用户96347536692

在宇宙诞生的最初几分钟里，宇宙拥有极高的温度和密度，氢和氦元素在此期间大量被合成出来。然而，空间快速膨胀，宇宙的温度和密度迅速下降，原初核合成只有条件合成出大量的氢、氦，以及极少量的锂和铍，但来不及合成其他更重的元素。

我们身上包含了许多重元素，例如，碳、氧、铁，以及还有比铁更重的铜、碘等元素。那么，这些元素都是怎么来的呢？

可以说，多亏了恒星，尤其是大质量恒星，才有了后来的地球生命。宇宙大爆炸制造出了大量的氢和氦气体云，在宇宙足够冷却之后，它们会在引力的作用下坍缩形成恒星。在重力不断挤压下，核心区域的温度变得很高，氢原子核获得了足够高的动能，它们之间能够克服电磁力的排斥作用，发生碰撞，结合成氦原子核。氢核聚变是所有恒星的第一阶段，我们的太阳目前正处于这样的阶段。

当恒星核心中的氢元素耗尽之后，积累在核心的氦元素会通过3氦过程，互相碰撞形成碳元素。接下来，碳又会与氦结合成氧，氧还会进一步与氦结合成氖。对于宇宙中的大部分恒星，也包括太阳在内，核聚变只会进行到这一程度，之后将会膨胀为红巨星，最终核心坍缩为致密的白矮星。

但对于那些质量在太阳8倍以上的大质量恒星，随着不断的引力坍缩，核心温度可以上升到30亿度，它们可以启动硅核聚变。在这个过程中，硫、氩、钙、钛和铬等重元素相继合成。

不过，硅燃烧过程是有限的，不会无限产生更重的元素。事实上，这个过程的持续时间非常短暂，通常只有一天。因为一旦合成出恒星“杀手元素”——铁，整个核聚变过程将会很快宣告结束。

在铁之前的元素，比结合能随着质子数的增加逐渐增大，原子核变得越来越稳定。这些元素发生核聚变生成更重的元素，将会释放出能量，所以核聚变能够不断进行下去。然而，拥有最大比结合能的铁原子核发生核聚变之后，产生的能量还没有吸收的多，所以铁核聚变会吸收能量。

一旦恒星核心区域的能量被铁核聚变所吸收，辐射压会迅速下降，引力坍缩效应占据主导作用。恒星原有的平衡会被打破，核心遭受引力的强烈挤压之后，将会引爆恒星，导致超新星爆发。

在超新星爆发过程中，将会释放出巨大的能量和自由中子，铁原子核可以俘获中子，合成出铜、碘等重元素，甚至是铀这样的超重元素（近些年的观测表明，中子星碰撞也会产生重元素）。虽然铁元素杀死了恒星，但也引发了更重元素的合成，这为地球生命的诞生创造了条件。

46亿年前，太阳附近的超新星爆发不但送来了重元素，而且还引发太阳系的形成。我们身上的重元素曾经都是那颗大质量恒星的一部分，“我们都是星尘”这句话的含义就在于此。

火星一号

恒星是宇宙中的元素制造者，可以制造元素周期表上氢元素以外的绝大多数元素，但是恒星都害怕制造铁元素，因为一旦开始制造铁元素，就意味着这颗恒星将立即走向死亡。

恒星内部的核聚变基本都是从氢元素开始的，一般氢元素聚变到氦元素经历的时间最长，比如我们的太阳，在100亿年左右的时间中，进行的都只是氢元素到氦元素的聚变，当氦元素开始聚变的时候会发生氦闪，并在一瞬间释放巨大的能量，之后太阳将进入红巨星阶段，其寿命将剩下不到一亿年，在这一亿年中，太阳内部的元素将聚变到碳、氮、氧等的阶段，并不会聚变到铁元素的级别上，因为太阳的质量还太小，内部的高温高压无法达到聚变成铁元素的条件。

