宇宙爆炸後的高溫高壓,為何沒有讓氫原子發生核聚變?

2020-12-11 模式生活

有網友問:宇宙爆炸後的高溫高壓,為何沒有讓氫原子發生核聚變?

因為這裡有一個先後關係,是宇宙大爆炸產生了宇宙的所有物質,然後才是宇宙降溫氫元素產生,物質的聚集導致核聚變的發生,也就是導致了恆星的形成。

宇宙怎麼來的至今沒有定論,根據科學家們的觀測可以確定的是,宇宙起始階段比現在更加炙熱更加稠密,這些結論是根據宇宙微波背景(宇宙大爆炸後殘餘的微波環境的變化加上對現今宇宙的觀測,可以得出宇宙降溫的結論)、星系的運動的紅移現象(紅移現象是高速遠離地球的天體的發光或者反光現象,光譜向紅色光一側移動,表明宇宙的物質正在加速分離)等。大爆炸氣除的高溫使得物質無法存在,在宇宙進一步降溫後,逐漸形成了今天人類可以觀測的各種微觀粒子,微觀粒子進一步結合產生了構成宇宙的主要物質——氫。

而引力是物質的固有屬性,氫等較輕的元素原子形成後,在宇宙中因為引力作用逐漸聚集形成氣態天體,在物質聚集碰撞的過程中,會產生大量熱量,加上物質不斷聚集最終內部的壓力會很大,超大的壓力和高溫使得氫元素原子核有了相互碰撞結合在一起的能量,在新元素原子核形成的過程中,有部分質量損失,損失的質量就轉化為了能量,宇宙第一批恆星形成了,照亮了這個宇宙。而恆星的核聚變活動又是新元素的產生場所,形成各種重元素原子,而那些原子相互結合就會形成固態的天體,巖石行星也得以形成。

通過在大型強子對撞機的實驗可以知道,當粒子以極高的速度相互碰撞的時候,會使一些元素原子分散成更基礎的微觀粒子,宇宙大爆炸起初的高溫和高壓,會使物質有很強的熱運動,使得現今的氫等元素根本就無法形成。現有宇宙大爆炸,再有氫元素的形成,然後才是核聚變的發生、恆星等天體的形成。

