相信朋友们对于元素周期表都不陌生吧,上面一共有118种元素。这上百种元素中并不都是自然元素,其中94种是宇宙自然存在的元素,其它的24种则是人工合成的。

科学家根据质量的大小对这些元素进行了一个排列,排在第一的则是氢元素,第二是氦元素,第三则是锂元素,随后是铍,硼,碳,氮,氧等。丰富的元素组成了宇宙这个物质世界,而地球这样的生命星球,94种自然元素也都是存在。

科学家又通过科技的力量合成了24种新元素,而随着人类科技的不断进步,未来有可能还会合成更多的新元素。我们不讨论那些人工合成的元素,这些人工合成的元素也是在自然元素存在的基础上才实现合成的。如果没有自然元素,也就不会有人工元素的出现。

打开网易新闻 查看更多图片

丰富的元素对于一个生态星球是非常重要的,因为它们是诞生生命的关键。只有丰富的元素才能够演化出早期的原始生命,人类是地球上的智慧生命,我们人体包含的元素是非常多的,达到了60多种,占到了94种自然元素的一多半。

人体生命的延续离不开这么多的元素,缺少任何一种都会让我们的身体出现各种各样的毛病。当然,这些元素在大自然中都可以找到,理论上来讲,周期表排名越靠前的元素,宇宙中的含量应该是越多的,比如氢排第一位,它的含量占到了宇宙元素的70%,

可是在众多排名靠前的元素中,有三种元素却是一个命名,它们在宇宙中的含量非常稀少。这三个元素就是排名第三的锂,排名第四的铍和排名第五的硼。理论上来讲,这三种元素是轻元素,只比氢和氦更重一些,否则也不会成为3号,4号,5号元素。

在元素周期表上,排名越靠后的元素越重,自然界的含量应该越少,越靠前的含量应该越多,是宇宙中比较常见的元素。可为什么这三个元素却成为了例外,非常罕见呢?要解开这个谜团,我们还需要从宇宙大爆炸到元素的形成来分析。

我们都知道,宇宙是起源于138亿年前的时空奇点大爆炸。这个时空奇点就相当于是一个聚集了巨大能量的超级压缩点。当奇点大爆炸发生之后,巨大的能量被瞬间释放出来,根据爱因斯坦的质能方程式我们知道,物质和能量其实是相同的东西,只是质量的两种表现形式。

打开网易新闻 查看更多图片

当温度达到极高的时候,质量就会以能量的形式存在。时空奇点内部的温度自然是极高的,其中的物质只能以能量形式存在,当大爆炸发生之后,在很短的时间内,能量爆发出来,同时宇宙空间也急速暴涨。

在宇宙空间暴涨的过程中,温度也在水断下降,于是能量开始转化为早期宇宙的各种粒子。夸克、轻子、光子、胶子和反物质粒子是早期宇宙最早出现的粒子,它们合成了第一批原子核。而光子由于能量太高,无法合成最简单的原子核,只能被困在其中无法出来。

虽然这个过程只有短短的十分分钟,可是却奠定了宇宙的物质基础,形成了75%的氢,不到2%的氦-4,大约0.01%的氘和氦-3,以及大约0.0000001%的锂。你没看错,早期的宇宙已经诞生了极少量的锂元素,不要小看这么点锂元素,它对于我们来说是非常好的事情。

如果没有这点锂元素,人类的生命形式可能就不是现在这样,而且锂对于人类科技的发展也非常重要的,在很多领域都需要应用到它。随着宇宙的不断膨胀,温度继续冷却,大经30万年后,光子终于突破封锁释放了出来。

光子的大量出现对于宇宙的演化太重要了,这个时候早期的恒星也开始诞生。上文我们说了,早期宇宙只形成了最基础的元素,其中氢占到了75%,那么宇宙后来出来的90多种元素是如何来的?这里我们不得不提供另一个功臣,那就是恒星。

元素转化的关键就是温度,只有在极高的温度之下,氢元素才能聚变成氦,氦元素才能继续聚变成其它的重元素。而在宇宙形成之后,这样的高温环境是没有的,直到恒星的出现。

恒星的内部就相当于是一个巨大的核聚变反应堆,它的核心温度非常高,从数百万度到数亿度不等。氢元素在这种高温环境下,很容易就会发生聚变反应转化为氦元素。当恒星燃料完氢元素之后,氢核聚变就会减慢并停止,这个时候引力坍缩导致核心区域不断收缩,同时内部温度会进一步大幅提升。

恒星内部的氢氦聚变停止之后,新的聚变模式会启动,将氦元素继续聚变合成更重的元素。而不同质量的恒星最终能够聚变合成的元素种类也不同,像太阳这样的恒星,最终只能合成到6号元素碳。然后氦聚变完全结束 ,外层脱离,核心则坍缩成白矮星。

打开网易新闻 查看更多图片

可是对于大质量的恒星,聚变反应则会更加持续剧烈,核心进一步坍缩升温,启动碳核聚变,将碳元素聚变成氧,氧聚变成氖,氖又聚变成镁,就这样不停合成下去,硅、硫、氩、钙、钛和铬等元素会相继产生,一直到铁、镍和钴。

而这样的核聚变反应还不足以合成全部的94种元素,当大质量恒星走到末期会发生猛烈的超新星爆发,在这个过程中,还会继续合成更重要的元素。而恒星演化形成的白矮星,中子星发生碰撞融合的时候同样会制造出更重的元素。

由此我们可以看出,宇宙中自然存在的94种元素,它们的出现基本都跟恒星有关。通过这些元素诞生过程,我们会发现锂元素,铍元素和硼元素并没有出现。氢聚变生成氦,氦聚变产生碳,碳聚变产生氧,可是锂、铍和硼它们哪去了?

科学家通过研究发现,恒星的聚变过程是无法合成这三种元素的,如果把氢与氦结合在一起,结果会得到锂-5,但它极为不稳定,很快就会衰变。其他两种元素同样也是如此,即使勉强合成了也极不稳定,很快就会衰变。所以这三种元素的诞生不是恒星的聚变能够做到的,那它们是如何出现的?

目前科学家的推测,这三种元素可能跟宇宙中最高级的粒子来源有关,而在宇宙中能够产生高能粒子的主要是脉冲星,超大质量黑洞,超新星,千行星和活跃星系。对于脉冲星相信大家都知道,它其实也属于中子星的一种,只不过脉冲星是比较特殊的中子星,能够产生调整的旋转,速度快的甚至能够接近光速。

这些高能粒子源能够加速粒子,各宇宙各个方向喷射宇宙粒子,粒子在加速运动的过程中可能会与其它粒子发生碰撞,从而有一定的几率制造出锂,铍和硼元素。由于它们的产生依赖于这种高能粒子在宇宙中的碰撞,所以非常稀有,而它们又是地球生命不可或缺的元素。

对于人类来说,我们太需要这三种元素了,可是它们在宇宙的含量太低了,怎么办?可能只有依靠我们不断强大的科技。只要我们的科技实力更进一步,或许就有办法人工来合成这三种元素,那个时候它们就不再是稀少的元素。如此稀少的元素,同样出现在了地球上,由此也可以看出,地球是多么不平凡的一个星球。