Pričujoči tekst nam razkriva ozadje danes samoumevne resnice o večinski zgradbi vesolja in večine zvezd. V vseh resnih kozmoloških ali astrofizikalnih tekstih lahko preberemo, da vesolje in tudi večino zvezd, sestavlja okrog 74 % vodika in cca 24% helija – gre za masne deleže. Do 100 % pa je še nekaj malega težjih elementov (torej cca 2% - od tega kar polovico kisika in slaba polovica ogljika). Masivnejši elementi so v veliki meri nastali v vročih sredicah zvezd, kjer torej zaradi gravitacijskega stiskanja plazme poteka fuzija - zlivanje lažjih jeder v težja, tja do železa … Lokalno, recimo na planetu Zemlja, pa so lahko ti masni deleži precej različni (železo (35,1 % mase planeta), kisik (28,2 %), silicij (17,2 %), magnezij (15,9 %), nikelj (1,6 %), kalcij (1,6 %), aluminij (1,5 %), žveplo (0,7 %), natrij (0,25 %), titan (0,071 %), kalij (0,019 %), drugi elementi (0,53 %, v tem deležu se skriva tudi okrog 0,03 % ogljika C) …). O tem smo že pisali v nov. Spiki 2020.

In prav ta sestava naše Zemlje in Fraunhoferjeve absorpcijske spektralne črte s Sonca, ki se ujemajo z emisijskimi črtami svetlobe atomov, ki sestavljajo Zemljo, so večino fizikov, astronomov, kemikov … grdo zavedle glede sestave Sonca, vesolja.
Ko se že zdi, da je na naši strani logično sklepanje in rezultati spektrometrije – torej podobna raznolikost atomov tako na Zemlji, kot na Soncu - bomo seveda na prvo žogo privzeli, da je tudi masni deleži atomov podoben tako na Soncu, kot na Zemlji. To je bila še ena zmota v zgodovini znanosti – ki jo v kontekstu časa, takratnih vedenj, lahko razumemo, kot lahko razumemo tudi geocentrizem pred stoletji. In obakrat so protagonisti 'samoumevne' resnice potegnili ta kratko …

V znanosti torej sklepanja na prvo žogo pogosto niso pravilna. Zmeraj so potrebna dodatna teoretična in praktična preverjanja, tudi širša slika, da ne kupimo mačka v žaklju. In kdo je bila oseba, ki je prva preko pravilne statistične interpretacije izmerjenih spektrov porušila mit, da je Sonce po deležih atomov enako Zemlji? To je bila Cecilia Helena Payne leta 1925 (to je tudi čas mladosti naših babic in dedkov).



Cecilia Payne-Gaposchkin (rojena Cecilia Helena Payne, 1900 – 1979) je bila ameriška astronomka in astrofizičarka britanskega rodu. Njeno delo o sestavi vesolja in naravi spremenljivih zvezd je bilo temelj sodobne astrofizike. V svoji doktorski disertaciji iz leta 1925 ("Stellar Atmospheres") je preko Saha-jeve ionizacijske enačbe in Boltzmannove porazdelitve o zasedenosti posameznih vzbujenih stanj znotraj danega ionizacijskega stanja, dokazala, da so zvezde sestavljene predvsem iz vodika in helija. Njen prelomni sklep so sprva zavrnili vodilni astrofiziki, vključno s Henryjem Norrisom Russellom, ker je bil v nasprotju s takratno znanostjo, ki je trdila, da med Soncem in Zemljo ni bistvenih elementarnih razlik (to je bila napačna teza na poenostavljeni interpretaciji spektrov - v bistvu dogme v znanosti niso redkost). Nova neodvisna opazovanja, meritve, analize so sčasoma potrdile, da je imela gospodična Payne še kako prav.
Vir slike: https://aas.org/posts/news/2022/04/month-astronomical-history-april-2022


Sončev spekter (vir - splet), kjer se lepo opazijo Fraunhoferjeve absorpcijske črte (temnejše vertikalne črte, ki pripadajo absorbiranim valovnim dolžinam svetlobe s strani različnih atomov in molekul Sončeve atmosfere, nekaj pa tudi naše atmosfere). Kaj lahko pomeni intenzivnost črt? Včasih so trdili, da pomeni številčni delež danega atoma – a temu ni zmeraj tako. Recimo izrazita železova Fe I črta pri λ = 430,79 nm (Fraunhoferjeva G-linija na sliki) je astronome zavedla in so dolgo bili prepričani, da vsebuje Sonce toliko železa kot Zemlja. A ta izrazitost železove črte (železo ima kar 26 elektronov, vodik pa enega) je posledica velikega števila vzbujenih stanj elektronov železa, sploh na polni orbitali d pri dani temperaturi in nikakor ne same številčnosti železa (pri vodiku z enim elektronom pa je logika ravno obratna, da vodikove črte f, F, C na sliki sploh vidimo, je potrebna ogromna številčnost samega elementa v Soncu, odločata seveda tudi še sama temperatura in energijska vezanost elektronov na atomska jedra).
Takrat (pred dobrim stoletjem) še astrofizika in sama biologija nista bili na tej stopnji razumevanja, da bi lahko sklepali, da Sonce s tako količino železa ne bi stabilno svetilo več kot 4 milijarde let, ampak bi veliko prej ugasnilo in se tako življenje na Zemlji sploh ne bi uspelo razviti, saj ne v tako kompleksni obliki. Železo v jedru zvezde namreč deluje kot pepel, ne kot gorivo, je končni produkt fuzije, od železa naprej pa bi fuzija energijo porabljala, ne proizvajala. Vemo pa, da Sonce energijo proizvaja in jo bo še proizvajalo milijarde let, ker ima največ vodika in helija in, ker ni permisivna zvezda …


Nastali smo iz enake osnove – a danes smo Sonce, Zemlja, »Človek« po masnem deležu posameznih atomov 'presenetljivo' zelo različni. Astronomka Cecilia Helena Payne je leta 1925 prva pravilno napovedala deleža vodika in helije v Soncu – a ji kar nekaj časa večina ni verjela, zaupala. To je bil eden največjih dosežkov astronomije, a saj poznate zgodbo o medalji in krogli.

