宇宙中的氫是從哪裡來的?

土匪22


氫是這個宇宙中最簡單的元素,它由一個質子和一個電子構成。原子量為1.00794u(u為統一原子質量單位,1u為碳原子質量的十二分之一)。它是宇宙中最為常見的元素,佔重子數量的75%。它有三種同位素,分別是:氕、氘和氚。氕的丰度為99.9885%。其他兩種較為稀有。


圖:氫原子

氫原子是恆星的主要燃料,它在恆星中發生核聚變反應,生成了其他的重元素,並在這個過程中降低質量,轉換成能量釋放出來。

那麼,氫又是從何而來呢?

在138億年前,一個“奇點”突然發生了“爆炸”,為什麼爆炸,目前所有的理論都無法解釋。目前,科學只能瞭解普朗克時間以後的事情。



10∧−36秒開始發生了暴漲,暴漲大約只持續到10∧−33~10∧−32秒之間。暴脹結束後,宇宙繼續膨脹,但速度就低得多了。這時宇宙中的物質包括了夸克-膠子等離子體和其他的基本粒子。此時的宇宙非常的炙熱,所有的粒子都在以接近光速的速度運動著。

此時的物質和反物質數量是相等的,但是,某一種破壞這種平衡的的反應出現,它使得物質的數量超過了反物質的數量,超過的數量大約只有3000萬分之一。

宇宙誕生10∧-6秒之後,夸克和膠子開始結合成質子(反質子)和中子(反中子)。此時的溫度已經不足以形成質子~反質子對、中子和反中子對,物質和反物質之間發生湮滅,最後只剩下了大約十億分之一的物質。

宇宙誕生1秒以後,電子和正電子也經歷了這一切,湮滅反應後,只剩下了電子。

大約在宇宙大爆炸後的第三分鐘,隨著宇宙的進一步膨脹,溫度降低到大約10多億度,物質密度大約降低到海面大氣的密度。一小部分質子和中子開始結合形成了氘(氫的同位素),其他的質子形成了氫,氫進一步的聚變形成了氦,並且還生成了極微量的鋰和鈹。這個過程大約進行了17分鐘,即宇宙誕生的第20分鐘。這就是太初核融合。



隨著宇宙的膨脹並冷卻,核融合就停止了下來,也幸好宇宙能夠以極高速進行膨脹,晚一點這個宇宙的核融合就可能進行到後面的較重元素,這樣的宇宙就不大可能會誕生出生命來了。


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