我们身体里的每一个原子是不是都有几十亿年的历史,没法制造、也没法消灭一个原子?

东北男2019



我们宇宙中的物质总量一直以来都是永恒不变的,这说明从138.2亿年前的宇宙大爆炸开始,10的80次方个原子就一直像演员一样不断的组成各种物种,任何时间任何地点任何角色都是由这10的80次方个个原子构成的。

早期的宇宙中只有第一代恒星,它们死后内部的氢元素在高温高压下变成了重元素,这些重元素为后来的金属岩石行星以及人类的诞生提供了物质基础,因此在很久以前构成地球和人类的原子都还在恒星中。


地球诞生的第一个生命所包含的原子迄今为止仍然存在于宇宙中,构成我们所熟知的一切历史人物的原子也从来没有消失过,比如说构成诸葛亮的原子可能变成了一块石头的一部分或者一棵树的一部分,这并不难以理解比较原子就好像我们宇宙的积木一样,它构成了我们所看到的一切。

值得一提的是原子并非无法消灭,因为它也是物质而物质和能量是可以互相转化的,氢弹爆炸将0.7%的质量完全转化成了能量释放出去,因此我们可以说有一部分原子被“消灭”成能量消散掉了。


假如未来技术足够发达的话,我们还能将能量再转化成原子然后再用这些原子搭建出我们想要的东西,这种技术被称为“能质转化”


宇宙探索未解之迷


先给各位同学结论吧,首先,我们身体里面的每一个原子,都至少有几十亿年的历史,是千真万确的事情。

然后,我们当然知道制造和消灭一个原子的方法,只要把宇宙大爆炸的过程倒过来就可以了,只要你制造出足够高的温度,理论上你就是宇宙万物真正的上帝。

人身体里面包含的原子有哪些

地球上天然存在着92种元素,再加上人类在实验室里能制造大约20种左右,构成了我们认知世界的全部。不过题目针对的是我们人类,所以,很简单,大家只要把注意力集中在5-6种对生命影响极其重要的就足够了。

作为一个普通的碳基生命体,同学们体内每200个原子当中,有126个氢原子,51个氧原子和19个碳原子。在剩下的4个原子当中,有3个是氮原子,余下一个由所有别的元素瓜分。这大概就是我们身体里面的全部秘密了。

要形成上面说到的全部原子,有的在宇宙刚诞生就大量存在,例如氢原子;有的需要足够长的时间才能形成,例如碳原子。但是几乎全部的原子,在几十亿年前都存在了。

有的同学抬杠要说发射性元素的,不好意思,作为一个普通人,请不要尝试勇闯核反应堆好不!

宇宙大爆炸

题主谈到了制造和消灭原子,如果同学们觉得宇宙大爆炸模型是可靠的话,我们的解释将相当的水到渠成。如果你是宇宙大爆炸的敌人,我们稍后再来处理。

让我们先来复习一下宇宙大爆炸的全景吧。

首先,那是一个现代物理学无法解释的奇点,它包含了宇宙所有的物质,但没有体积,时间和空间都没有开始,除了它之外,那时的宇宙一无所有。

然后,在一千亿亿亿亿亿分之一秒之内产生了引力。极其短暂的片刻后,产生了电磁力以及强核力和弱核力──物理学的材料。再之后,又出现了大批基本粒子──材料的材料。随着时间的流逝,从无到有,突然有了大批光子、质子、电子、中子和许多别的东西,每种达10的79次方─10的89次方个之多。

但是大爆炸,只提供了许多轻的气体元素,并没有创造出一丝一毫重的元素。这时候,同学们应该感谢超新星,这些初代宇宙中的接力创造者,通过燃烧自我,照亮别人,顺便锻造出碳、铁和其他重元素。

例如我们的太阳系,它就是上一代或者上上一代超新星爆发后的再生,组成人类身体的每一个原子,都是宇宙137年历史的馈赠。

制造和消灭一个原子

人类其实已经具备了制造和消灭一个原子的知识储备和操作能力。人造元素,就是一个实锤啊。

举个简单点例子,我们用镁(Mg,12号元素)去轰击镄(Fm,100号元素),就会得到鎶(Cn,112号元素)。

但并不是说,人类就能随意的玩转元素的合成,由于原子性质的差异,有些原子组合是很难融合的。如果选错了元素,基本上你的靶元素和束原子几乎不会发生任何现象。在这点来看,人类科技仍旧任重道远。