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  • 太陽核心溫度只有1500萬攝氏度,為什麼會發生核聚變反應?
    在這裡,有的朋友不禁要問了,太陽內部的溫度只有1500萬攝氏度,為何就能激發核聚變反應呢?很多朋友估計對氫彈爆炸印象深刻,瞬間就會向外界釋放巨量的能量,隨著爆炸產生的衝擊波對周圍區域的殺傷力無比巨大。其實氫彈爆炸的過程主要包括兩個階段,前一階段包含著原子彈爆炸的過程,即利用鈾235等重元素核裂變產生巨大能量。
  • 恆星只能核聚變到鐵元素,鐵之後的元素是如何誕生的?
    這個奇點是一個體積無限系小但是質量卻無限大的物質,它基本上蘊含了宇宙萬物,在奇點爆炸之後,宇宙開始膨脹,形成了我們現在看到的各個天體。 核聚變 恆星在混沌的一片星雲當中橫空出世,由於它的質量巨大,其內部核心的壓力和溫度非常之高,推動了原子的運動,核聚變還是產生了。剛開始,恆星當中的氫原子進行碰撞,通過核聚變產生了氦。而氦又通過核聚變,生成了碳和氧。
  • 核聚變是不可逆的,那是不是恆星都燒完了,宇宙就會走到盡頭?
    而我們都知道氫原子核內只有一個質子,是最容易形成的,然後是氦原子核2個質子和2個中子,這兩個元素是元素周期表最靠前的兩個元素。因此,宇宙最最多的就是氫原子,其次是氦,其中氫原子佔到了70%以上,剩餘的基本上都是氦原子,其餘的不到1%是其他元素原子。
  • 太陽核聚變只要1500萬度,可控核聚變卻要1億度,這是什麼原因?
    要打破這個外殼,只有兩種方式,一種是高溫,一種是高壓,通過這兩種方式把這個外殼剝離,才能夠露出中間的「小米」~原子核。熱核聚變的主要條件是高溫,高壓則能夠讓核聚變變得更劇烈和長久持續。這個高溫要多少呢?其實要驅離原子外圍電子並不難,只要幾千攝氏度高溫就能做到,我們看到的等離子體就是電子被驅離了原子核,形成帶負電的電子團和帶正電的核子攪和在一起的電漿。
  • 核聚變到鐵就停止了嗎?那宇宙裡比鐵要重的元素是怎麼形成的?
    核聚變到鐵並未停止,只是能核聚變到鐵的恆星,離死就不遠了,隨著臨死前的一場爆炸,是可以聚變出所有自然元素的,這場爆炸稱為「超新星爆發」。自然界元素的由來首先大家要知道整個宇宙中幾乎99%的元素都是氫和氦。這兩種最簡單的元素充斥了整個宇宙空間。
  • 同樣是核聚變反應,為什麼太陽沒有像氫彈那樣一下子全炸了?
    氫彈也屬於核武器的一種,它主要是利用氫的核聚變反應形成爆炸的一種殺傷性武器。而太陽的燃燒同樣是由核聚變反應所引起的,四個氫原子核通過核聚變反應產生一個質量更重的氦原子核,從而釋放出大量的能量以此來維持太陽的燃燒。那麼,為何太陽內部發生核聚變反應時沒有像氫彈那樣一下子全炸了呢?首先,我們來了解一下核聚變反應。
  • 為什麼氫彈一點就炸,太陽的核聚變卻如此穩定?
    宇宙中的恆星的內核基本上都在進行著核聚變,那核聚變究竟是怎樣的一個過程呢? 核聚變 核聚變就是指質量較小的原子在高溫高壓下讓核外電子擺脫原子核的過程,兩個原子核相互吸引和碰撞,產生了聚合作用,從而可以生成質量更大的原子核。在核聚變的過程中質量的損失釋放了巨大的能量。
  • 宇宙誕生初期,為何生成氫、氦原子就停了?容易被忽視的問題
    今天我們聊一個最容易被大家忽視的問題,我們都知道宇宙的誕生是怎麼回事,根據描述,爆炸初期宇宙是氫原子的海洋,最初的溫度極高密度極高,那麼問題來了,為什麼這個時候氫原子不順勢發生核聚變形成重元素,而是等到幾千萬年甚至幾億年後第一顆恆星的誕生,才開始核聚變呢?那麼宇宙初期在等什麼?還是在最初的聚變中發生了意外?
  • 巨行星 「火熱的心」 源於核聚變反應
    當鋁元素物質轉變為超熱、高壓縮性混合物時,科研人員得到了高溫、高壓的緻密物體。高溫、緻密物質被認為存在於巨型氣體行星的核心,在太陽系和一些系外行星存在巨型的「氫氣球」行星,系外行星的質量可能達到太陽系中木星質量的很多倍,巨型氣體行星非同尋常的特徵拓展了人們對行星形成的理解,使得行星物理學獲得紮實的基礎。
  • 中子和氫原子都是由一個質子和電子組成,它們的性質為什麼不同?