一般认为原始质量在太阳的8倍左右的恒星，进入到红巨星阶段的时候，内部的高温高压条件才可以聚变成铁元素，然而到了聚变成铁元素这个层次上的时候，聚变的过程已经不再释放能量，而是开始吸收能量，也就是说铁元素的聚变合成是吸收能量的，那么当铁元素在恒星内部形成的时候，内部向外的辐射扩张压将消失，整个星体在引力作用下迅速向中心集中，将恒星的内核挤压成中子星，接着巨量的物质再反弹出去，体现为整个星体的超新星爆发，这也意味着恒星的主序星阶段结束了，所以超新星爆发又被叫做恒星的死亡，而铁元素的创造又被称之为恒星杀手。

在超新星爆发这一过程中，整个恒星将发出超过其一生核聚变释放能量上百倍的能量，这种能量远比恒星平时的核聚变能量高得多，所以在这一过程中，不但会有铁元素会创造出来的，还会有铁以上的很多种元素被创造出来，不过这些元素在被创造的时候都是吸收能量的，而且被创造的过程非常快，就在超新星爆发的一瞬间，元素周期表上铁元素以上的大多数元素就都被创造出来了。

宇宙中还有一种方式可以创造铁以上的元素，那就是中子星碰撞了，中子星碰撞的时刻产生的能量比超新星爆发还要大，温度要高一倍，元素周期表上大多数的重元素都可以被创造出来，比如黄金，一般认为中子星碰撞时创造的更多。

我们地球上有形形色色的物质，它们都是由各种元素组成的，这些都是恒星的创造，包括我们的身体，实际上都是来自于恒星创造的物质，也可以说包括我们每个人在内，都是由恒星物质组成的。

人类的方向

比铁元素，严格说是Fe-56更重的元素是在恒星晚年发生大爆炸之中产生的。

由于铁元素继续聚变下去，首先要吸收大量的能量，才能完成聚变反应这种反应会使得恒星内部入不敷出，大量的能量被吸收后，恒星将无法抵挡巨大的引力坍缩。于是恒星物质砸向核心，引发了大爆炸。

在巨大势能的驱动下，恒星物质可以以接近光速的速度撞向核心的铁核，这种巨大的势能使得恒星发生爆炸，恒星内部物质也会以同样额速度向四周飞去。这一过程称作“铁芯灾变”，从外界看来，就是我们通常说的超新星爆炸。

铁芯灾变的过程，会使得铁元素获得大量的能量，于是在这一过程中铁元素可以继续聚变下去，于是生成了钴、镍、铜、铂、银、金等重元素，一直到铀。

举个例子：Fe-56的聚变反应：(Fe-56)+n→(Fe-57)+γ，(Fe-57)+n→(Fe-58)+γ，(Fe-58)+n→(Fe-59)+γ，这些核素通过β-衰变，分别转化成Co-57、Co-58、Co-59，在经过中子俘获和（或）β-衰变生成Ni、Cu 等更重的元素。

寒萧99

铁元素是一种非常神秘的元素，它需要极为巨大的能量和温度才会发生核聚变，因此铁元素的核聚变反应是非常特殊，当然对于普通的恒星来说，更不可能完成将铁进行核聚变的能力！那么比铁更重的元素来自于哪里呢？

首先我们知道，太阳是一个巨大的核熔炉，它是一个等离子氢气球，很多都把太阳比作为大火球，认为燃烧着熊熊的火焰，实际上太阳是在燃烧，当时燃烧的是氢。太阳是一个巨大的洋葱，如果将太阳剥开，你会发现它一层一层的，在最上边的元素是氢，最下面的元素则是铁。那么地球上的金银铜都是如何来的呢？

实际上这源自于一种名为恒星末期的演化，也就是超新星爆发。超新星爆发是非常恐怖的宇宙现象，在几秒内释放的能量，是太阳的千亿倍，因此具有着极为强大的破坏性。那么超新星是如何形成的呢？

我们知道像是太阳这类的恒星，由于它的质量因素，它在膨胀之后，无法锁定表面的大气层，因此这些大气层会被吹散到太空中，而太阳也会变为一颗致密的天体，它就是白矮星。但是太阳只有一颗非常普通的恒星，在我们所处的银河系中，恒星的数量多达4000亿颗，这是一个无比庞大的数量。

在一些超大质量的恒星，由于大量的铁在内部堆积，导致体积变得无比的巨大，由于质量过于的庞大，它的外层不会被自身的太阳风吹散，因此引力会将它进行压缩，在这一过程中，随着体积越来越大，来自核心的压力和温度也会越来越高，这一过程中，大量的铁会会被压缩在一个之谜的核心中，虽然压力越来越强，最终恒星的外壳会被引爆。