至于消灭一个原子,我们上面其实已经说得很清楚了,只要提高温度,没有什么是办不到的,如果还有原子不为所动,那么就给予更高的温度。

简单点说吧,对撞机可以摧毁单个原子,成为不可再分基本粒子团。而高温可以摧毁大量原子组成的物质,将其成为不可再分基本粒子。

结语

当然,我说了这么多,前提是你得相信宇宙大爆炸模型。虽然我们没有办法重复一次宇宙创生的实验。

但是,相信神创论的各位,我相信也无法拿出上帝存在的实锤吧,所以,我个人认为这还是比较靠谱的一个解释了。


猫先生内涵科普


地球上目前已经发现了90多种元素,人体内就有60多种。人体内的60多种元素有最轻的氢元素,也有相对较轻的碳、氮、氧等,也有铁以及比铁重的碘、锌、铜、锰、硒等微量元素。这些元素不论在人体内含量高低,对人体的健康都非常重要。

人体内的这些元素都是从地球上获取的,地球的年龄大约是46亿岁,组成人体的这些原子是不是也有了46亿岁的年龄?未必都是,有很多原子的寿命已经超过了46亿岁,甚至可能超过了100亿岁,也有一些比较古老但是还不到46亿岁的,也有一些是新近形成的原子。

宇宙中含量最多的元素是氢,一个质子加一个电子就构成了氢原子,宇宙诞生后不久就可以产生出大量的氢原子。这些氢原子聚集在一起形成第一代恒星,依靠恒星的聚变制造出较重的元素。晚年大质量的恒星发生超新星爆发的过程还会制造出很多比铁重的元素。经超新星爆发喷射出的物质又可以重新依靠万有引力聚集在一起形成第二代恒星、第三代恒星等。

通过光谱分析可以知道,太阳上含有一些较重的元素,地球上也有很多较重的元素,这表明太阳不是第一代恒星,太阳是之前更大一颗恒星喷射出的物质聚集在一起形成的,地球是上一颗恒星制造出的较重的物质聚集在一起形成的。太阳以及地球上的很多原子,其年龄会超过太阳或地球的年龄。

水是人体内含量最多的化合物,地球上丰富的水并不一定是在地球诞生时就形成了,有人认为是含水丰富的彗星撞击地球将水带到地球上的缘故。如果是这样,这些水的年龄就不容易确定了。

宇宙射线中含有大量的质子,质子和电子结合后就制造出一个氢原子。这种制氢的方法一直在上演,你身上的一些氢元素,有可能就是近期靠这种方法制造出来的,这样的氢元素就非常年轻了。类似的情况还有,宇宙射线和大气作用、和地球上的物质作用会将一种元素变成另一种元素,这样的话也会产生新的原子。

有一部比较风靡的电视剧的主角是一位来自星星的帅哥,其实我们每一个人都可以算作是来自星星的物质组成的。我们身上的各种元素,是宇宙沧桑的记录。


刁博


基本上可以这么说,地球存在多久,我们身体内的原子就存在多久。

除了放射性元素外,大部分元素的原子核都很稳定,基本上不会发射衰变,所以绝大部分元素从形成开始,到现在都没有任何变化。当然也不能说的绝对,因为化学反应的时候还是会破坏原子外层的电子轨道的,元素得失电子,狭义上讲也算是元素的一种变化。但如果仅看原子核变没变来定义元素是否变化的话,那就是没有任何改变了,几亿年来都如此。

所以,我们每个人身体里的原子基本上都存在了46亿年,即地球诞生时开始存在一直到如今。当然,有些元素的存在时间还不仅仅是46亿年,因为它们在地球存在之前都已经存在了。甚至有的就是在宇宙大爆炸没多久后产生了,一直稳定存在到现在。不过有个原子有些特别,它就是氢原子,仅有一个质子作为原子核,一个核外电子。对于氢原子来说,我们无法定义它变没变,因为它只要和其它元素反应,那么就只剩下一个质子了。

至于我们可以不可制造原子或者消灭原子,身体内是不可能的。因为我们体内发生的都是化学反应,不涉及原子核的改变。但是利用仪器,到是可以创造原子。比如元素周期表中的人造原子,就是认为创造了。只不过很不稳定,半衰期很多。而消灭原子,只需要时期产生核反应就行。聚变或者裂变都可以,这个核弹就可以实现。


科学探秘频道


无论是没有生命的物体,还是像人类这样的生命体,都是由一系列不同的原子所组成。据估计,一个成年人包含的原子数量多达6000亿亿亿个,元素种类超过60种,其中大部分为氢、氧和碳。

那么,这些原子都是哪里来的呢?它们存在了多长时间呢?人类现在能否制造和毁灭一个原子呢?