Cecilia Payne-Gaposchkin ne boste našli praktično nikjer v pregledu zaslužnih astronomov – bil sem zelo presenečen, da je tudi ni v znamenitem pregledu Isaaca Asimova: Biografska enciklopedija znanosti in tehnike (1195 znanstvenikov), Tehniška založba Slovenije, 1978. Prevedli: Vladimir Batagelj, Andrej Čadež, Branko Gradišnik, Alojz Kodre, Ladko Korošec, Borut Mavko, Boris Verbič. Strokovna redakcija: Alojz Kodre. To enciklopedijo močno priporočam v branje – če še sploh kdo bere klasične knjige …

V svoji disertaciji (1925) je Payne kvantificirala, kako temperatura zvezde vpliva
na število atomov v ionizacijskih in vzbujenih stanjih, ki
absorbirajo svetlobo in ustvarijo absorpcijske črte v spektru zvezde.
Nadgradila je delo Arthurja Milneja in Ralpha Fowlerja z uporabo teorije
termične ionizacije, ki jo je razvil Indijec Meghnad Saha. Sahova ionizacijska
enačba pravi, da ko sta dani element in temperatura okolice znana, je
mogoče najti delež atomov v danem ionizacijskem stanju. Z drugimi besedami,
lahko najdemo relativno številčnost elementa. Payne je pokazala, da je
spreminjanje jakosti črt v zvezdnih spektrih posledica različnih ionizacijskih in vzbujenih
stanj elementov, ne pa njihovega različnega števila, deleža.


Cecilia Payne je torej ugotovila, da so močne (izrazite) spektralne črte elementov lahko posledica fizikalnih razmer, ne pa nujno velike količine teh elementov, kot jo to takratna večina napačno sklepala. Zato je lahko pravilno ocenila, da Sonce sestavljata predvsem vodik in helij, čeprav so črte kovin (rec. železa) zelo močne (izrazite).
A Saha-jeva enačba sama po sebi še ne določa količine posameznih elementov. Kaj je pokazala globlja analiza?
Saha-jeva enačba pokaže, kakšno je razmerje med ioniziranimi in nevtralnimi atomi elementa pri dani temperaturi. Če želimo pravilno razložiti, zakaj so spektralne črte določenih elementov močne ali šibke, moramo vedeti, kolikšen delež atomov je v višjem stanju za oddajo (absorpcijo) svetlobe – 'črt' (nevtralni ali ionizirani atomi) in seveda koliko teh atomov je sploh prisotnih. V ta namen pa je uporabila še Boltzmannovo porazdelitev, ki poda zasedenost posameznih vzbujenih stanj znotraj danega ionizacijskega stanja.
Razmišljanje mlade dame Payne-Gaposchkinove (takrat še Cecilia Helena Payne) je temeljilo na naslednji logiki.
Črte so lahko izrazite zaradi ugodne ionizacije in vzbujenosti pri dani temperaturi in ne zato, ker je teh elementov veliko. Ko je primerjala, koliko vodikovih atomov je potrebnih, da razložijo (celo šibkejše) črte vodika, in koliko atomov železa bi bilo potrebnih za razlago izrazitih železovih črt, je ugotovila naslednje. Da bi bile črte železa tako močne kot so, bi zadostovala zelo majhna količina železa pri danih pogojih, recimo na Soncu. Nasprotno pa je za razlago spektralnih črt vodika potrebno neprimerno več vodika, seveda ob upoštevanju temperature in stopnje ionizacije.
Iz tega je takrat izračunala, da mora biti razmerje elementov v Soncu približno:
- vodik (H) ≈ 90 % (številski delež),
- helij (He) ≈ 10 %,
- vsi ostali elementi skupaj < 1 %.
To je zelo blizu današnjim vrednostim (to priča o izjemni analitičnosti ga. Payne).

Rezultat se torej ne vidi neposredno v Saha-jevi enačbi, temveč v primerjavi izračunane gostote (ki jo da Boltzmannova porazdelitev) z opazovanimi spektralnimi črtami ( Partitivna funkcija Z je vsota vseh možnih energijskih stanj atoma, uteženim z Boltzmannovim faktorjem, velja torej:
Z = ∑g_ie^-E_i/(kT)
Kjer je T temperatura, E_i - energija stanja i, g_i - degeneracija stanja i (število načinov, kako je stanje lahko zasedeno). Vodik pri tej temperaturi ima zelo malo stanj, Z ≈ 2, železo pa ima 26 elektronov, polne d-orbitale, veliko možnih elektronskih konfiguracij in ima zato Z ≈ 1000.

Cecilia Payne je v svoji znameniti doktorski disertaciji dejansko uporabila tako Saha-jevo enačbo kot Boltzmannovo porazdelitev, da je razložila spektralne značilnosti zvezd in sestavo zvezdne atmosfere. Obe enačbi sta bili ključni orodji, ki sta ji je omogočili pravilno razlago jakosti črt in pri ugotovitvi, da Sonce ne more biti sestavljeno večinoma iz težjih elementov – čeprav imajo ti močne (izrazite) spektralne črte (ki jih lahko vidimo tudi s preprostim spektroskopom na uklonsko mrežico in ozko režo – priporočam vsem šolam, da to omogočijo mladim radovednežem).



Uvodna stran večini nepoznanega, a prelomnega doktorata Cecilie Helena Payne iz leta 1925 - Stellar Atmospheres. Znameniti Otto Struve – bil je direktor observatorijev Yerkes in McDonald – je njen prispevek označil za »nedvomno najbriljantnejšo doktorsko disertacijo, kar jih je bilo kdaj napisanih v astronomiji.«
Vir slike: https://aas.org/posts/news/2022/04/month-astronomical-history-april-2022

A kot vidimo Cecilie Payne ni moč najti v pregledih zaslužnih astronomov, astronomk. Tudi sam se ne spomnim, da bi za njeno ime slišal med študijem, v medijih. Nanjo sem naletel v Letu kvantne mehanike 2025 – ko sem iskal odgovore na vprašanja o zgodovinski povezanosti kvantne mehanike in masnega defekta v zvezdah, torej o nukleosintezi v zvezdah in v 'mladem' vesolju.