这种引爆来自于星核的内部，当星核再也无法承受这种强大的压力后，它就会变得极为的不稳定而形成导火索，最终将恒星由内而外进行点燃，最终造就超新星爆发，在超新星爆发的过程中，恒星之内的核心会被留下来，而它外层大量的元素，例如氢、氦、氧、氮、氖等元素会在超高温的作用下形成更重的金属元素，这些金属元素其中就包括了金、铂、铅等更重的元素。随着宇宙的膨胀，这些元素散落到宇宙的各地，最终形成了今天的世界。

第二种说法

这些比铁更重的元素来自于名为中子星的神秘天体，大家有疑问，中子星无论是质量还是重力和引力都是十分恐怖的，任何物质都无法逃逸，因此这些物质不可能逃逸中子星。但是当中子星在吞噬周围的伴星时，以及和另一个中子星发生碰撞的时候，这种能量就会释放，这种现象名为：中子星爆发。一种比超新星还要可怕的现象，不过并不常见，并不是每颗恒星系都能出现两颗中子星这种神秘天体的！

首先中子星在和中子星相互碰撞时，本身它内部的构造就是由铁重的元素组成，因此这些物质在碰撞的过程中，大量的物质会被散射到宇宙的各个地方，但是中子星的碰撞后，会形成黑洞，因此大量的物质是无法逃脱黑洞的引力。这也是一个令科学家质疑的难题！

而中子星最终的寿命就是塌缩为黑洞，在塌缩的过程中，它的能量会大量的外泄，随着外泄的能量越来越大，它的自转速度就会越来越快，最终变为脉冲星，而脉冲星在释放的大量的电磁脉冲中，也是有可能会存在着比铁更重的元素，不过目前这一理论尚未证实！

通过以上答案，我相信你已经知道这些重金属是如何来的了，没错它们都来自于遥远的宇宙中，无论是超新星爆发，还是中子星融合，这都是很难见到的，据悉每50年，就会有一颗恒星死亡，但是能否形成超新星，这就看运气了。因此超新星爆发被称为百年难遇的天文现象！

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宇宙V空间

当恒星核聚变到元素周期表上铁元素就停止了，那么铁元素以上那些元素是如何诞生的？

关于元素的来历，教科书上告诉我们宇宙大爆炸产生了氢、氦和微量锂元素，恒星核聚变将诞生从氦到铁之间的大部分元素，铁以后的元素是怎么来的？一般只会交代一句是从超新星爆发中诞生的，但问题是它们怎么就从超新星中诞生了呢？

恒星上的元素是怎么发现的？

也许我们得从牛顿的分光实验开始说起，听说牛顿是为了躲避瘟疫回到家乡乌尔斯索普，结果在那里不但发现了万有引力，还通过三棱镜将太阳光分解成了七色，不过牛顿并未在这个问题上过多纠结！

1802年英国物理学家沃拉斯顿在牛顿分光实验的三棱镜前加入了狭缝，取得了一幅带暗线的连续光谱，沃拉斯顿并不太明白这有什么含义，因此并未被重视。

1814年德国光学专家夫琅和费制成了第一台分光镜，发现了明线光谱。

1858年秋到1859年夏，德国化学家本生发明一种煤气灯，将各种金属放在灯上燃烧，发现了明线光谱的差异，从而发明了光谱分析化学元素的方法。

到十九世纪末天文学家已经发现了太阳光中的元素光谱包括氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种元素！但当时并不清楚这些元素是怎么来的，只是很奇怪太阳上怎么也会有和地球上很多类似的元素呢？

恒星元素从氦到铁的过程

要理解恒星的元素聚变过程，也许我们要从发现太阳开始说起，太阳上的元素是怎么来的还跟史瓦希有关，因为是他根据温度以及密度和压力一起计算后认为太阳这种等离子天体可能是辐射为内核与外壳传递能量的方式！

1920爱丁顿提出太阳的能量可能来自于氢聚变成氦产生能量，并且认为这个过程可能会产生更重的元素，因此爱丁顿在1926年根据理想气体为基础，以太阳氢元素为主的模型计算出太阳内核的温度可能为1900万度左右。