原子的组成

在强核力的作用下,质子和中子结合在一起形成了原子核。在电磁力的作用下,原子核与电子结合在一起形成了原子。质子数的多少决定着元素的种类,几号元素对应几个质子,例如,1号元素氢只有一个质子,26号元素铁包含26个质子。

核反应和湮灭反应

一直以来,人类都没有能力制造和毁灭原子。直到上个世纪初,随着核物理学的不断发展,原子核的世界才被逐步打开。通过人工核反应,可以制造出地球上不存在的元素。

在元素周期表中,前94号元素可以在自然界中发现,而从第95号元素至第118元素,都是人工合成出来的,例如,第101号元素钔,它是由氦原子核(α粒子)轰击99号元素锿制得。人类利用核裂变和核聚变原理制造出了原子弹和氢弹。此外,通过正反物质湮灭,人类还能让原子消失,完全转变成能量。

在地球上,我们所接触到的现象基本上都是不涉及核反应的物理和化学变化。由于原子核没有被敲开,这些过程都不会改变质子数量,所以也就不会涉及元素变化。

原子的来源

构成我们的原子基本上都是来自于地球上,这些原子都是非常稳定的,没有经历过核反应,所以这些原子的存在时间非常漫长。地球的年龄已有46亿年,我们身上原子的存在时间都比这还要久,它们在地球形成之前就已经存在了。

太阳系中的所有天体都是从太阳星云中形成。太阳星云中包含着地球上的所有元素,我们身上的元素都是源自于此。

(1)恒星过程

在太阳星云中,将近75%的质量是氢,将近25%的质量是氦,其他元素的质量占比非常小。对于氦以上的元素,它们都是从由恒星制造出来。对于铁之前的元素,恒星可以通过核聚变反应合成出来。而对于铁以上的元素,需要通过大质量恒星的超新星爆发以及中子星碰撞等高能过程才能制造出来。也就是说,我们身上的原子很多曾经都是恒星的一部分,我们其实来自于“星尘”。

(2)原初核合成

另一方面,氢和氦的起源时间更早(部分氦来自于恒星的氢核聚变反应),可以追溯到138亿年前宇宙刚刚诞生不久之后的原初核合成。在宇宙最初的几分钟,宇宙处于炽热致密的状态,氢和氦元素被相继大量合成出来。随后空间快速膨胀,温度和密度快速下降,宇宙没有时间进一步发生核聚变反应。

直到宇宙诞生数千万年后,氢和氦气体云坍缩形成恒星,更重的元素才被相继合成出来。因此,如果追根溯源,我们身上的原子最初都是来自于138亿年前的氢元素。而我们身上的氢元素非常古老,它们的存在时间已有138亿年。

当人死亡之后,这些原子没有经历核反应或者湮灭反应,所以它们不会毁灭掉,而是进入大自然中,继续以其他形式存在。这些原子有可能成了没有生命的石头,或者成了花草树木,又或者成了其他人的组成原子。


火星一号


客观地说,我们身体里每一个原子年纪都比我们自己年纪还要大,当然我们的寿命在它们面前,可以完全可以忽略不计,实际上,连地球寿命都没有办法和它们进行比较。那具体是咋回事呢?