Zakaj se je to zgodilo Cecili Payne? Del odgovora se skriva že v uvodu in zadaj je enak razlog, kot smo se ljudje tudi zelo dolgo upirali dejstvu, da Zemlja rotira krog lastne osi in hkrati potuje okrog skupnega težišča s Soncem … Samoumevnost videnega, logika vsakdana, nam zastre pogled na dejansko resnico in željo po globljem raziskovanju, analiziranju, po meritvah, po širši univerzalni sliki. Če se nam nekaj zdi samoumevno, zakaj bi to sploh še raziskovali naprej, zakaj bi dvomili – to vendar vnaša nemir v 'ustaljeni' red med nami. Prav ta lahkotnost bivanja, razmišljanja večine, je prvi dami takratne astrofizike Payne onemogočila, da bi njeni pravilni izračuni bili sprejeti v strokovni javnosti. A vseeno je doktorat bil sprejet – a, kot bomo videli, z delnim zanikanjem izjemnih rezultatov.

Že omenjeni Russell je leta 1925 po branju Paynenine doktorske teze pripomnil: »S trenutno teorijo je nekaj resno narobe ... očitno je nemogoče,
da bi bil vodik milijon krat bolj obilen kot kovine.« (v astronomski rabi je »kovina« kateri koli element, ki ni vodik ali helij)
Da bi zaščitila svojo kariero in ne bi neposredno izpodbijala prevladujočih idej o sestavi zvezd, je Payne v svojo tezo vstavila naslednjo izjavo (Payne-Gaposchkin, Stellar Atmospheres, 1925, p. 188–189):
»Največja razhajanja med astrofizikalnimi in zemeljskimi vrednostmi razmerij se pojavljajo pri vodiku in heliju; izjemno visoka zastopanost, pripisana tema elementoma v zvezdnih atmosferah, skoraj gotovo ni realna.«

Take poteze (dvom vase, da preživimo) so v zgodovini bile pogoste in še danes ni nič drugače …

V članku iz leta 1929 v Astrophysical Journalu si je Russell premislil, saj
je prišel do istega zaključka kot Payne glede številčnosti kozmičnega
vodika. Navedel je njeno tezo iz leta 1925, ko je proti koncu svojega
članka izjavil, da je "velika količina vodika v zvezdah skoraj nedvomna".

Leta 1934 se je Payne poročila s Sergejem Gaposchkinom. Gaposchkin in
Payne sta pogosto sodelovala pri raziskavah spremenljivih zvezd v Velikem
in Malem Magellanovem oblaku, ki so temeljile na fotografskih ploščah,
shranjenih na Harvardu. Poleg tega je Payne do leta 1942 napisala 78 člankov
o zvezdnih spektrih in 58 člankov o zvezdni fotometriji ter tri knjige.
Še naprej je poučevala tudi podiplomske tečaje astronomije na Harvardu.
Kljub temu, da je bila neutrudna raziskovalka in odlična pedagoginja, je
bil Paynein status na Harvardu še vedno precej nizek. Njeno ime ni bilo
navedeno v katalogu tečajev, njena plača pa je bila precej nižja od plače
moškega primerljivega ranga.
Astronomska skupnost je potrebovala veliko let, da je v celoti razumela in priznala obseg Payne-Gaposchkinovih dosežkov.
7. decembra 1979 je "Prva dama Harvardovega observatorija" umrla za pljučnim rakom.
V svoji avtobiografiji, The Dyer's Hand (Barvarjeva roka, opomba - Dyer barva tkanine), je Payne povzela svojo filozofijo o tem, kako je vztrajala pri soočanju s spolnimi predsodki.
Payne govori o tem, da pisanje ni “čisto” ali nevtralno – avtor je vedno zaznamovan z izkušnjami, družbenim položajem, tudi s spolom. Kot ženska je bila pogosteje podcenjena, preslišana ali brana skozi predsodke. Kljub temu si ni “očistila rok” (ni prilagajala glasu, da bi bila sprejemljivejša), ampak je vztrajala pri lastni drži.

V prid mentorjema je vsaj to, da sta vendar dovolila objavo (a s pridržkom). A ta dilema o zaslugah v razmerjih mentor - študent, se v resnici ne da v celoti razrešiti. Kaže pa ta zgodba tudi na dejstvo, da mentorji precej redko v celoti pregledajo in razumejo izdelek študenta ..., zadaj je tudi realni problem limitiranosti časa za izdelavo in zagovor diplome, doktorata.

Tako se je res zelo "počasi" zbistrila dolgo nejasna kvantna slika o sestavi zvezd, posredno tudi vesolja - zvezde namreč nastajajo iz osnovnih gradnikov vesolja kmalu po velikem poku (ideja o začetku, širitvi vesolja, je takrat bila še v teoretičnih povojih) - in še zmeraj na kozmični ravni prevladujeta vodik in helij. Lokalno - v točkah zmanjšanja entropije, kjer nastajajo zvezde - so sicer končni produkti zvezd masivni elementi, a globalno, na kozmični ravni, se bistveno ni spremenilo razmerje vodik - helij. Ostalih masivnejših elementov je torej še zmeraj skromno število, čeprav so le ti ključni gradniki našega telesa in Zemlje.
Še komentar. Prvi, ki je verodostojno predlagal širitev vesolja na znanstveni osnovi, je bil Georges Lemaître, belgijski duhovnik, fizik in astronom, leta 1927 v članku "Homogeno vesolje s konstantno maso in rastočim polmerom, ki pojasnjuje radialne hitrosti ekstra-galaktičnih meglic".