1928年伽莫夫根据太阳内核的温度推导出氕氕聚变成氘的条件，原本爱丁顿计算的太阳温度并不足以引起氕氕聚变，但伽莫夫解决了质子如何穿透库伦壁垒完成聚变的量子力学公式。

1939年汉斯贝特则发现了质子-质子反应链以及碳氮氧循环是太阳上两种能量来源，而在太阳这个规模上，质子链反应占主要地位，而碳氮氧循环则比例比较小。

到此为止元素的聚变环节已经通了，恒星和太阳原理一样，唯一不同的就是质量！我们接下来说说这些元素聚变的过程！假如一颗恒星质量足够，那么它能将从氕开始一路到镍56：

氕→氘→氦-4 → 铍-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 镁-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56

很多人以为只到铁，其实也没错，因为镍-56会经电子捕获而衰变成钴-56，最终衰变成铁-56，因此说聚变到铁就停止了其实没啥大毛病，镍-56的衰变过程：

镍-56的半衰期为6.02天,以β+衰变成为钴-56（半衰期77.3天）最终衰变为铁-56

但更准确的说，恒星内部聚变到铁并不准确，因为这个半衰期完成前，恒星早已超新星爆发！

铁以后的元素是怎么诞生的？

相信很多朋友都已经接受重元素在超新星爆发和中子星合并过程中诞生，但其实在这两个过程之前，重元素早已偷偷的在产生了，而这个过程就是慢中子捕获和快中子捕获！

• 慢中子捕获

我们先把中子捕获这个事情搞明白，这是轻原子核向重原子核转变的一个重要步骤，它主要发生在红巨星内部，轻原子核可能会捕获多个中子，但中子多了会不稳定，通过β衰变释放出一个电子和一个反中微子变成质子，成为质子数+1新的重元素，当然过程并不如这样轻描淡写，但基本原理就是如此！慢中子捕获很难发生，但在红巨星庞大体积的内部产生的总量却不容小觑，据估计恒星内部大约有一半重元素由慢中子捕获产生！

• 快中子捕获

快中子捕获其实和慢中子捕获原理是一致的，所不同的就是快中捕获需要铁原子核为基底，而这个过程伴随着超新星爆发时内部的超强中子流快速完成捕获过程，超新星后中子流结束，快中子捕获过程也将结束，尽管时间很短，但它合成了另一半重元素。

• 中子星合并

其实这是另一个版本的快中子捕获，或者中子星或者的β衰变产生，因为中子星物质衰变是从大量中子聚合体的衰变，因此产生重元素的概率极高，因此天文学家认为重元素、特别是金元素等贵金属元素都是从中子星合并中产生。比如2017年的探测到引力波的两颗中子星合并，天文学家认为产生了数个地球质量的黄金，但很可惜我们够不着！

元素的来历就这几种，当然高能加速器中也能制造新元素，不过成本极高而效率却极差，仅仅只能做研究没有实用价值，因此基本上我们人类根本不能替代恒星自己制造元素，即使未来核聚变实现也不行！

星辰大海路上的种花家

铁元素以上的元素只有在超新星大爆炸或大质量天体碰撞中产生，在恒星本身的热核反应中无法产生。

这是因为铁元素聚变不但不会释放能量，相反还要吸收能量，而垂垂老矣的恒星哪里有多余的能量给这位铁头陀呢，于是聚变就停止了。中心再也没有能量维持巨大的引力压力，巨大的恒星外围急剧向中心坍缩，这种坍缩是惊人的，速度达到近半光速甚至接近光速。

恒星物质以这么惊人的速度撞向那个铁头头陀，那个大铁球还要奋力抵抗，亚光速冲击铁核心的物质反弹回来使恒星外壳急剧膨胀，这样惊天动地的大爆炸就不可避免了。这种爆炸会在几十个毫秒之间发生，爆发出恒星一生所发出能量总和若干倍。2016年1月发现的一颗超新星爆发亮度达到太阳的5700亿倍，比银河系所有恒星亮度加起来还要亮20倍。

