据说宇宙最后所有的元素都会变成铁,这是为什么?

讲科学堂


理论上有可能,但现实不可能,因为宇宙有生命,等不了那么久了。宇宙的终极形态不可能是铁。富含铁元素只是宇宙演变过程中的一个较长时间阶段而已。

我们都知道铁元素是元素周期表上第26位,其中以铁56的结合能最大。


这也是宇宙中最稳定的原子结构了。在铁以上的元素很难聚变了,当然理论上也是存在铁聚变的可能。不过需要温度达到上千亿度,不管是人为还是自然都几乎不可能创造如此高的温度。即便是恒星的超新星爆发,其核心温度都达不到千亿摄氏度。这就意味着恒星的聚变的最后元素就是铁。


而在铁元素之上重元素容易裂变,之后裂变到铁就基本停止了。

也就是说,在原子序数26以下的元素会聚变到铁停止。在原子序数26以上的元素会裂变到铁停止。这是因为铁最稳定,元素总是朝向稳定的状态演变。

不过科学家预计,宇宙中的氢要完全聚变殆尽,起码需要百万亿年,要完全聚变到铁起码需要数百万亿年。宇宙的预期寿命才是1500亿年。

在宇宙死亡之前,宇宙中不可能全部元素都变成铁。


有的答主提到了质子衰变,认为宇宙最后会衰变成轻子们的天下,我认为这几乎不可能。因为宇宙中的所有质子衰变一次,起码需要10^30年,也就是100万亿亿亿年,宇宙早凉了。按照费恩曼的宇宙循环理论,还没等到质子衰变完,宇宙已经开启数亿轮周期循环了。


科学认识论


理论上,在遥远未来的某一时刻,宇宙中的所有元素有可能都会转变成铁元素,准确的说是铁-56。

热力学第二定律表明,作为孤立系统的宇宙,它的熵始终在增加,即混乱度会越来越高,有用能会越来越少,这就是熵增原理。基于这种原理,宇宙中的总熵终有一天会达到最大值,宇宙万物处于热平衡,这就是宇宙的可能最终结局——热寂。

在宇宙演化到热寂结局的过程中,如果整个宇宙没有发生质子衰变,那么,宇宙中的元素都将会转化为铁元素。因为在所有元素中,铁-56的比结合能最大,原子核最为稳定,熵值最大。

因此,在量子隧穿效应的作用下,比铁轻的元素会发生核聚变形成铁-56,比铁重的元素会发生核裂变形成铁-56,所以宇宙中所有元素最终都会转变成铁-56,使得宇宙的熵达到极大值。不过,宇宙物质衰变成铁的时间还早得很。根据理论预测,这个时间至少要在10^100年之后才会开始。

但也有理论认为,宇宙万物的最终归宿不是铁。因为质子的寿命可能也是有限的,所以物质终有一天会发生质子衰变,结果全部都会转变为光子和轻子。


火星一号


其实宇宙在刚刚诞生的时候,只产生了两种元素,一种是氢元素,一种是氦元素,前者占75%,后者大约是25%。

这两种元素随着恒星的聚变,就产生后面的元素,例如碳,氧,钙,氮等等,那么一直到第26号元素铁为止,恒星的聚变才算真正结束。

按照这个理论,宇宙中的氢和氦,终有一天会全部变成铁,而铁既不能聚变,也不能裂变,所以我们这个宇宙,终有一天会走向死亡。

到时候没有恒星,没有生命,当然也就没有人类了,但这个过程非常的漫长,大概需要10的14次方(100万亿年),宇宙中的氢才会用完。

但这里还有一个问题,就是如果不考虑质子衰变,在大一统理论当中,质子是会衰变的,但衰变的周期及其漫长。

大概在10的36次方年之后,宇宙中有一半的质子衰变光子和轻子,而在10的40次方年之后,所以的质子都衰变完毕。

这个时候宇宙中的物质,只会存在两种,一种是轻子,一种是黑洞,而黑洞则会缓慢蒸发,大概在10的100次方年之后后,99%的黑洞都会蒸发完毕。

而一些超大质量的黑洞,则会在10的150次方年之后蒸发完毕,最后在10的1000次方年之后,宇宙彻底进入热寂。

这个宇宙基本已经死亡,没有生命,甚至连天体都没有,但宇宙是否会变成这样,一切还只是人类的猜测......


