Die Symbolschreibweise der Kernphysik

Wenn wir über den Atomkern sprechen, reichen die chemischen Symbole für die Atome nicht immer aus. Häufig braucht man die genaue Angabe der Gesamtzahl an Kernteilchen (d. h. an Protonen und Neutronen, die beide Nukleonen, also Kernbestandteile sind). Das rührt daher, daß die in der Natur vorkommenden Elemente eine Mischung aus verschieden zusammengesetzten Atomen sind. Alle Atome desselben Elements verfügen über eine identische Anzahl Protonen und Elektronen, da ein normales Atom elektrisch neutral ist, doch man hat herausgefunden, daß die Zahl der Neutronen in einem Kern unterschiedlich sein kann. Das Neutron verdankt seinen Namen der Tatsache, daß es neutral ist. Es hat fast dieselbe Masse wie ein Proton.

* Eine gleichbleibende Geschwindigkeit sei durch eine gerade Linie dargestellt. Erhält der sich bewegende Körper eine positive Energie, so wird die Linie aufwärts gebogen; negative Energie verlangsamt ihn, so daß die Linie abwärts gebogen wird. Die Beschleunigung durch die Gravitationskraft gibt der Linie eine Krümmung nach oben. Die Geschwindigkeit des Lichts ist nun nicht mehr konstant.

Atome, die gleichviele Protonen, aber verschieden viele Neutronen aufweisen, nennt man Isotope. Sie werden folgendermaßen geschrieben: ²⁴Mg, ²⁵Mg, ²⁶Mg (die stabilen [nicht radioaktiven] Isotope des Magnesiums), womit angezeigt wird, daß sich im Kern dieser Atome jeweils 24, 25 bzw. 26 Nukleonen befinden. Da jedes Magnesiumatom 12 Protonen enthält, läßt sich die Zahl der Neutronen sehr leicht durch Subtraktion ermitteln. Ebenso gibt es ¹⁰B, ¹¹B bei Bor, ¹²C und ¹³C bei Kohlenstoff, ²⁸Si, ²⁹Si, ³⁰Si bei Silicium usw.

Häufig findet man Schreibweisen wie beispielsweise diese: ¹⁶₈O, ¹⁷₈O, ¹⁸₈O, womit die drei stabilen Isotope des Sauerstoffs gekennzeichnet sind. Der Index 8 bedeutet, daß sich im Isotop 16 insgesamt 16 – 8 = 8 Neutronen befinden, 17 – 8 = 9 Neutronen im Isotop 17 und 18 – 8 = 10 Neutronen im Isotop 18.

Biologische Transmutationen finden im Kern der Atome statt. Die meisten und wichtigsten dieser Elementumwandlungen kommen in Verbindung mit den ersten 20 Elementen vor, in geringerem Umfang bei den nächsten zehn (von den insgesamt 92 natürlichen Elementen). Man ordnet die Elemente nach der Anzahl ihrer Protonen (und Elektronen). So kommt Wasserstoff (H) als erstes, dann kommt Helium (He), das über zwei Protonen verfügt, Lithium (Li) mit drei, usw.

Die vereinfachte Schreibweise wurde gewählt, damit jedermann sie versteht. Uns geht es nicht um theoretische Deutungen, sondern um die Beobachtung von Fakten, die man nicht als chemische Reaktionen verstehen kann. Um diese zu erklären, ist es bisweilen hilfreich, sie mit chemischen Vorgängen zu vergleichen. Die Wirklichkeit ist zu komplex, als daß sie uns bei dem gegenwärtigen Stand der Wissenschaft immer zugänglich wäre. So wissen wir nicht, weshalb bei einer Elekrolyse an den Elektroden Wasserstoff und Sauerstoff gasförmig entstehen (ohne das eine Verdampfung stattgefunden hätte), obwohl sie im Wasser in dieser Form nicht vorkommen.

Niemand weiß genau, was bei einer Katalyse vor sich geht, noch nicht einmal bei einer chemischen Reaktion (spontane Prozesse einmal unberücksichtigt gelassen). Niemand weiß, wie der Übergang vom Wachzustand zum Schlaf vonstatten geht, wie Aspirin genau wirkt usw. Darum will ich hier auch nicht auf Theorien eingehen. Es werden nur Resultate vorgelegt, zusammen mit Phänomenen, die in der Vergangenheit beobachtet wurden und in Vergessenheit geraten sind.

In den folgenden Kapiteln sind viele Antworten enthalten. Es wird auf systematische Experimente verwiesen werden, die unternommen wurden, um die Schlußfolgerungen der letzten zehn Jahre zu bestätigen. Die Absicherung der Ergebnisse wird kurz angedeutet, da es nicht darum gehen soll, die Rolle eines Analytikers zu spielen, der Mineralien untersucht.

