote Zwerge verwandeln“, heißt es in der Zeitschrift New Scientist.

Eine weitere Kraft, die schwache Kernkraft, bestimmt, wie schnell die Kernreaktionen im Innern der Sonne ablaufen. „Sie ist eben schwach genug, daß der Wasserstoff in der Sonne langsam und gleichmäßig brennt“, erklärt der Physiker Freeman Dyson. Man könnte viele weitere Beispiele dafür anführen, wie sehr unser Leben von den fein ausbalancierten Gesetzen und Bedingungen im Universum abhängt. Der Wissenschaftsautor Professor Paul Davies verglich diese Bedingungen und Gesetze mit einer Anzahl Regelknöpfe, und wie er sagte, „sieht es so aus, als ob die Knöpfe mit enormer Genauigkeit aufeinander abgestimmt sein müssen, wenn im Universum Leben möglich sein soll“.

Schon lange bevor Sir Isaac Newton das Gravitationsgesetz entdeckte, gab es in der Bibel Hinweise auf solche unveränderlichen Regeln oder Gesetze. Hiob wurde gefragt: „Kennst du die Ordnung, der der Himmel folgt, und machst sie gültig für die ganze Erde?“ (Hiob 38:33, Die Gute Nachricht). Weitere demütig stimmende Fragen waren: „Wo befandest du dich, als ich die Erde gründete?“ und: „Wer hat ihre Maße festgesetzt, falls du es weißt?“ (Hiob 38:4, 5).

[Kasten auf Seite 6]

LEBENSWICHTIGE ELEMENTE

Unser Körper besteht zu 98 Prozent aus den chemischen Elementen Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff. Stickstoff bildet weitere 1,4 Prozent. Andere Elemente kommen in sehr geringen Mengen vor, sie sind aber deswegen nicht weniger lebenswichtig.

[Übersicht/Diagramm auf Seite 6, 7]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

 Bisher haben Wissenschaftler Elemente im Ordnungszahlbereich 93 bis 118 erzeugt. Wie vorauszusehen war, passen diese Elemente nach wie vor in das Muster des Periodensystems

[Nachweis]

(Quelle: Los Alamos National Laboratory).

Name des Elements Zeichen Ordnungszahl (Anzahl der Protonen)

Wasserstoff H 1

Helium He 2

Lithium Li 3

Beryllium Be 4

Bor B 5

Kohlenstoff C 6

Stickstoff N 7

Sauerstoff O 8

Fluor F 9

Neon Ne 10

Natrium Na 11

Magnesium Mg 12

Aluminium Al 13

Silicium Si 14

Phosphor P 15

Schwefel S 16

Chlor Cl 17

Argon Ar 18

Kalium K 19

Calcium Ca 20

Scandium Sc 21

Titan Ti 22

Vanadium V 23

Chrom Cr 24

Mangan Mn 25

Eisen Fe 26

Kobalt Co 27

Nickel Ni 28

Kupfer Cu 29

Zink Zn 30

Gallium Ga 31

Germanium Ge 32

Arsen As 33

Selen Se 34

Brom Br 35

Krypton Kr 36

Rubidium Rb 37

Strontium Sr 38

Yttrium Y 39

Zirkonium Zr 40

Niob Nb 41

Molybdän Mo 42

Technetium Tc 43

Ruthenium Ru 44

Rhodium Rh 45

Palladium Pd 46

Silber Ag 47

Cadmium Cd 48

Indium In 49

Zinn Sn 50

Antimon Sb 51

Tellur Te 52

Jod J 53

Xenon Xe 54

Cäsium Cs 55

Barium Ba 56

Lanthan La 57

Cer Ce 58

Praseodym Pr 59

Neodym Nd 60

Promethium Pm 61

Samarium Sm 62

Europium Eu 63

Gadolinium Gd 64

Terbium Tb 65

Dysprosium Dy 66

Holmium Ho 67

Erbium Er 68

Thulium Tm 69

Ytterbium Yb 70

Lutetium Lu 71

Hafnium Hf 72

Tantal Ta 73

Wolfram W 74

Rhenium Re 75

Osmium Os 76

Iridium Ir 77

Platin Pt 78

Gold Au 79

Quecksilber Hg 80

Thallium Tl 81

Blei Pb 82

Wismut Bi 83

Polonium Po 84

Astat At 85

Radon Rn 86

Francium Fr 87

Radium Ra 88

Actinium Ac 89

Thorium Th 90

Protactinium Pa 91

Uran U 92

Neptunium Np 93

Plutonium Pu 94

Americium Am 95

Curium Cm 96

Berkelium Bk 97

Californium Cf 98

Einsteinium Es 99

Fermium Fm 100

Mendelevium Md 101

Nobelium No 102

Lawrencium Lr 103

Rutherfordium Rf 104

Dubnium Db 105

Seaborgium Sg 106

Bohrium Bh 107

Hassium Hs 108

Meitnerium Mt 109

110

111

112

114

116

118

[Diagramm]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Spiegelt sich in der Ordnung und Harmonie der Elemente im Periodensystem bloßer Zufall wider oder intelligente Planung?

Heliumatom

Elektron

Proton

Neutron

[Diagramm/Bild auf Seite 7]

(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)

Woher kommt die Feinabstimmung der vier physikalischen Kräfte?

ELEKTROMAGNETISMUS

STARKE KERNKRAFT

GRAVITATION

SCHWACHE KERNKRAFT

Wassermolekül

Atomkern

Blauer Riese

Roter Zwerg

Sonne