Kmalu se je tudi pojavilo vprašanje, kaj se je zgodilo z atomi po začetku širjenja vesolja, kdaj so atomi nastali? Pri zelo vročem vesolju so bili namreč kvarki del začetne juhe osnovnih delcev narve in protonov ter nevtronov še ni bilo – trki so bili namreč presiloviti med delci za nukleosintezo. Ko je temperatura padla tam nekje pod 10¹² K (po 0,0001 sekunde) se pojavijo protoni in nevtroni (tvorijo jih trije kvarki) in ko pade temperatura pod 10⁹ K, se pojavijo tudi helijeva jedra (in zakaj razmerje 75 % vodika in okrog 25% helija? – odgovor sledi). Heliju tako tudi pravimo pepel velikega poka (na začetku je nastalo še nekaj litija in zelo malo ostalih elementov). Zato je danes v grobem razmerje med helijem in vodikom v prid vodika, ki ga je okrog 75 % in helija okrog 25% - velja za področja, kjer ni novega fuzijskega helija, ki nastaja v zvezdah. To razmerje se je ustalilo, ko je vesolje bilo staro dobro minuto (ko temperatura vesolja pade pod 10⁹ K), takrat je bilo razmerje med protoni in nevtroni že okrog 7:1 v prid protonom – pred tem (pri višjih temperaturah je veljalo prehajanje
n + e^- <== > ν_e + p in n + ν_e <== > p + e^-
je bilo nevtronov in protonov približno enako (po padcu temperature pa so mnogi nevtroni razpadli v protone, beta minus razpad zaradi šibke jedrske sile - prosti nevtroni so nestabilni s povprečno življenjsko dobo le 880 sekund). V tem primeru (recimo v nekem delčku vesolja) je od prvotnih 14 protonov in le 2 nevtronov zaradi razpada (že omenjeno razmerje 7:1) ostalo 12 protonov ter en helij in noben prost nevtron, saj se v helij vežeta dva protona in 2 nevtrona. Razmerje v atomskih masah je torej 12:4 (ali 75 %/25% v procentih v prid vodika – razmerje pa seveda velja za celotno vesolje). To razmerje je prva korektno izračunala in posredno pomerila iz posnetih spektrov prav gospa Cecilie Helena Payne leta 1925. V tem mladem vesolju nastane (poleg ⁴He, tritija ³H, devterija ²H) še nekaj litija s 3 protoni in 4 nevtroni (⁷Li iz ⁴He in ³He, a ³He je bilo zelo malo). Ko je nastal stabilen helij je bila temperatura vesolja že prenizka (gre za širjenje vesolja), oziroma ni bilo dovolj časa, da bi iz različnih ostalih jeder nastalo še kaj veliko ostalih težjih elementov (približno 0,01% je nastalo še devterija in helija-3, v sledovih še (komaj okrog 10^-10) litija in zanemarljivo število težjih elementov kot so berilij, bor …). Vsa ostala nastala jedra iz helija so bila na začetku vesolja večinoma nestabilna in so takoj razpadla – nakar je kmalu temperatura zelo padla – gre za širjenje vesolja …, to je razlika glede na fuzijo v zvezdah.
V bistvu je gospa Cecilia Helena Payne (1900 – 1979) pokazala na rezultat nukleosinteze po velikem poku (vodik 75% in nato helij 25 %) in s tem omogočila teoretikom, da so iz njenega rezultata počasi 'ugibali' fiziko nastanka atomov, nasploh o razmerah na začetku vesolja (energija - temperatura je direktna soodvisna spremenljivka v povezavi s časom, glede nastanka protonov in nevtronov, vodika, helija … – gradnikov zvezd, planetov, življenja).

Počasi se je tako tudi zbistrila slika o razlogih za dolgoživ izsev nekaterih zvezd (recimo našega ljubega Sonca, kjer je vodik ključno gorivo) in seveda se je skozi cca tri desetletja sestavil mozaik našega življenja, to je fizikalna kvantna zgodba, kako in kje nastajajo težji elementi od vodika, helija (v zvezdah pri fuziji, ob eksplozijah supernov, ob trkih zvezd ...). S stališča življenja se zdi izjemno ugodno, da je poleg vodika, takoj po velikem poku nastalo le še cca 25 % helija ..., gre za masne deleže. Torej po velikem poku ni bilo časa, vesolje se je namreč hitro širilo in tako ohlajalo, da bi nastali še ostali masivnejši elementi. To (veliko masivnejših elementov) bi zagotovo pomenilo nastanek kratkoživih zvezd - kar pa za razvoj življenja kot ga poznamo, ni ugodno - saj se najbrž ne bi utegnilo razviti (dokaz je razvoj življenja na Zemlji ob Soncu, ko so živali, ki dihajo kisik, lahko nastale komaj pred cca 500 milijoni let, človek pa komaj »včeraj«, Sonce pa stabilno sveti že cca 5 milijard let).
Ti izjemno pomembni masivnejši atomi, ki so počasi nastajali (nastajajo) v zvezdah iz vodika in helija, ter vmesnih produktov, so:
kisik (ga dihamo, brez njega ni učinkovite presnove - oksidacijo glukoze), ogljik (ogljikovodiki so osnova za večje organske molekule), dušik, kalcij, kalij, klor, fluor, natrij, fosfor (DNA in RNA imata fosfatno hrbtenico, je sestavni del molekule ATP – glavne energijske valute celic, celične membrane so narejene iz fosfolipidov ...), žveplo, magnezij (sodeluje pri uravnavanju živčnih impulzov, klorofil je magnezijeva kompleksna molekula, ki omogoča rastlinam in cianobakterijam zajem sončne energije ter njeno pretvorbo v kemično obliko, kar je osnova življenja na Zemlji), silicij, železo (prenaša kisik po našem telesu) ... in ostali gradniki našega planeta, živih bitij, nas samih.

Nauk te izjemne primarne zgodbe stvarstva pripoveduje torej o skromnem bogastvu masivnejših atomov v mladem vesolju in kako potem počasi nastopi res dolg ples gravitacije, ki tvori zvezde iz plinov (primarno sta to seveda vodik in helij – gravitacija stiska pline, prah in tako lokalno manjša entropijo) in prašnih delcev in v tem procesu tvori težje atome preko fuzije, kjer se sprošča enormno energije, ki se lahko iz zvezd izseva tudi milijarde let (kot pri Soncu) in tako lahko nastanejo tudi kamniti planeti in kdaj tudi pogoji za nastanek življenja na njih, recimo rastlin, živali, človeka ...

Pomembna soavtorica te izjemne zgodbe razvoja vesolja je vsekakor gospa Cecilia Helena Payne, ki si ni “očistila rok”, na katere si je nadela tkanino prvotnega vesolja.