Vielleicht werden sich einige Chemiker und Atomphysiker verletzt fühlen. Biologische Transmutationen stellen einen neuen Wissenschaftszweig dar, der seine eigene Sprache noch nicht gefunden hat, so daß wir uns nicht anders mitteilen können als durch die „alte“, uns allen vertraute Symbolik. In einer Forschungsarbeit wie der vorliegenden ist es unvermeidlich, sich in vielen getrennten Bereichen der Wissenschaft zu bewegen. Mögen die Experten der einzelnen Fachgebiete diese Anmaßung verzeihen. Hin und wieder wurde der exakte und wünschenswerte Begriff deswegen nicht gebraucht, weil der betreffende Wissenszweig zu wenigen geläufig ist oder auch, weil die Verwendung von Spezialbegriffen den Text einer größeren Leserschaft verschlossen hätte. Das gilt sogar für die Experten selbst, denn die umfassende Synthese, die hier entworfen wird, bedeutet, daß die zentralen Teile dieser Arbeit außerhalb jeder Einzeldisziplin anzusiedeln sind. Vor allem aber hoffe ich, daß kein Aspekt dieser Darlegungen um der Vereinfachung willen verzerrt wurde.

Zur Kennzeichnung von Transmutationen schlagen wir das Symbol :=: vor, um diese sowohl von dem aus der Mathematik bekannten Symbol = zu unterscheiden wie auch von dem für umkehrbare chemische Reaktionen .

Will man angeben, daß eine Reaktion nur in eine Richtung verläuft, so schreibt man in der Chemie:

₂ Na + O -> Na₂O.

Für Reaktionen, die im Rahmen der biologischen Transmutationen vorkommen, schreiben wir, um klarzustellen, daß es sich um keine Chemie handelt, und um Verwechslungen zu vermeiden, Na + O := K, womit eine Reaktion von links nach rechts gemeint ist. Im Unterschied zur Chemie gibt es hier keine Umkehrbarkeit, so daß sich nicht ein Gleichgewicht aus Ausgangsstoffen und Produkten ausbildet. Wenn wir bei unseren Reaktionen das Zeichen :=: gebrauchen, so bedeutet es, daß die Reaktion umkehrbar ist, doch nicht für dieselbe Anordnung. Man braucht andere Enzyme; manche werden nur von Pflanzen, andere nur von Tieren gebildet.

Bei den Reaktionen kann es sich um Subtraktionen handeln. Das Kaliumnitrat des Salpeters, den man an kalkhaltigen Wänden findet, bildet sich aus Calcium, indem Bakterien aus dem Zentrum des Calciumatoms Wasserstoff entfernen: Calcium minus Wasserstoff gleich Kalium, oder ₄₀Ca –₁H := ₃₉K. So zeigt sich, daß Kalium auf zweifachem Wege entstehen kann: Natrium plus Sauerstoff und Calcium minus Wasserstoff. Aus diesen biologischen Transmutationen ergibt sich folgende Gesetzmäßigkeit: Bei Reaktionen auf der Ebene des Atomkerns spielen immer Wasserstoff und Sauerstoff eine Rolle. In der Biologie gibt es nicht nur chemische Reaktionen mit Sauerstoff (Oxidationen) und Wasserstoff (Reduktionen). Es gibt auch ein Phänomen, daß tiefer in das Atom eingreift als nur der einfache Austausch von Außenelektronen.

Um die Darstellung zu vereinfachen, schreiben wir auch oft nur die Nukleonenzahl (links oben neben das Symbol); wir tun dies, weil wir es als selbstverständlich voraussetzen, daß der Leser die Zahl der Protonen (über die das Periodensystem von Mendelejew Auskunft gibt) kennt, und die Protonenzahl reicht aus für die Identifizierung des Elements. So weiß man beispielsweise, daß es sich um das Element Natrium handelt, wenn das Symbol Na angegeben wird; es wäre eine überflüssige Wiederholung, wollte man noch die Zahl der Protonen dazuschreiben, um anzuzeigen, daß von Natrium die Rede ist.

In der Praxis kann man aber die Protonenzahl ebenfalls angeben. Hat man ₁₁Na + ₈O :=: ₁₉K, so braucht man lediglich die Zahl der Protonen (links unten neben dem Symbol angegeben) zu addieren und erhält automatisch die Ordnungszahl von Kalium. Ebenso geht man bei den anderen Elementen vor.

Die vollständige Schreibweise sähe folgendermaßen aus: ²³₁₁Na + ¹⁶₈O :=:³⁹₁₉K, wobei die Summen der Zahlen auf der linken Seite dem Ergebnis auf der rechten Seite entsprechen. Man muß dabei nur beachten, daß die Zahl links oben neben dem Symbol nicht die Atommasse, sondern die Nukleonenzahl angibt.