First Molecule in the Universe

宇宙で最初にできた分子

By Ryan C. Fortenberry

R. C. フォーテンベリー


The first “atoms” in the universe were not atoms at all—they were just nuclei that had not found electrons yet. The simplest nucleus, that of common hydrogen, is a bare proton with no frills. When the universe banged into existence, energy was rampant. Everything was smashing into everything else. Protons and neutrons often collided, and some formed larger nuclei, such as that of deuterium (containing a proton and a neutron), as well as helium nuclei with two protons and two neutrons. Various other arrangements of protons and neutrons also formed, but because the identity of an atom is determined by its number of protons, all these other conglomerations were basically just different versions of hydrogen, helium and traces of lithium.		宇宙で最初に生まれた“原子”は実のところ，原子ではなかった。必要な電子をまだ得ていない原子核にすぎなかった。最も単純な原子核，つまり水素の原子核は，何の飾りもついていない裸の陽子1個だ。　ビッグバンで誕生した初期宇宙のエネルギーは猛烈で，すべてのものが互いにぶつかり合っていた。陽子と中性子がしばしば衝突し，その一部は水素よりも大きな原子核を形成した。重水素の原子核（陽子1個と中性子1個）やヘリウムの原子核（陽子2個と中性子2個）などだ。ほかにも様々な組み合わせのものができたが，原子はそれが含む陽子の数で同定されるので，これらの集合体は基本的に水素とヘリウム，リチウムの別バージョン（同位体）の原子核にすぎない。
Of these three, helium was the first to begin forming “real” atoms. An atom is more than a nucleus—it must also possess electrons. Helium nuclei were the first to gather a full purse of electrons en masse. Why not hydrogen or lithium? Well, helium is the first “noble gas” on the periodic table—the first atom with enough electrons to completely fill the available slots in its electron shell. Thus, if electrons are the currency of chemistry, helium is the master pilferer of the periodic table. In a modern laboratory, it takes more energy to steal an electron from helium than from any other element. And the energy required to remove a second electron is more than twice what it takes for the first. In the early universe, once helium nuclei began to find electrons, they filled the coffers of their electron clouds well before the hydrogen nuclei could begin to catch up and before enough lithium nuclei were even present to collect all three of their desired electrons.		この3種のうち，最初に“本当の”原子を形成し始めたのはヘリウムの原子核だった。原子は原子核以上のものであり，電子を持っていなければならない。しかるべき電子をすべてかき集めた最初の原子核が，ヘリウムだった。なぜ水素やリチウムではなかったのか？　それはヘリウムが元素の周期表で最初に登場する「希ガス（貴ガス）」であることと関係している。　ヘリウムはその電子殻を完全に埋めるのに必要な電子を集めた最初の原子だった。電子を化学の通貨とすれば，ヘリウムはその通貨をくすねるのに長けた周期表上の大泥棒だ。ある原子から電子1個を引き剥がす実験によってヘリウム原子から電子を奪うには，他のどの元素の場合よりも大きなエネルギーを要する。そして，ヘリウムから2個目の電子を取り除くのに必要なエネルギーは1個目の場合の2倍以上だ。　初期宇宙でヘリウム原子核がひとたび電子を探し始めたら，電子をどんどん獲得しただろう。水素原子核が追いつく間もなく，そして3個の電子を集めようとするリチウム原子核がまだ十分に存在もしていないうちに，ヘリウム原子の電子雲の金庫はくすねてきた電子でいっぱいになっただろう。
The rest of the matter in the universe at that time was still largely composed of lone protons, which were starting to feel the effects of being bereft of an electron. They began slowing down and looking for oppositely charged partners to make them electrically neutral. But catching free electrons for themselves was difficult, so the protons turned to helium, which already had some.		当時の宇宙で，ヘリウム以外の物質は大半がいまだに単独の陽子だった。これらの陽子が，電子を奪われた状態の水素であることの効果を感じ始めた。陽子はスピードを落とし，自分とは逆の負に帯電した電子を探して電気的に中性な原子になろうとした。だが自由電子を自分で捕まえるのは難しかったので，陽子はすでに電子をいくつか持っているヘリウムに目を向けた。