人类发现的天然元素有92种,我们每天看到的丰富多彩的世界都是由这92种元素组成的,它们通过各种形式结合在一起,简直就像巧夺天工那样精巧。

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那么,你有没有想过,这么多的元素到底是如何产生的呢?

虽然元素的种类很多,但所有的元素结构本质都是一样的,都是由质子中子和和电子构成的,而质子的数量决定了元素种类,比如说,如果原子核里只有一个质子,那就是氢元素,两个质子就是氦元素,其他元素可以以此类推。

理论上,只要我们把质子,中子和电子等基本粒子组合起来,就能创造出全部元素。

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但是说起来容易做起来就很难。微观粒子虽然很小,但要想把它们组合起来非常难,统治微观世界的力量是强力,弱力和电磁力,这三种力都比引力强很多,尤其是强力,是自然界最强的力,如果强力的力量是1,那么引力只有10的负39次方!

而把微观粒子组合在一起,就需要对抗统治微观世界的力量,需要极其强大的力量才行。

宇宙是如何让微观粒子结合在一起的呢?简单是就是通过高温高压!

宇宙诞生之后不久,充满了各种基本粒子,主要是氢和氦,还有非常少量的其他元素,其中大部分都是氢元素。为什么会这样?因为氢元素只有一个质子,更容易形成。所以宇宙诞生之初的星云就就包含了大量氢元素。

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由于温度密度的不平衡,某种星云密度较大的区域,引力比较大,于是在引力的作用下,周围的星云开始慢慢向中心坍缩,吸引到周围更多的星云,质量越拉越大,最终到了某个临界点,在核心就上演了宇宙演化过程最重要的事件:核聚变,也宣告了恒星的诞生。

恒星核心的温度压力非常高,比如说我们的太阳,核心温度可以高达1500万度。但即便是这样的温度,也很难上演核聚变,还要多亏了量子世界里的量子隧穿效应,即使温度不够,也可以随机上演核聚变,具体过程就不详述了。

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太阳核心的核聚变就是把氢聚变成氦,也就是聚变成更重的元素。质量越大的恒星,就越能聚变出更重的元素,我们的太阳的质量相对较小,只能聚变到碳和氧元素,然后就走向死亡了,最终成为白矮星。

如果恒星的质量够大,就可以继续聚变下去,但是并不是没有尽头一直聚变,而是到铁元素就戛然而止了。也就是说,铁元素就是恒星的尽头和宿命,一旦大质量恒星聚变到铁元素,就宣告了恒星的死亡。

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为什么聚变到铁元素就戛然而止呢?

因为铁元素核聚变并不是释放能量,反而需要吸收能量。如果核聚变不能释放能量,就没有强大的外推力与恒星自身重力相抗衡,这两种力量的平衡是恒星能够持续燃烧的关键,一旦两种力量的平衡被打破,在恒星自身重力的作用下,恒星物质开始急剧向内坍缩,也宣告了恒星的死亡。

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在向内坍缩的过程中会产生超级能量,这些能量足以满足铁元素聚变需要吸收的能量,于是铁元素又开始聚变下去,生成了比铁更重的元素。

这里强调一下,核聚变只能到铁元素,比铁更重的元素并不是核聚变产生的,因为我们通常所说的核聚变会释放能量,而铁元素聚变恰恰相反,不但不会释放能量,还要吸收能量。

具体来讲,重元素是通过“中子俘获”的过程产生的,通俗来讲就是原子核与中子的碰撞而结合成重元素。

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比如说,铁56可以通过捕获一个中子的方式变成铁57,铁57会发生贝塔衰变,也就是中子衰变为质子,于是原来的铁56就变成了钴57。需要指出,种子俘获过程其实很复杂,这里只是介绍基本原理。

种子俘获也有快和慢两种方式,而发生在恒星内部的通常是慢中子俘获,发生的概率非常低,通常需要数十万年才会出现

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虽然需要很漫长的时间,不过杂超信心爆发的瞬间,会产生数量庞大的中子,即便是中子俘获的概率很大,但架不住数量极其庞大,也会在极端时间里俘获海量中子,从而形成更重的元素。

超新星爆发的能量是巨大的,短短几秒钟释放的能量就相当于太阳一生释放能量总和的数十亿倍!

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巨大的能量把产生的各种元素抛洒到浩瀚星际空间,成为下一代恒星行星的原材料。如今我们看到的万事万物都是原始恒星通过超新星爆发的产物,本质上来讲你我都是恒星产生的“核废料”!

而如今很多人佩戴的金银珠宝首饰,也都是通过超新星爆发产生的,之所以它们这么贵重,也是有道理的,毕竟宇宙中大质量恒星的数量不是很多,而物以稀为贵!