种植恒星


从理论上可以解释宇宙中所有元素最终都将变成铁-56.

在整个元素周期表中,元素按质子数从小到大排列,铁是第二十六号元素。在所有的元素中铁56的结合能最大,最稳定。简单的说元素周期表中排在铁元素前边的通过核聚变变成铁56,排在铁元素后边的经核裂变变成铁56。而铁56因结合能最大,无论是核聚变还是核裂变都需要巨大的能量,无论是人力还是自然都难以提供。

根据热力学第二定律,一个孤立的系统熵会随着时间而增大(有序变无序),最终宇宙熵变成最大值达到热寂的状态,这也是科学家对于宇宙终极命运的一种假说。而量子穿梭效应的存在会导致的质子数小于铁的物质核聚变融合成铁56,而自发裂变和核衰变也会使质子数大于铁的物质衰变成铁56。但是这个时间是10^1500年之后。

以上的前提是假设质子寿命为无限

如果质子的寿命也是有限的,最终所有的元素(主要是铁56)都将发生质子衰变,最终所有的元素都将变成轻子和光子。但是这个时间将会更长,远远超过所有元素都变成铁56的时间。当然上边的质子衰变目前来看只是一种假说,在宇宙中尚未发现这种现象。


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科学黑洞


所有元素变成铁,是基于铁原子核(铁-56)的结合能最大,原子核最稳定这一事实依据提出来的。推倒过程大致如下:



根据热力学第二定律,能量会自发从高往低的地方传递,直到二者没有能量差。所以如此来说,我们的宇宙能量最终也会平均化,即整个宇宙能量都是相等的。而铁原子核作为能量最低的原子核,理论上所有的物质最终都需要变成铁原子核才能够完全平均宇宙的能量,且保持一个最稳定的物质形态。



上述描述看似有理有据,但其实宇宙中所有元素并不会变成原子。宇宙中分子、原子都是无穷无尽的,两个原子在一起并不会自发聚变或者铁以上元素裂变,然后变成铁。聚变是首先需要巨大能量提供的,没有一定的条件,根本无法发生聚变。另外,虽然铁原子核很稳定,但其实铁元素并不稳定,其电子的活泼性很高,所以很容易失去电子。这样的话,热力学第二定律怎么可能让全宇宙的元素变成铁呢。



比如金子,我看就算宇宙的灭亡了,金子它依然是金子,不会变成其它物质。


科学探秘频道


这个说法来源于巨大恒星的寿命终结于铁。和太阳不同,巨大恒星的内部会不断的一层一层的聚变下去,最外层是氢,然后是氦然后是锂以此类推。由于巨大的万有引力导致足够大的压力使得两个原子可以克服相互排斥,产生核聚变,形成新的元素并释放巨大能量。核聚变释放的能量一方面与万有引力相互抗衡形成稳态。

然而当巨大恒星内部产生铁元素的时候,这颗恒星将会在数秒内迎来终结。因为铁的结合能不同于前面的很多元素,非常巨大,它会在恒星内部吸收着核聚变的能量,导致平衡破裂,强大万有引力吸收着整个恒星不断收缩,恒星会坍塌,吹散恒星几乎所有物质,并留下一个密度极高的中子星。

