宇宙中的氫元素是怎麼誕生的?只需100秒,夠宇宙吃到天荒地老!

2020-12-11 星辰大海路上的種花家

如果不認可宇宙誕生於一場大爆炸的話,確實有點難以解釋氫元素來自哪裡,一直就有?當然它肯定有一個來歷,下面來簡單介紹下氫元素的誕生!

相傳宇宙在138.2億年前發生了大爆炸,一個無限小的起點開始了無窮的的膨脹;

10^- 35 秒之後,大統一作用力瓦解成了成了支撐整個宇宙的四種基本作用力;

此時宇宙中溫度極高,儘管宇宙已經開始暴漲,但如此高溫下膨脹的仍然是一團能量,尚未有物質出現!當然大爆炸論認為此時是一團自由夸克和膠子的濃湯,即可夸克膠子等離子體!

RHIC 科學家製造出「完美的」液態夸克膠子等離子體

10^- 6 秒時,當溫度低於2萬億攝氏度((175億eV))(夸克相變溫度),夸克在量子色動力的框架下,上下夸克三個和強作用力媒介的膠子開始形成質子與中子!

宇宙計時100秒時,自由質子俘獲電子,構成了最初的氫元素,即氫的同位素氕!此時宇宙中存在大量的自由質子,自由中子以及電子,因此同時聚變形成的還有氦和鋰元素!

這就是宇宙最初其的氦元素和鋰元素的來源,但在這個過程中,氫元素仍然佔了絕對優勢,因為自由質子復活電子即構成了氕這個過程是最容易的!顯然宇宙中的氫元素比例也符合這一過程!

從宇宙最初幾分鐘之後,剩下的事情就交給暴漲與引力了,因為這些已經誕生的物質將在未來一億年內在分布不均勻的宇宙中由引力主導坍縮成恆星,開始了氫元素的聚變之旅!它會一路從氦元素-碳元素-氧元素等一直到鐵元素(其實是鎳)!

至此恆星沒有輻射壓,無法支撐外殼的坍縮,超新星爆發,在這個過程中會有慢中子捕獲(S過程)和快中子捕獲(R過程)快速形成各種重元素,一直到92號鈾元素,當然也有可能形成更高號的元素,但都不長久,很快就會衰變成其他元素!因此穩定留下的僅僅是鈾元素和在它前面的元素!

不過超新星爆發形成的重元素比較有限,而更大質量的中子星合併則會產生更多的重元素,比如現代天文理論認為黃金即主要是由中子星合併產生!比如GW170817這個個由雙中子星合併產生的引力波事件中科學家認為其合成的黃金超過300個地球的質量!

而超新星爆發後的塵埃雲,千百萬年後又將形成新的恆星和行星,將會開啟宇宙熱寂之旅!