Zorko Vičar


Okoliščine nastanka članka - ta članek in še eden zraven, sta delno nastajala v zimi 2025/26, ko sem sam skrbel na dementno in poškodovano mamo na Kogu (hkrati sem delal od doma preko spleta, eno oko sem imel na spletu - ekranu, drugo na nemirni mami). Po maminem hudem padcu (zlomu stegnenice) v septembru 2025 in njenem skoraj popolnem kolapsu - sem skušal rešiti praktično nemogoče - a vendar sem ji na nek način rešil življenje. V bolnišnici je zavračala hrano, postala je nemirna, hotela je zbežati, na koncu je bila le še kost in koža, praktično nepokretna, komaj kaj je tiho izgovorila, pojavila se je huda demenca zaradi operacije in zdravil, pomirjeval, mnoge bolnišnične okužbe, težko dihanje, na rokah, nogah ni prenašala nobene infuzije, dajanja zdravil direktno v žile, zavračala je tablete ... Bilo je hudo tudi za ostale bolnike v sobi. A doma se je fizično zelo okrepila, z mojo pomočjo je spet počasi začela hoditi, spet je lahko šla na stranišče (to ji je ogromno pomenilo - teh storitev za dementne in gibalno hendikepirane žal v javnih socialnih ustanovah ni, bolnišnice, dso-ji, tam so zgolj plenice), doma je pridobila kar 15 kg, apetit se ji je torej kmalu vrnil, tudi govor je počasi postajal dokaj artikuliran in jasen, a demenca je žal ostala. Po kakem mesecu, se mi je zmeraj zahvalila, ko sem jo zjutraj previl. Plenico je čez dan nosila le iz preventivnih razlogov. Razen na začetku, je potem ostajala večinoma suha, čista. S presnovo domače hrane ni imela nikoli težav. Še o javnih ustanovah, bolnišnice, dso-ji ... Problem javnih ustanov so skromni standardi, težko dobijo delavce, negovalce, medicinsko osebje ... za tako odgovorno in težaško delo so pa plače pod vsako kritiko. To so bili eni najtežjih časov njenega in mojega življenja. A so tudi prišli trenutki prebliskov, kratkotrajne sreče, da gre na bolje - občasno se je namreč zavedala svojega položaja in sva tako za nekaj minut zaživela normalno življenje. A potem spet pozaba, nemir, jeza ... Živi so izginili, mrtvi zaživeli, hotela je hraniti 'zofce' (trgala je celo travo zanje), 'gudeke', krave, klicala je staro mamo, očeta, ob sebi je imela otroka, jaz sem spet bil študent ..., a vse je živelo le v njeni glavi. Šla sva v hleve preverit, da gudekov (svinj) ni, a ni verjela in je stikala glavo povsod in komentirala, da kam sem jih skril ... Vedno je bila na preži, da se izmuzne iz hiše v hleve, v štalo, kam ven, da uide med domače živali, ki jih že dolgo ni več pri hiši ... in tako je spet obstajala velika verjetnost, da se poškoduje. To je od mene zahtevalo stalno pozornost ... Ljudje z izkušnjami so mi povedali, da za dementno osebo rabimo najmanj tri ljudi, ki skrbijo zanjo, da se lahko menjujejo - a jaz sem bil sam, žal ni šlo drugače. Bil sem na nek način njen ujetnik, a hkrati tudi njen odrešenik. Ona je pridobivala na teži, jaz izgubljal. Čeprav sem bil cel čas z njo ali v bližini, sem za njo vsak dan prišel spet domov, tudi večkrat na dan - "o kako lepo, da si prišel", je govorila ... Vračala se je v čase druge vojne, ko je Kog (Sv. Bolfenk) gorel, ko so umirali vojaki in domačini, tudi otroci, ko je izgubila brata, ko je večkrat zvonilo, saj so bile maše za padle domačine zelo pogoste, fante mobilizirance, ko je obiskovala nemško šolo, ko so kar med poukom nedojemljivo odpeljali kako učenko v taborišče (ko so tudi oficirju pritekle solze ...), ko so se kepali z nemškim župnikom, igral je tudi harmoniko, to jim je bilo všeč, večkrat je omenila, kako je postavna učiteljica Helga objemala urejene nemške vojake, tudi domačine, kot v znameniti britanski situacijski komediji 'Allo 'Allo! ... Da je govorila resnico, vem iz časov, ko je še živela polno življenje. Povedala mi je tudi stvari, ki jih prej nikoli ni omenjala - recimo, da jo je naš oče (bodoči mož) obiskal v bolnici, ko je bila še dekle ... Problem je bila sedanjost in zadnjih kar nekaj desetletij, spomin, zavedanje - vse je pomešala, veliko pozabila, vrnila se cca 40 let nazaj ... Spomin se ji je sicer delno vračal, a selektivno in preko prioritet iz mladosti, prioritet pred poškodbo. Nikakor ni dojela da je padla, da se mora paziti, da me mora poklicati, preden kam stopi, gre, da se spet ne poškoduje ... Kdaj me je celo poklicala, a zelo redko ... sem ji naredil majhen plakat, da me pokliče, da sem doma pri njej. A si je recimo zapomnila, da je 4 dni nazaj videla zunaj rjuho in me je vsak dan večkrat opozarjala, če sem jo že pobral (vse moje pritrdilne odgovore je seveda kmalu pozabila) in je tako sama večkrat hotela po njo - tudi že, ko je bila v postelji po 22. h. Takrat sem tudi sam že ves zaspan postal nadvse ranljiv ... Sploh zvečer se dolgo ni umirila. Od opazovalne astronomije mi je ostalo zgolj občasno kratko opazovanje nadvse burne Sončeve aktivnosti skozi H-alfa teleskop Lunt 35 mm - čez dan sva namreč bila veliko na sprehodih, na zraku ... To je bila fizioterapija in zdravljenje v naravnem okolju, s kuro, muckoma. Zvečer pa sem lahko zgolj za nekaj minut usmeril oko v prekrasno jesensko, nato zimsko in na koncu še v pomladno nebo. Kdaj sem uporabil daljnogled 20x80 SkyMaster in se naužil nebesnega "miru" na svetlejših galaksijah, na kroglastih in večinoma razsutih kopicah, na meglicah. Le redko sem uporabil majhne namizni Dobsonček, Newton 100 mm, f/4 in se ustavil na Jupitru, ki je kraljeval v Dvojčkih (Poluks, Kastor in Jupiter so kar nekaj časa tvorili čudovit enakokraki trikotnik), pokukal sem proti Luni, tudi med misijo Artemis II, si ogledal nekaj dvojnih zvezd in objektov globokega neba ... In po nekaj minutah zvezdnega odklopa, sem v stiski urno pohitel nazaj k mami, ali še spi ... k mami, ki zadnje mesece živi v nekem svojem vesolju, svetu, času in prostoru. Ves čas sem si govoril, da se ne smem še sam poškodovati ... Kdaj se je znala tudi pošaliti, nasmejati. Pritegnile so jo zimske olimpijske igre, sploh smučarji in deskarji v snežnem kanalu. Občasno je rada pogledala kako komedijo, brala je podnapise. Občasno so jo tudi zelo pritegnile TV oddaje o izvoru človeka, o vesolju, o naravi, o pridelavi hrane, kuharske oddaje ... Spraševala se je tudi o tem, kako je nastal ta svet, človek ali kaj vemo o tem, o fenomenu Boga ... Kdaj pa je žal imela (ima po poškodbi) precej nekorektne, žaljive komentarje ..., ne prenaša določenih stilov življenja, določenih ljudi in je tako naenkrat zanjo kar vse neumno ..., ker sva bila sama, to ni bil večji problem, a to je del demence ... Kdaj je omenila, zakaj je človek star, zakaj se rodi, da trpi - a večino časa je razglabljala o tem, da se dobro počuti in da bo zagotovo živela še kar nekaj let, da ji gre na bolje. V resnici se, kot večina ljudi, boji