宇宙大爆炸

我们要从宇宙大爆炸说起,我们现在知道宇宙诞生于一次大爆炸,大爆炸之后短暂的时间内,宇宙中只有光子,夸克等基本粒子,宇宙“基本上”可以看成是纯能量的,原因是像电子,质子,中子都没有出现,更不要说原子了。

那早期的原子结构是咋来的呢?我们这里还是要拆解一下,我们初高中都学过原子结构,原子是由电子和原子核构成的,而原子核又是由质子和中子构成的。

(当然这个说法并不精准,但并不妨碍我们对后面的事情进行理解。)

也就是说,原子结构想要出现至少需要质子、中子、电子的存在。那三种粒子是咋来的呢?其实就一个字:

我们都知道物质其实都有对应的反物质,比一个电子的反物质就是正电子,如果它们撞到一起就会湮灭。

而早期的宇宙温度特别特别高,都在几十亿的水平。在这样的环境下,一堆光子所获得的能量能够高于一对电子所对应的的能量(可以通过E=mc^2来计算),那么一对光子对撞后就有可能产生电子,当然其他的质子和中子也可以通过这个方式来。下图中阈值温度就是光子所需要的温度。

在形成电子,质子,中子后,这时候的电子,质子,中子就像一锅粥一样都挤在一起,没有完整的原子结构,这时候温度还太高,直到宇宙38万岁后(也就是宇宙大爆炸后,过了38万年),宇宙的温度降到了2700度左右,这时候原子结构形成。不过,这时候并没有办法形成极为复杂的原子结构,早期形成的原子基本上都是氢原子和氦原子,它们是原子序数最小的两个元素原子。(当然,其实还有极为少量的原子序数更高的其他元素原子。)

所以,宇宙中包括你身上的氢原子都有138亿岁了,从物质层面上看,它们是宇宙中最早的原住民。

那其他元素又是哪里来的呢?

其他的元素

宇宙大概2亿岁时,宇宙中的星云物质由于引力坍缩,开始形成大质量的恒星。这些恒星内部就发生核聚变,一开始先是氢核聚变,生成氦。

然后氦核聚变再生成碳和氧。

然后碳、氧还会继续发生核聚变再生成原子序数更大的元素原子,所以恒星就像是元素的炼丹炉一样,一路修炼到铁元素原子(其实也会有少量原子序数更高的元素原子。)所以,除了氢和氦之后,大部分原子序数在铁之前的元素原子都是由核聚变反应锻造出来的。

而比铁原子序数更高的元素是咋来的呢?

主要有两个途径,

  • 超新星爆炸
  • 中子星合并

如果一颗恒星的质量足够大,最终会引爆自身,发生超新星爆炸,在这个过程中就会合成原子序数比铁更高的元素原子。

但是像金元素,银元素的合成,按照目前最新的研究成果来看,它们大部分是由中子星的合并合成的。

所谓的中子星合并,其实和上面聊到的超新星爆炸是有关系的,大质量恒星尤其是(10倍太阳质量)的恒星,在演化的后期,如果核心的质量大于1.44倍太阳质量,小于3倍太阳质量,内核就会形成一颗中子星,这种天体半径也就10~30公里,但是仅仅一勺的中子星就大概要几亿吨,是极其致密的天体。如果两颗中子星相遇,就会发生合并事件。这可以说是宇宙中最刺激的事件之一了,在整个过程中就会合成金元素、银元素等原子序数特别高的元素原子。

所以,金子特别贵重也是有有道理,因为中子星合并其实是很少发生的。以上就是各种元素原子的由来。

而我们人体当中最多的是氧,然后是碳,再然后是氢和氮,磷。

我们可以看一下它们在元素周期表中的位置。

通过上文所说的,我们至少能知道的是,我们体内的氢原子是138亿岁,而碳、氮、氧等元素至少要大于45亿岁,最年轻也应该是上一代恒星生成的产物,毕竟地球是没有能力生产这些元素,而它们最高可能能达到第一代恒星出现的时期,也就是136亿岁。

除此之外,我们还应该知道,我们身上的元素都是在恒星的核心也就是恒星的心脏生成的,听起来是不是有点厉害?


