元素的旅程始于大爆炸的最初時刻，當時我們的宇宙只有幾秒鍾到幾分鍾的曆史。

大爆炸模型認爲一場劇烈的爆炸産生了現在的宇宙。(Image credit: Getty images圖片來源：蓋蒂圖片社)

我們都知道宇宙包含大量的元素，從很輕的氣體（如氦氣）到很重的金屬（如鉛）。但是所有的元素都是從哪裏來的呢？

元素的旅程始于大爆炸的最初時刻，當時我們的宇宙只有幾秒鍾到幾分鍾的曆史。當時，整個宇宙被塞進了一個比今天小數百萬倍的體積中。由于密度高得令人難以置信，宇宙中所有物質的平均溫度遠遠超過十億度，這足以發生核反應。事實上，它是如此之熱，以至于即使是質子和中子也無法作爲穩定的實體存在。相反，宇宙只是一片更基本的粒子的海洋，稱爲誇克和膠子，在原始等離子體狀態下沸騰。

但宇宙不會長期保持這種狀態。它正在膨脹，這意味著它也在冷卻。最終，誇克可以結合在一起形成第一個質子和中子，而不會立即被摧毀。質子比中子略輕，這使它們在粒子産生的初始階段具有優勢。宇宙誕生了幾分鍾後，它就由于溫度較低而無法産生新的質子和中子。因此，這些重粒子是宇宙制造的唯一一批粒子（除了未來罕見的高能相互作用）

當重粒子最終形成後，大約每個中子會伴隨有六個質子。這些中子本身並不穩定;它們的半衰期約爲 880 秒。隨即，一些中子開始衰變，而尚未衰變的中子開始與質子結合形成第一批原子核。在所有輕元素中，由兩個質子和兩個中子組成的氦-4具有最大的結合能，這意味著它最容易形成，最難分解。因此，幾乎所有這些中子都用于生産氦-4。

通過這樣的計算，宇宙學家可以預測，宇宙開始時大約有75%的氫（這只是一個裸露的質子）、25%的氦和少量锂的混合物——這正是天文學家觀察到的。

恒星核聚變合成

元素出現的下一階段必須等待第一代恒星，直到大爆炸後數億年才開始發光。恒星通過核聚變爲自己提供動力，將氫轉化爲氦。這個過程會留下一點點能量。但是恒星有如此多的氫氣，它們可以燃燒數十億年，有時甚至是數萬億年。

在生命的盡頭，像太陽這樣的恒星轉而核聚變氦，在它們作爲行星狀星雲死亡之前將其轉化爲碳和氧。這就是爲什麽碳和氧在宇宙中如此豐富的原因;繼氫和氦之後，它們是最常見的元素。事實上，氧是地球上最常見的元素，盡管它大部分與硅酸鹽結合形成你腳下的土地。

質量更大的恒星——那些質量至少是太陽八倍的恒星——在其核心中融合了更重的元素。特別是在它們生命周期的最後幾周、幾天甚至幾個小時裏，宇宙中質量最大的恒星會産生氮、氖、硅、硫、鎂、鎳、鉻和鐵。

這是恒星內元素形成的終點——它們強大的能量能夠産生較重的元素，但要形成任何一種高于鐵的元素會消耗能量，而不是産生能量，因此這些更重的元素很少出現在大質量恒星的核心中。

元素周期表中比鐵重的元素是在恒星死亡時産生的，它們通過各種迷人、複雜和壯觀的方式産生。較小的恒星慢慢地將它們核反應區中的物質向外噴射，這些物質將噴灑到它們的恒星系統中。較大的恒星將會産生超新星爆炸。這兩種死亡都會留下殘余——小恒星會留下白矮星，白矮星幾乎完全由碳和氧組成；較大的恒星會留下令人難以置信的致密中子球，稱爲中子星。

來自伴星的氣體可以被白矮星吸收，導致它引發超新星爆炸。中子星的碰撞，會産生千新星並釋放出巨大的能量。

無論如何，所有這些過程都涉及大量的輻射、大量的能量和大量高速飛行的粒子——換句話說，這是塑造新元素的完美湯。正是通過這些災難，元素周期表的其余部分才應運而生。

也正是通過這些高能事件，這些元素飛躍了它們的母星的界限，進入了星際混合體。在那裏，這些元素加入了新的氣體雲，這些氣體雲最終合並形成新一代的恒星，這些恒星繼續元素循環和再生，慢慢地豐富了整個宇宙。

BY:Paul Sutter

如有相關內容侵權，請在作品發布後聯系作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和注明出處