    宇宙大爆炸後,先有的中子,後有氫原子大爆炸初期,隨著溫度下降,先有的中子,後有的氫原子,這意味著由中子轉變為氫原子較易,由氫原子轉變為中子難,這是不可逆的熵增原理在起作用。氫原子變為中子這個變化過程對應著的就是中子星形成的過程,這需要高溫高壓,中子星是1.44倍以上太陽質量的恆星演化未期的產物,
  • 回顧氫的前世今生,它在宇宙中有著重要的地位,是萬物之源
    如果以質量來計算,氫元素的質量大約可以佔到宇宙物質總量的90%以上。由於氫原子的質量較輕,所以若以數量來計算的話,氫原子的數量比宇宙間其它原子總量還要高出百倍以上。為什麼宇宙中的氫元素佔比如此之多呢?這一點我們就要從宇宙大爆炸的時候說起,大約在138億年前,一個擁有無限密度與質量的奇點因為某種未知的原因而發生了爆炸,於是宇宙誕生了。
  • 如果給水施加極端高壓,會發生什麼?人類將因此毀滅!
    但道爾頓並沒有深入探究原子內部的結構,導致人們長期認為原子內部是實心的,原子就像一個極小的實心球。直到1869年有科學家發現了陰極射線後,原子結構的面紗也逐漸被揭開。 因此如果木星內部存在含有氫原子的液態物質,那麼可以推測這些液態物質在極端高壓下會變成金屬氫。 可以通過壓縮水來實現核聚變嗎? 在核反應中,核聚變反應所產生的能量要比核裂變反應多,因此科學家們一直在研究如何將核聚變反應可控化,從而發展成一門能源生產效率更高的技術。
  • 當人類攻克了核聚變的大關之後,會發生什麼變化?你知道嗎?
    由於可控核聚變的產生物為氦,沒有環境汙染問題,也沒有溫室氣體排放問題,而且能源更加便宜,我們將告別霧霾……核聚變是未來能源利用的有效方案。核聚變是獲得原子能的一種方法,通過輕核聚合而引起原子核結合能變化。核聚變所需的燃料是氘,在地球上的儲量是用之不竭的。
  • 人類未來能否實現可控核聚變?
    我們從什麼地方獲得能量,我們用能量做什麼,以及我們如何處理獲取能量後產生的廢物,這些對我們人類在地球上的未來至關重要。然而,能量是物理學中最令人費解的物理量之一。下面就說下能量的本質,什麼是能量的「聖杯」以及核聚變的未來!能量的本質是什麼?任何學過物理入門課程的人都會遇到這個問題。
  • 中國人造太陽:聚變能源和核能的區別
    人造太陽是人類研究和嘗試掌握核聚變能源(聚變能)的裝置,聚變能比傳統核能更為強大,卻沒有核能的壞處,有望一舉解決人類今後多年能源需求。那麼聚變能與核能有何分別?聚變能又有否引發類似氫彈爆炸的風險?
  • 原料資源豐富、釋放能量巨大、安全清潔,核聚變是終極能源?
    核聚變能是兩個較輕的原子核結合成一個較重的原子核時釋放的能量,聚變的主要燃料是氫的同位素——氘和氚。太陽發光發熱的原理正是核聚變反應。中國國際核聚變能源計劃執行中心主任羅德隆說,太陽的中心溫度極高,氣壓達到3000多億個大氣壓,在這樣的高溫高壓條件下,氫原子的兩個「同胞兄弟」——氘和氚聚變成氦原子核,並放出大量能量。
  • 什麼是磁約束可控核聚變,什麼時候才能商業化可控核聚變發電?
    無論是磁約束還是慣性約束核聚變,都是可控核聚變研究的重要方向,兩者本質上沒有什麼區別,都是控制氚氘等輕元素聚合成重元素的一種方式,但兩者的原理與過程卻大相逕庭,不妨來圍觀一下!其實核聚變的過程甚至比核裂變還要簡單,它不需外來的中子,而只要原子核在一定範圍內運動碰撞融合即成了核聚變,唯一只有兩個要求:夠高的溫度(上億度高溫)或者足夠的壓力(數千億個大氣壓).....幾乎就沒有要求了哈.....比如太陽內部就只有1500萬度和2500億個大氣壓即可實現源源不斷的核聚變!
  • 人類為什麼非要在「氚–氘」核聚變一棵樹上吊死?其他核聚變呢?
    人類能夠實現的核聚變主要是用的氫元素的兩種同位素氘和氚,氫元素的原子核裡只有一個質子,有一個中子的是氘,有兩個中子的是氚,沒有中子的是氕。哪些元素可以通過聚變釋放出能量,哪些元素可以通過裂變釋放出能量與比結合能有關。一般而言,比結合能越小,就越能夠聚變成新元素,並且釋放出的能量也相對較多。如下圖所示,氘的比結合能較小,非常適合用來做核聚變材料。