超新星这种巨大的能量爆发，无可估量的高温高压当然会使顽固的铁元素向更重的元素聚变，由此金银汞铅等，一直到铀就这样生成了。

这些物质在大爆炸中抛洒到了太空，被巨大的冲击力震碎为齑粉，甚至原子态，成为宇宙中的次生星云，这种二次星云在某些机缘巧合下，比如附近发生的超新星大爆炸或者天体大碰撞，在这些引力波的扰动下，依靠自身引力又会聚集起来，形成新的恒星和行星天体，这样这些天体中就不乏重金属了。我们地球就是这样形成的。

产生重金属的渠道还有天体大碰撞，如中子星大碰撞、黑洞与各种天体大碰撞等等，都会爆发巨大的能量，在这些能量的打压下，重元素就会应运而生。2017年全世界很多科学家观测到距离我们1.3亿光年远一对中子星发生碰撞的引力波，这只碰撞事件导致甩到太空中的黄金渣滓达到300个地球质量之多，不得了吧？

一直以来，这些漂浮在太空的重金属常常会以陨石方式掉向地球。

地球上的重金属来源有两个方面，一个是太阳系形成时地球滚雪球裹挟进来的，一个是后来在不断的陨石轰击中得到的。现在地球每天还在接受成千上万吨的宇宙渣滓的轰击，以流星和陨石的方式来到地球，其中当然也不乏黄金等贵金属。

所以说，天上掉馅饼的事并不全是骗人的，如果看有哪位明天愿起早一点，或许就会捡到天上掉下来的狗头金也未可知，那就中大奖了，在此先行祝贺。

对超新星的研究证明了宇宙中所有的元素，都是通过能量转化而来的，从最开始的轻元素氢和氦，到后面的重元素，都是从大爆炸或热核反应中生成的。

这些事实进一步证明了爱因斯坦质能方程的无比正确，这个著名的方程表达为：E=mc^2

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铁元素以上的重元素，理论表明，是为在学术上被称为中子俘获过程的相互作用产生的。

铁元素聚变在恒星核聚变的整个周期里，是一个重要的分水岭——对于大质量恒星而言，在聚变出铁元素时，事实上已经踏上不归路了。

这类恒星会在铁核的坍缩下进一步释放巨大的重力势能和核能，把整个恒星体炸的粉碎，即超新星爆炸。

铁核为何如此特殊，成为恒星的杀手锏？

铁核之所以如此特殊，关键在于它很高的比结合能。

稳定的铁核在试图进一步聚变时，吸收的能量大于聚变释放的能量，巨大的恒星外壳没了聚变辐射压的抵抗，在引力的作用下向中心快速落下，铁核被整个外层恒星体挤压拍碎，瞬间释放落下的巨大重力势能，恒星由此被炸的粉碎。

产生比铁元素还重的重元素的中子俘获过程是什么？

在恒星中心，压强极大，温度高达数千万摄氏度，氢核以极高的速度到处碰撞。但即便如此，如此巨大的动能在克服氢核（质子）之间的库仑力进行核聚变仍有困难。

但微观粒子的行为在细微的时空结构下具有的量子隧穿效应，使得质子在突破库伦壁垒进行核聚变时，变成了一种概率行为，大量的碰撞使得聚变成为了可能。

库仑力使得聚变变得困难，但量子隧穿效应使得聚变又成为可能。

在超新星爆发的过程中，会释放大量的中子，中子不带电，这是我们中学课本里就知道的，因此中子之间也不会有库仑力。这样一来，核子在结合中子时就变得容易多了，于是就能俘获大量的爆发产生的中子，使得整个核子（铁原子核）的核子数增大。

这样的核子并不稳定，为了保持稳定，核子会发生弱相互作用，进行β衰变，所谓的β衰变，可以理解为中子变成质子的过程，这样一来，质子数增多了。

不同元素之间的不同之处就在于质子数的不同，在增大的质子数后，铁原子核及其以下的原子核就能变成铁元素以上的元素，这就是重元素的来源。

科学新视野

因为铁56过于稳定。铁不是不能聚变，而是聚变活动所释放的能量不足以弥补聚变过程所吸收的能量，所以铁参与聚变反应后，恒星的后续聚变无法继续维持下去。

核反应骤停，失去核反应辐射压，恒星的重力开始占据优势，恒星内核立即猛烈地以光速向质量重心点收缩。这时候，就有两个结局，一是恒星内核的质量大于1.6倍太阳质量，将形成中子星。二是恒星内核大于3.2倍太阳质量，则形成黑洞。