smrti, rada živi, kljub temu, da je kdaj izjavi, da trpi ... Za težave s hojo krivil neko bolezen ... in ne da je to posledica padca in zloma. Kdaj si želi zdravnika, kdaj pravi da tako nič ne pomagajo ... - pada v nasprotja, v odnosu praktično do vseh ljudi. Igro mlin je kako minuto čisto razumela, potem pa se je kar izgubila, jemala žetone drugim ... Z mojimi otroki in z Marjetko (kdaj sem moral v Ljubljano v pisarno) si je rada podajala balone ali v bazenu z mano in s sestrama žogo. V vodi je popolnoma zaživela in pozabila na težave - bila je praktično popolnoma gibljiva. Obljubili so ji rehabilitacijo v toplicah za dementne (a se je v bolnišnici okužila z ...) - a po tej okužbi je žal več niso povabili (čeprav sem dal prošnjo). Po štirih mesecih so vse bolnišnične okužbe doma izzvenele ... Enkrat sva celo pogumno šla na vlak (še prej na avtobus do Ormoža) za Ljubljano. Ljudje so nama pomagali, a naletela sva na toliko ovir, da si tega normalno gibljiv človek ne more predstavljati. Ogromno stopnic že v Ormožu, v Ljubljani na železniški postaji pa vse razsuto, nobenega lifta, hodila sva po gradbišču, a nama je vseeno uspelo. Na vlaku je cel čas sedela in samo uživala ob pogledu skozi okno. Bila je huda zima - 15. januar 2026. Sam sem bil na koncu totalno brez energije ... Tudi v avtu je večinoma bila mirna in navdušena nad dogajanjem, a ko smo se kje ustavili pa smo morali paziti, da ni odprla vrat in ... Problem mojega dela v Ljubljani je bil, da je en otrok delal popoldne in drug dopoldne in sta se tako izmenjala pri varstvu mame in še žena je prej prišla iz službe ... in mama je bila najprej nemirna, kje sem to sedaj ... kdaj grem domov ... Doživela pa sva tudi nenavadno hudo in dolgotrajno zimo, mraz, vse v ledu, veliko snega decembra, januarja, del februarja, močnega vetra, občasno sva bila brez elektrike - tudi na božični večer. Naredila sva kar nekaj snežakov (z imeni Bolfenk, Tunek ...), se kepala. A ko sem jo posadil na sanke, je bila spet vesel otrok pri 96-ih, a žal le za 5 minut. Z nama so se družili edina preživela kokoška in dva bela gluha mucka. Starejši mucek je skoraj vsak dan pri njej spal (čez dan, hotel je k njej) in se ji je zmeraj pustil božati (rekla je, da je njen fant), se je stisnil k njej, bil je zelo uvideven ... Ta izjemen terapevtski muc je na začetku aprila najbrž doživel trk z avtomobilom in se žal poslovil ... obležal je blizu ceste. In vse to je vesolje, del naše poti ..., v težkih trenutkih me je reševalo finiširanje člankov o pretvorbi dela mase zvezd v energijo in o izjemni Dami Cecilii Payne, o astrofizičarki, ki je uspešno razvozlala prastaro uganko o kemijski sestavi zvezd, naših prvih mam ... posredno nas samih!
Zakaj je pomemben ta dodatek k članku?
Našo zavest, zavedanje, kompleksne človeške možgane, naše telo, v številkah večkrat primerjamo z vesoljem.
Sledi še beseda o celičnem "vesolju" našega telesa. Številke so naravnost kozmološke.
Povprečno človeško telo vsebuje približno 37 bilijonov celic (3,7 10¹³).
Znanstveniki ocenjujejo, da povprečna celica vsebuje do 100 bilijonov atomov (100 000 000 000 000). Število atomov na celico je v grobem približno enako številu celic v telesu človeka. V človeškem telesu je tako nekje med 10²⁷ do 10²⁸ atomov (od vodika, ogljika, dušika, kisika, fosforja, žvepla, železa, kalcija, kalija, magnezija, joda, natrija, bakra, cinka ... ).
Gre seveda za svet atomov, a vseeno primerjajmo številke značilne za naše telo s kozmološkimi podatki. V vidnem vesolju je približno 2000 milijard galaksij, vsaka pa ima približno 100 milijard zvezd (ocena št. zvezd v vesolju je = 200 000 000 000 000 000 000 000 = 200 x 10²¹). V našem telesu je torej vsaj 10 000 krat več atomov, kot je v vidnem vesolju zvezd. Tudi v povprečni galaksiji je vsaj 100x manj zvezd, kot je atomov v eni človeški celici. Ocenjujemo, da je na začetku vesolja bilo okrog 10⁸⁰ protonov in nevtronov. Na isti skali (velikost in število atomov) torej vesolje po številkah pričakovano daleč presega človeka (človek ima do 10²⁸ atomov). A v smislu organiziranosti atomov v molekule, molekul v celice in celic v telo, posledično izjemnih miselnih zmožnosti možganov, številnih kombinacij, ki jih zmorejo možgani (ocenjuje se, da imamo v možganih vsaj 1000 bilijonov sinaptičnih povezav - sinapsa je stična točka nevronov; mesto na katerem signali prehajajo z nevrona na nevron), sposobnost človeške samorefleksije, (samo)zavedanja, domišljije, intuitivnosti, čustvovanja, izjemna sposobnost sodelovanja s soljudmi, sposobnost ustvarjalnosti, prenašanja in dodajanja znanja, posledično imamo sposobnost postavljanja vprašanj, sposobnost opisa stvarstva, sebe, sočloveka, zunanje realnosti, vesolja - je torej človek vseeno po mentalnih parametrih na nek način simbolično primerljiv z vesoljem ... Zakaj? Minljivo človeštvo je vseeno preko izjemnih (že omenjenih) zmožnostih spoznavanja, učenja, analiz, uvida v realnost (in ta realnost seveda samega človeka tudi tvori, določa), dobesedno fizično in časovno povezano s samim začetkom vesolja in z vsemi fazami njegovega razvoja. Ne gre za precenjevanje človeka, gre za direktne povezave ("niti") med človekom in vesoljem, gre za sosledje dogodkov, ki segajo v vsakega izmed nas in so vredne vse pozornosti. Ker hočemo vedeti, kdo smo in zakaj ter od kod smo ..., zakaj smo taki, kot smo in kaki bomo in smo bili nekoč!
Za povedano hvalnico človeku, naravi podajmo primer rešitve velike skrivnosti nastanka atomov in dolgo nerešenega vprašanja - od kod zvezdam toliko energije, da s tako izjemno močjo lahko svetijo tudi milijarde let. In prav o teh vsebinah govorita pričujoča članka - o gospe Payne, ki razkrije atomsko sestavo večine zvezd, vesolja po velikem poku in članek o Δmc².
A kot entropija (nered) v vesolju narašča (lokalno se ob nastanku zvezde sicer entropija začasno zmanjša, kar omogoča tudi nastanek življenja), tako sam nastanek življenja, ki je direktno povezano z zvezdami, pomeni, da ob nastanku novega bitja, res pride do lokalnega zmanjšanja entropije (iz ene oplojene celice nastane zelo kompleksno, urejeno telo). A skupna entropija (telo + okolje) še vedno raste. A ne samo to, tudi v samem telesu smo priča večanju entropije, naše vitalne funkcije zaradi naraščanja degradacije, nereda, počasi pešajo. Presnova, napake pri delitvah celic s časom zapacajo naše telo ... in to vpliva žal tudi na naše možgane - in demenca predstavlja eno hujših oblik degradacije naše osebnosti. A narava, vesolje tukaj pozna rešitev, to so mladi, ki prihajajo za nami (z večjim redom v telesu, torej z lokalno manjšo entropijo) in se učijo od nas in mi smo se učili, se učimo za njih in tudi od njih.