钟铭聊科学


确实,我们身体内的每一个原子都拥有几十亿年历史,甚至不止几十亿年,能达到上百亿年历史,这需要从宇宙大爆炸说起,当然前提是你需要相信宇宙大爆炸学说,否则就没有意义。

宇宙大爆炸瞬间,宇宙中并没有任何物质,只有纯能量。之后随着宇宙膨胀逐渐冷却,才形成了最基本的粒子,比如电子,中子,质子等,然后形成了原子,更大的分子等,这种情况保持了相当长的一段时间。

当物质出现之后,引力开始发挥作用。由于宇宙间物质分布不均匀,引力也不平衡,物质开始向某些引力大的地方聚集,到了一定程度就会引发核聚变,恒星就诞生了。最先诞生的当然是第一代恒星,拥有上百亿年历史。

恒星的诞生就是创造各种重元素的过程。第一代恒星死亡之后会爆发,剩余的材料会成为下一代恒星和行星形成的原材料。比如我们的太阳被认为至少是第二代恒星,也有科学家认为是第三代恒星。

说白了,我们人类其实就是恒星的“核废料”,恒星爆发后的原材料形成的,严格来讲,我们身体内的原子有可能拥有上百亿年历史,比太阳的寿命还要长!

当然,这并不代表着人类不能制造或消灭一个原子,这并不难做到。只要温度够高就可以创造原子,而粒子对撞机也可以消灭原子!


宇宙探索


万物都由原子构成,我们所能触碰的实体本质就是原子的电场,或者说电子云。

原子外层的电子以抗拒或相互结合的方式,构建了各种不同的物质实体。我们则是一群碳基至上的、自负的智慧生物。构成我们身体里的每一个原子,都是来源于一颗第一代巨恒星超新星爆发后洒向宇宙的星尘余晖。

原子的结构

化学层面来说,原子确实算得上物质构成的基本单位,但在物理层面它还能被拆分为原子核与电子。如果把它们都近似看成一个一个小球,电子环绕原子核的速度差不多2200km/s。

以最简单的氢原子为例,电子到原子核的距离为原子半径,如果把原子放大到一座足球场大小,原子核不过才一个弹珠的大小而已,电子与原子核之间可以说相当空旷,但实际上我们感知不到的虚空是一个被量子波动所充满的空间。

在大约10^(-10)m的半径空间中,量子波动产生的真空涨落,影响着带电微粒之间的相互作用。在量子力学的解释下,电子在同一时间即像一个波也像一个粒子,在没受到额外的能量影响下,在其自身轨道能级上以概率云的形式存在。

为什么称其为概率云?因为以量子力学的哥本哈根解释,未测定前的电子是不存在的,只能以波函数的概率形式充斥在任何它能出现的位置。

波函数坍缩:在对微观粒子的两次测量之间,除了概率波函数以外,量子力学宣称微观粒子不存在,只存在各种可能的状态。只有进行观察或测量后,微观粒子的“可能”状态才能坍缩为实际的“确定”状态。

电子离原子核越远,看到电子的几率就会逐渐趋近于0,但事实上永远也不可能是0。也就是说,理论上原子的电子有可能出现在宇宙的另一边。

自从进入量子研究时代后,原子已经变得比我们想象的更奇怪,这些奇怪的东西组成了宇宙中所有物质。看似虚无毫无实感的概率电子云,却是我们能触碰万物的根本原因。泡利不相容原理让感觉轻飘飘的电子云变得坚硬无比。

泡利不相容原理:原子中任意两个电子不可能处于完全相同的量子态。

1940年泡利更进一步从理论上提出了两个原则:

(1)不相容原理仅适用于费米子(实物粒子);(2)与费米子相反,玻色子(传播粒子)不受不相容原理的制约,也就是所有的玻色子可以处于同一量子态。激光就是由此发明出来的。

总之,泡利不相容原理让空空的原子变得极具抗击打能力,从外部难以摧毁,也赋予了物质实在性。

从某种意义上来说,破坏原子也并非难事

等量电荷原子核与电子结合在一起才叫原子,那让电子与原子核分离是否就意味着破坏了原子?如果是,那只需给电子注入能量,使它摆脱原子核的电磁束缚从原子里跑出来就行了,这一过程称为电离。

让物质电离的方法有很多。光、放电、燃烧、冲击波、激光等,都可以使物质电离。电离生成的电子、正离子一般在短时间内又会再结合为中性原子或分子状态。电离过程中,正负离子所具有的一部分能量会以电磁波、粒子再结合动能、或者分子的离解能的形式被消耗。

分子离解时也往往生成自由基,而一部分电子与中性原子、分子接触,又生成负离子。因此,等离子体是电子,正、负离子,激发态原子、分子以及自由基混杂的状态。火是我们最熟悉的一种等离子体,而充斥宇宙星海的恒星也都是等离子体。