可以说,没有恒星能在铁产生后任然能够聚变。我们周围的一切物质可能就是来源于一颗恒星的死亡。至于金银,只是在恒星中占有极少的存在。在成规模之前恒星就死了。

如果过了很长时间,恒星死亡吹散的物质被另一颗恒星吸收接着聚变。如此反复,猜想最后将会是全是铁元素的世界。

这个猜想,我是反对的,我觉得吧,应该全部吸到黑洞里去。所有元素,所有物质,所有信息,连小的黑洞,都被吸到一个超级巨大的黑洞里。


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这只是科学家的一种猜测,基于现在的科学成果做的推测。恒星核聚变只能够到铁-56,其它重元素是在超新星爆发、中子星合并等暴烈的天文事件中诞生,但是重元素也不稳定,也会向稳定的铁-56进行裂变,最终都是铁-56,简单说就是这些粒子总有着向着稳定的方向演化的趋势。

按道理说,宇宙大结局之前都是铁元素,但是我们还知道质子衰变,这是一个假想猜测中的粒子衰变,质子衰变的周期相当漫长,漫长到可以认为它不会衰变,如果宇宙真的能够等到那一天,也就是质子全部衰变的那一天,那么宇宙中将都是光子、轻子等基本粒子。

不过,现在谁都无法知道宇宙的演化方向会最终朝向哪里,宇宙是否是循环的,宇宙是否会一直膨胀直到热寂,谁都说不准,试想一下,百万亿年之后的事情,凭现代的人类科技能知道?

个人浅见,欢迎评论!


一枚游戏科幻迷


站在客观事实的角度上,“宇宙最后所有的元素都会变成铁”这个观点是不正确的。

核反应分为两种,一种是核聚变,一种是核裂变。轻核聚变与重核裂变都会释放出能量。在所有元素中,以铁元素的平均结合能最大。也就是说铁在核反应中最稳定,很难发生核聚变与核裂变反应,但并不是不能。呵呵!没想到吧,大家平时口中所说的老铁竟然还有这么一层深意。

宇宙诞生之初,氢元素的丰度最大,占宇宙中所有元素含量的75%以上。恒星其实就是一个轻元素制造工厂,构成我们身体的碳氧氮等元素就是诞生于此。通常大质量恒星中的核聚变反应到铁元素就终止了,小质量的恒星根本走不到这一步就玩完啦。其实,铁及以后的元素也可以发生核聚变反应,但需要在超新星爆发这种极端条件下才能发生,美女们身上戴的黄金首饰就来源于此,因此才这么珍贵。



一颗恒星在其整个生命周期中,并不会耗尽所有的氢元素,在恒星生命终结时的超新星爆发过程中还会诞生其他重元素。宇宙相当大,目前宇宙中物质的分布相对来说比较稀疏,恒星发生核聚变反应都是需要一定条件的,当压力与温度不够时就不可能发生。即使宇宙中各种重元素最终会衰变成铁,但宇宙中的轻元素也并不会完全聚变成铁。


宇宙中的元素可能还没演变到终级阶段,宇宙的生命就已经结束了。宇宙的最终命运会如何,就不详细讨论了,简单说明一下。科学家们预测,宇宙未来会存在三种终极命运:大撕裂、大收缩、热寂。目前的天文观测表明,宇宙正在加速膨胀。

不仅放射性元素会衰变,理论上所有元素都会衰变。组成原子核的质子和中子也会衰变,特别是质子,其衰变周期比宇宙的年龄还长。不管宇宙是膨胀还是收缩,亦或是保持平稳。由于宇宙是一个孤立的系统,根据熵增定律,当宇宙的总熵达到最大值时,宇宙最终会发生热寂。


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科学探索菌


这些都只是猜想,人类连地球上很多事都没搞清楚,竟然去给无限宇宙下结论,这实际上是一种荒唐行为!



用户创维


不可能,轻元素只有通过核聚变才能成为铁元素,而且这个恒星必须比较大才行,象太阳都不行,太阳核聚变到氦元素就进行不下去了,比太阳大八倍以上的恒星才能把核聚变一直进行下去,只是到了聚变到铁元素时,因为铁元素太稳定,只吸收能量不放出能量,聚变就进行不下去了,恒星就会坍塌造成爆炸,这就是超行星爆发,这时候会产生很多重元素,比如金和银


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