DODATEK

Nekaj fizikalnih osnov za pomoč.


Glej članek:
Abeceda vesolja je sestavljena kar iz spektra svetlobe
Slovenija opazuje Sončev spekter - 2025 (Mednarodno leto kvantne mehanike)
(Vičar Zorko, revija Spika 11 [2025], strani 489 - 492) - 7,15 EUR

Razliko med klasično in kvantno mehaniko nam lepo ponazori mucek na klancu (leva slika, zvezno, klasično) in na stopnicah (desna slika, diskretno, kvantno), ki predstavlja princip diskretnih energijskih nivojev (slika je seveda zgolj simbolična). V kvantni mehaniki je torej eden izmed temeljev diskretnost energijskih stanj (energijski nivoji so v naprej določeni in niso poljubni). To se lepo izraža v spektrih atomov (v oddanih barvah atomov, ko niti za dva različna atoma oddane barve niso enake, vsak atom ima svoje »energijske stopničke«, ki so drugačne od ostalih atomov, vodik seva drugačne barve, kot recimo kisik, in ko »mucek«, oz. elektron, skoči na nižji nivo, odda elektromagnetno valovanje – svetlobo določene »barve«). Tako nam narava preko barv pošilja informacije o vrsti atomih v oddaljenem vesolju in nam s tem tudi sporoča, da so oddaljeni svetovi, vsaj po atomski sestavi, zelo podobni naši Zemlji, Soncu – kako zelo pedagoška je torej narava (»če bi sami ustvarjali naravo, atome, bi naredili prav enake«).
Slika zgoraj pa kaže Bohrov model atoma, ki je geometrijsko sicer napačen, a diskretnost energijskih nivojev (barvni spekter vodika) je pravilno razložil in hkrati je Bohr izpeljal korektno enačbo energijskih stanj elektrona vodika (eden večjih uspehov človeštva). Če bi elektron krožil okrog protona, bi zaradi pospešenega gibanja seval in s tem izgubljal energijo – posledično bi kmalu po spirali padel na jedro – fizični svet bi se tako zmanjšal skoraj na milijoninko sedanje velikosti (kot nevtronska zvezda) ... Rdeča spektralna črta je znamenita H-alfa črta (valovne dolžine 656,28 nanometrov - ta foton se izseva pri prehodu elektrona vodika iz tretjega na drugi energijski nivo). V tej svetlobi (barvi) s teleskopi s H-alfa filtri zelo enostavno opazujemo podrobnosti na in ob Soncu (izbruhe, protuberance kot posledice magnetnih polj, konvekcijske celice, ...). Opazovanja sonca s H-alfa teleskopi bi morali biti deležni prav vsi, ki prestopijo šolski prag.