另外如果以拆分原子核来定义破坏原子,那要消灭一个原子,你可以说很难,也可以说很简单。

因为我们要克服强相互作用力才能把结合稳定的原子核中的质子或中子分开,但自然界中有很多原子核是不稳定的,它们甚至会自发地发生原子核分裂,一般我们称为元素衰变。

这让人类能转空子,创造出威力惊人的可核裂变的原子弹,而自然界中不稳定的各种元素也都在自发衰变(只是时间可长可短),也就是我们常说的放射性。它们一般都会释放大量的能量。地球内部天天也都在发生着这种元素衰变,它也是地热的主要来源。目前产生地热的同位素主要有K40、U238、U235、Th232。

但这两种层面上的原子破坏,只是对原有的原子进行了重构。严格来说,原子并没有从这个世界上被抹除。只有正反物质湮灭,才可以说真正意义上的消灭原子,将他们转化为纯粹的光辐射。

生命仅仅是一堆原子构成的吗?

在地球上,所有的生命都是以各种原子为基础,由水、钙和有机分子构成的集合体。我们为这些不同的集合体取了各种不一样的名字。每一种生物都是由几乎完全相同的分子构成的不同标签的另一个集合体。

虽然生命与宇宙万物都是以原子为基础构成的各种分子机器,但原子和简单分子的聚合方式与生命的本质不可同日而语。如果我们的身体仅仅以简单的物质来看,人体的大部分组成物质都是水,几乎不值钱。碳可以以煤的形式来估价,我们骨骼里的钙则与粉笔一样,蛋白质中的氮元素于空气中的氮元素等同,血液中的铁元素与铁钉差不多……这样构成人体的化学物质最多也就值100元。

但显然我们不可能从混合或搅拌这些化学物质中,诞生出生命。生命的结构显然比其所具备的物质元素更重要。耶鲁大学生物物理学家哈罗德·莫罗维茨(Harold Morowitz)曾经计算过构成人体的精确分子结构物质需要花费多少钱?计算结果大约为1000万美元。

即便如今我们已经相当熟悉生命形式的原子组成,也无法从一个大罐子里诞生出生命来,这远超人类现在的能力。

总结

我们源于星尘,星尘源于恒星,恒星源于宇宙大爆炸38万年后从宇宙离子汤中凝聚出来的氢原子、氦原子。而恒星的使命是加工这些原子,给物质宇宙制造更多的可能。

加工出来的各种原子一批批地洒向宇宙,开始了宇宙的物质大演绎时代,每个原子何止才几十亿年的历史,它们只是没有记忆,不生不灭地不停重构着大千世界。

而生命作为物质的最高演绎形式,即便现在我们能深度地剖析构成它的原子,却还是不知道生命是什么!

只要质子的衰变还没有确定,原子就可以永生不灭的变换模样。

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想法捕手


你的问题说对一半,组成我们身体的每一个原子,或者说是比原子还小的物质,按照现行主流理论,每一个都有146亿年的历史,在大爆炸后的10^-46秒就出现了。

但每种物质出现的时间不一样,金属物质,如哈尔滨制药xxx厂最喜欢的钙铁锌……,化工厂最爱生产后沉淀在体内的铅、镉……,骚货吃的黄金餐等中的金属原子,出现时间晚得多,需要超新星爆炸,也就是说这些金属原子,都是被制造出来的。

所以组成我们身体成分的原子,每一个都有百亿年以上的历史,但有些是宇宙本身制造的,有些是被超新星制造的。你的问题说对一半。

但活人与死人,尤其是刚死的人,其实组成它身体的原子与分子并没有什么区别,但为什么就会有活死之分呢?