无论哪一种结局，恒星残骸都会发生超新星爆发，收缩产生的巨大温度与压力令铁发生更高级的聚变，时间虽然短暂，但所有超铁物质都将形成出来。同时，收缩引发的物质碰撞与反作用力将这些超铁元素抛向外部。

因为超铁元素的聚变反应要求更高，产生时间更短，所以，这个世界中原子核越重的元素就越少，金比银少，银比铜少，而铜比铁少。就是这个原因导致的。

四川達州

宇宙中的物质都是在时空中结成一个层次一个层次的时空拓扑形式。这种拓扑形式是在自然规律下，引力、电磁力包括强力和弱力，遵守能量守恒(信息守恒)、角动量守恒(时空拓扑守恒)、电荷守恒、费米子数守恒(实物粒子)，形成每个层次的费米子互绕运动拓扑形式，费米子互绕而包围的内部时空存储了角动量(能量)；以“隐性光子”形式存储在物质时空拓扑的内部时空中；当物质拓扑形式变形、变换或破裂时，其内部时空中的角动量(能量)将以“显性光子”发出其物质拓扑变化信息。

宇宙中的所有元素都是以最简元素---氢，做为初始存在，然后，先凝聚成星云拓扑形态，再凝聚成星球(恒星)，再在星球这个“熔炉”中“煅烧”各种元素(铁以下元素)，将氢元素一步一步核聚变出铁以下的各元素，同时放出光子(伽玛射线等)能量和信息。

目前来看，宇宙中的质子以上的物质拓扑形态变化都是自然的、线性可分的规律“指导”下的变化。所以，核聚变自然发生规律是在铁元素以下。当然，不排除在特殊环境下，“线性拟合”出可聚变出铁以上元素。

铁以上元素，也确实是通过强大的引力“线性拟合”，“熔炼”出来---通过中子星物质，中子拓扑变换而得到铁以上元素。

目前看，自然过程是线性可分过程，是线性可分规律下的因果变换过程。但是，在人的意识流下，自然信息过程就出现了线性不可分规律下的因果变换过程。

人是宇宙的自然产物。宇宙自然的自洽变换过程“信息编码”出人这种，具有意识流的“产物”，具有非线性可分规律下的“产物”。也就是说，线性可分形式在自洽运动下，“形成”了线性不可分非线性规律。

未来的宇宙变化过程就是“加入”了意识流下的，宇宙信息编码过程。宇宙信息编码空间在何种“运动”、操作或“算符”下成为线性不可分信息空间，类似量子纠缠信息空间(不可直积表达)。

人类用对撞机探索物质深层奥秘的过程，就是“插入”意识流，而使得自然过程“非自然化”，形成了线性不可分过程，或对物质进行了“线性不可分编码”。

谭宏21

铁元素是恒星内部最重的元素，既不会发生核聚变释放能量，又不能核裂变释放能量，所以恒星在聚变到铁元素时就会停止聚变反应。

不过像太阳这样小的恒星聚变到碳、氧、氖就会停止了，因为恒星聚变是由内部引力致使的，太阳的质量小、引力小，那时太阳外部的力量无法抵抗内部的引力而向核心坍缩。太阳的核聚变就停止了，进入到红巨星阶段，最后形成白矮星。

但是宇宙中比太阳质量大几倍、几十倍的恒星有很多，它们有足够的引力使外部的元素继续发生聚变反应。元素越轻，原子核质量越大，聚变反应释放的能量越大，而质量越大的恒星有足够引力使较重的碳、氖继续聚变释放能量，形成更重的硅、铁等元素，形成一个铁核心。

恒星的核聚变形成的元素过程如下图：👇

当大质量恒星的铁核心形成时，外部就是一圈为聚变完的氢外壳。如果质量大于太阳8倍及以上的恒星，就会以超新星爆炸的方式而结束灿烂的一生，最终形成中子星或黑洞。

關鍵字: 元素 合成 科学