Emisijski spektri vodika H (slika zgoraj), ogljika C (slika na sredi) in kisika O (spodaj). To so elementi, ki so bistveni gradniki Zemlje in življenja. Vsak izmed njih seva v lastnih specifičnih valovnih dolžinah – barvah – ima svoj lasten odtis zaporedja barv (to lastnost zgornje slike nazorno potrjujejo), katere lahko enolično detektiramo iz oddaljenih planetov, zvezd, tudi galaksij ... Enako velja za vse ostale elemente in molekule. Spektri so torej osnovna govorica vesolja – in nam tako povedo »skoraj vse« kar v sebi skriva globoko vesolje – tudi kako hitro se vesolje širi (Dopplerjev premik črt).


Nastanek emisijskega in absorpcijskega spektra.
Telo, ki je približek črnega telesa, načeloma oddaja svetlobo v vseh valovnih dolžinah. Maksimum izseva določa seveda temperatura. Če to svetlobo prestrežejo plini - recimo del Sončeve svetlobe absorbirajo plini Sončeve atmosfere (in vsak atom ali molekula absorbira sebi lastno svetlobo - vodik torej absorbira in oddaja drugačne valovne dolžine kot recimo helij, kisik ...), potem bomo v spektru Sonca opazili pri določenih valovnih dolžinah temnejše absorpcijske črte. Zakaj pa temnejše? Atmosfera čez čas absorbirano svetlobo sicer odda, a v vse smeri (vzroki so: termično gibanje, naključnost izseva ...). In tako v smeri absorpcije nastane fotonski primanjkljaj - kar se izraža v nekoliko temnejših črtah zvezdnega spektra. Tako lahko iz teh absorpcijskih črt določimo atomsko sestavo zvezdne atmosfere, posredno tudi zvezd.

Prva vaja z našim preprostim spektroskopom je recimo opazovanje in testno slikanje spektra (recimo navadne žarnice) skozi mrežico. Na sliki naj bodo skupaj tako reža, ter levo in desno od nje vsaj prva uklonska maksimuma - morebiti najprej uporabimo uklonsko mrežico z manjšo gostoto (recimo 100 ali 200 raz na mm).




Zgoraj je slika zveznega emisijskega spektra (približek črnega telesa, recimo navadne žarnice) - na sredi se lepo vidi vhodna reža in uklon svetlobe na mrežici v obe smeri. To je tudi napotek, kaj morate videti, ko pogledate skozi uklonsko mrežico na tubusu, vhodna odprtina je seveda usmerjena proti viru svetlobe.
Spodaj pa je slika črtastega emisijskega spektra žarnice - Hg.

Zapišimo še Wienov zakon (povezuje temperaturo telesa z valovno dolžino maksimalnega izseva svetlobe - elektromagnetnega valovanja):

λT = 2897.8 Kµm

Je zelo uporaben za ocene izsevanih valovnih dolžin ( λ = 2897.8 Kµm/T ), kjer je sevanje maksimalno, recimo s površine Zemlje, zvezd (Sonca), pri znanih površinskih temperaturah objektov.
Občutljivost vida živih bitij se je prilagodila tistim valovnim dolžinam, kjer Sonce seva najmočneje (iz Wienovovega zakona je ta vrednost λ = 2897768.5 nm•K /5778 K = 501.5 nm – to je zeleni del vidnega spektra svetlobe). Ta valovna dolžina torej ne sovpada slučajno z najbolj občutljivim delom vidne spektralne ostrine kopenskih živali, tudi človeka. To je še ena potrditev enosti, soodvisnosti življenja in danosti iz bližnjega okolja in oddaljenega vesolja.
Temperatura Zemlje (povprečna) je okrog Tz = 288 K. Iz Wienovovega zakona dobimo maksimalen izsev Zemlje torej pri valovnih dolžinah λ =2897768.5 nm•K /288 K = 10061.7 nm. To je torej dolgovalovno izsevano elektromagnetno valovanje s površine (če zaokrožimo, okrog 10000 nm = 10 µm valovne dolžine in tudi več, infrardeč del spektra). Te valovne dolžine pa lovijo toplogredni plini (in jih delno izsevajo nazaj na Zemljo) CO₂, metan CH₄, tudi vodna para H₂O ... Zato je na Zemlji sploh mogoče življenje (brez toplogrednih plinov bi bila temperatura pod ničlo ), no - če je preveč toplogrednih plinov pa tudi ni dobro ...

Energija terestičnih Sončevih žarkov (tistih, ki se prebijejo do površine Zemlje skozi atmosfero) je najizrazitejša pri valovnih dolžinah, ki so značilne za rumeno in zeleno barvo. Evolucija je naredila tako, da so tudi naše oči najbolj občutljive na ti dve barvi. Nanometer (nm = 10^-9m) je enota za merjenje valovnih dolžin, recimo svetlobe (valovne dolžine, ki jih zaznamo ljudje, so od približno 380 do 780 nm). Spekter Sonca, kot ga detektiramo na površini Zemlje, je kombinacija vplivov Sončeve ionosfere in zemeljske atmosfere. Projekcija sevanja Sonca (poljubne zvezde) na film ali čip nam razkrije svetlobni spekter, ki je poln temnih absorpcijskih črt (te črte so posledice absorpcije ionosfere Sonca, delno pa tudi atmosfere Zemlje). Iz absorpcijskih črt tako tudi detektiramo pline, ki obdajajo Sonce in so tudi del samega Sonca – slika spodaj. Iz zamika črt proti rdeči ali modri barvi (iz Dopplerjevega pojava) pa lahko določimo tudi hitrosti zvezd in ali se od nas oddaljujejo ali se nam približujejo.

Sončev spekter, kjer se lepo opazijo Fraunhoferjeve absorpcijske črte (temnejše vertikalne črte - lahko bi rekli temnejše preslikave vhodne reže spektroskopa v različnih barvah, ki jih razkloni recimo uklonska mrežica).


Pomoč iz šolskega fizikalnega kabineta. Oglejmo si različne spektre plinov.


Načeloma ima vsaka šola komplet plinskih svetil - cevi z različnimi plini - ki so namenjene merjenju emisijskih spektrov plinov, njihovih valovnih dolžin.
Na teh svetilih lahko testirate naš preprosti spektroskop na uklonsko mrežico.