尤其是思想是怎样产生的呢?我们可以轻易制造出来许多更复杂的原子与分子产物,却没办法制造思想与生命,所以还希望我们的科学家能再努力前进。顺便鄙视各种宗教与神创论,全是在胡说八道。


用户1010316335544


宇宙大爆炸之初是“一碗基本粒子的浓汤”。几十万年后它们结合成简单的氢原子和氦原子。如果恒星演化从未发生,那么宇宙至今依然只是氢和氦,别无其它。

然而围绕着我们的世界——汽车、书桌、人类,还有行星、原星系团——仅有三种粒子组成:上夸克、下夸克和电子。这三种粒子可以组成原子、分子、化合物,以及我们能想到的任何物质。



我们周围的一切都有其独特的历史,无论是汽车、书桌,还是人体。想要真正明白他们从何而来,必须首先了解恒星的演化。

恒星不会永存,它们从诞生度过一生之后死去。比如太阳,它诞生于46亿年前,预估还有50亿年的生命。

我们难以察觉到任何一颗恒星的缓慢演化,但我们在银河系中都可以看到处于不同演化阶段的恒星。这就是天文学家们创造出恒星演化故事的方法。



事实上,恒星间并非真空,而是充斥着气体。很多地方气体很热且极度稀薄,但其他地方冷却后的星际气体云密度很高,以至于这些粒子能收到引力的作用,气体云发生坍缩而聚焦到一起。

一颗恒星的最初直径(大小)取决于星际气体云的质量。质量越大,核心密度越大,核聚变反应也越激烈。更多的核能意味着更高的压强和温度,最后恒星在一个远大于太阳的尺度上达到静力平衡。就这样,大自然“生产”了一颗大质量的明亮的巨星。

相反,如果星际气体云质量很小,如果能发生核聚变,就只能诞生一颗较小质量的、暗淡的矮星。

较小质量的恒星(比如太阳)在未来几十亿年中,核心的氢不断被消耗,产生更多的氦。氦核密度增大到一定量级会引发另一轮氦聚变,形成更重的元素,先是碳,然后是氧。当恒星变为红巨星,进而膨胀成色彩斑斓的行星状星云,其大部分氦都被转化了碳与氧,所有元素被抛入到太空。恒星坍缩成一颗白矮星而死亡。


大质量恒星,由于外层对核心的挤压更剧烈,碳氧核的密度和温度远比太阳大得多,以至于引发新一轮的碳核聚变。

在大约1000年(具体取决于恒星质量大小)的时间里,碳转化为氖、镁、钠,以及更多的氧。

随着演化的加快,碳、氖先后被耗尽,恒星核心充斥着氧和镁。恒星不断地收缩直到氧聚变结束,氧被转变成硅以及少量的硫和磷。

恒星核心耗尽氧后再次收缩升温,然后在短时间内硅聚变成多种其他元素,包括氩、钙、钛、铬,以及铁和镍。这是一个天文尺度的热核炸弹发生了爆炸。



如果把这颗恒星炸弹剥开,它酷似一个洋葱。其核心是气体的铁、镍,具有极高密度和温度。包围在铁镍核心外的是硅和硫的壳层,往外是镁、氖、氧层,再往外依次是氧、碳、氦和氢的壳层。这时大部分的氢已经被吹到太空中了,壳层之间核聚变依然在进行。

随着硅被耗尽,恒星的核能失去源泉,核心再瞬间发生坍塌,相当于数倍太阳质量的超热气体被压缩成密度约每立方毫米10万吨的中子星。而占恒星质量大部分的外壳将会以爆破的姿态进入太空,即超新星爆发。已经合成的所有元素都被剧烈的爆炸抛射到太空。




前面提到的汽车、书桌和人体,它(他)们都包含了大量的元素。比如,碳、氧、氮、钠、钙、磷、镁、铝和铁,所有这些元素在宇宙诞生至今的138亿年里,在恒星内部被“创造”出来。它们只占宇宙原子总质量的1%左右。


科学家还告诉我们,被星风吹到太空中,在行星状星云里,以及通过超新星爆发,元素以这些方式进入星际空间。小部分重元素,比如铜、锌、金、铀等在超新星爆发后或中子星的灾难性碰撞中被创造出来。

新一代的恒星有行星陪伴,其中有的行星足够温暖到可以存储液态水。至少在地球上,碳基分子曾如雨般降落,组成第一代生命体。46亿年之后,地球上有了鲜花和小鸟,还有我们人类。


这就是科学给我们讲的美妙故事:我们身体里的每一个原子都有数十亿年甚至百亿年的历史。我们肌肉里的碳、骨骼中的钙、血液中的铁、DNA中的磷......都是遥远的恒星核聚变反应生成的,我们无法创造、也不能消灭它们。

(谢谢阅读)


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