相關焦點

  • 宇宙中擁有高達75%的氫元素豐度,氫元素是怎麼來的?
    氫元素和氦元素是宇宙中豐度最高的兩種元素,其他元素佔比不到1%,其中氫元素就佔了大約75%;按照宇宙大爆炸理論的說法,宇宙中的氫元素和氦元素,是大爆炸開始10秒後大量形成的。太陽有45.7億年的歷史,在這期間,太陽中的氫元素進行核聚變反應,生成了氦元素,並釋放大量能量;目前太陽的元素中,氫元素質量大約是71%,氦元素質量大約是27%,其他元素大約2%。既然我們宇宙中,有如此多的氫元素,那麼這些氫元素是怎麼來的呢?
  • 為什麼宇宙的氫元素含量如此高?
    引言:通過一部《流浪地球》很多人了解到木星是一顆充滿氣體的星球,而且其中大多數氣體都是氫氣。其實木星只是宇宙中的一個縮影,在整個宇宙中氫元素隨處可見。那麼為什麼宇宙的氫元素含量如此高?這要從宇宙起源講起,過程頗為有趣。
  • 宇宙中的氫元素是怎麼產生的?
    因此,夸克其實有點類似於被關了監獄一樣,被困在之子中。這也被稱為夸克禁閉。除此自外,我們在描述一個粒子時,常常會用到三個物理量,分別是電荷,自旋和質量。對於質子的自旋,目前還沒有完全搞清楚原理。而質子的質量,99%來自於強相互作用產生的能量(根據愛因斯坦質能方程E=MC^2,質能等價,可以換算成質量。),而1%來自於夸克的質量。
  • 宇宙中的氫元素用不完嗎?為什麼恆星消亡後又會形成新的恆星?
    我們都知道,目前的太陽內核正處於最初級的由氫到氦的反應,假如太陽是第一代恆星的話,那麼它的成分就應該只有氫和氦這兩種元素,但事實卻證明太陽還包含了一些更重的元素,這就意味著,太陽中的這些較重元素來自於上一代的恆星,也就是說,太陽至少是第二代恆星。那麼問題就來了,宇宙中的氫元素用不完嗎?
  • 宇宙中充滿了氫元素和氧元素,為什麼人類不用它們來製造液態水?
    引言:人類探索宇宙長達六十多年,迄今為止仍然未發現存在液態水的星球。再看看我們的地球,有超過70%的表面積都是海洋,因此有人提出了這樣的觀點,是否可以直接利用宇宙中的氫元素和氧元素來製造液態水呢?到目前為止人類已經在地球上發現超過一百種元素,俄國化學家門捷列夫在19世紀就製作了一張元素周期表,這張表將所有已發現的元素都歸納了進去。而且在周期表的最後還留有多個空位,這意味著人類會不斷地發現和創造新的元素。其中排在元素周期表首位的元素是氫元素,它是所有元素中質量最輕的一種。
  • 宇宙中的元素含量
    到目前為止科學家發現的元素有 118 種:氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖 ...
  • 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。
  • 浩瀚的宇宙中,到底有多少個「太陽」?
    太陽系100光年內的天體,當然這裡所指的每一顆天體都是「太陽」!而我們的銀河系中的則有高達1000億至4000億顆恆星,太陽則大於其中的90%,這說明銀河系大部分恆星已經成為了紅矮星!而這則表示銀河系已經垂垂老矣,因為只有一個古老的星系才會有如此高比例的紅矮星!
  • 宇宙中所有元素,最終都會變成「鐵」嗎?這種說法是怎麼來的?
    宇宙中所有元素,最終都會變成「鐵」嗎?這種說法是怎麼來的?我們知道,組成這個宇宙的的許多元素,都是經過劇烈的核聚變反應而形成的。在宇宙最初誕生於一場大爆炸的時候,宇宙當中的元素就只有氫元素(H)和氦元素(He),到後面這些輕元素陸續在特定的條件下,繼續發生核聚變反應,才生成了如今元素周期表上大部分的元素,氫氦鋰鈹硼碳氮氧氟氖鈉鎂鋁矽磷硫氯氬鉀鈣……那麼宇宙當中的所有元素,最終都會演化成為鐵元素(Fe)嗎?這種說法是怎麼來的?
  • 宇宙誕生大邏輯(科學)
    ,以及宇宙學的大邏輯是我個人經常會思考的,看起來來很遠,不過經常從宇宙學中洞察到的是一種人類社會基本的原始法則。現代宇宙學理論認為,宇宙誕生於大約137億年前的一次宇宙大爆炸,在宇宙誕生的10-36秒之後,嬰兒時期的宇宙經歷了一次急劇膨脹,在10-33秒的時間裡,宇宙的體積膨脹了1078倍,這次急劇膨脹也形成了我們現在居住的宇宙的基本架構,這個過程被稱為宇宙暴漲。
  • 未來的某一天,宇宙中的氫被消耗太多,還會有新的恆星出現嗎?
    宇宙中恆星內部都在進行著聚變反應促使氫聚變為氦,隨著時間的推移,宇宙中的氫元素可能會越來越少,當氫元素的消耗到一定程度後,還會有新的恆星出現嗎?人類可以觀察到的所有天體結構,包括黑洞這樣暫時無法觀察的天體,加在一起其實只是宇宙總質量的5%。宇宙中所有的物質都是由基本粒子組成,從化學元素的角度來看,宇宙中的各種化學元素比例並不均勻,宇宙中的化學元素豐度和地球上不同,宇宙中最多的化學元素是「氫」,也就是恆星的主要組成部分。
  • 這種宇宙中最多的元素,地球上卻沒有多少
    縱觀整個宇宙,最多的一種元素就是氫元素了,這可能會讓人覺得有些意外,因為我們並不常接觸到這種元素,因為它在地球上的數量並不算太多,如果以質量來計算,氫元素大約佔到地球總質量的百分之一左右,不過大多數情況氫元素並不是以氫原子的形式呈現的,而是以某種化合物的形式展現在我們的面前。
  • 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?
  • 【科學】宇宙何時誕生?宇宙因何誕生?揭開宇宙誕生的謎題
    「宇宙大爆炸」理論雛形在20世紀40年代由物理學家伽莫夫等人提出,用以理解宇宙中的輕元素豐度。剛被提出時,它還叫「原初核合成理論」,當時的英國物理學家霍伊爾並不是很認同該理論,霍伊爾在BBC電臺的一次採訪中笑稱該理論把宇宙的演變說得像是一次「大爆炸」,而正是由於他那次的腦洞大開,「宇宙大爆炸」的名字便沿用至今。
  • 宇宙中含量最多的元素是它?專家道出真相,存在所有有機物質中
    在恆星中,氫原子融合產生氦,氦宇宙中第二常見的元素,它有兩個質子,兩個中子和兩個電子。氦氣與氫氣共同組成了宇宙中99.9%的已知物質。儘管如此,宇宙中的氫含量還是比氦高出10倍。第三種最常見的元素是氧,含量為氫1000分之一。一般而言,原子序數越高,元素含量越不豐富。
  • 為何氫是宇宙中含量最高的元素?專家一句道出真相,說出來你別不信
    在恆星中,氫原子融合產生氦——宇宙中第二常見的元素,氦有兩個質子、兩個中子和兩個電子。氦和氫一起構成了宇宙中已知物質的99.9%。即便如此,宇宙中氫的含量仍然是氦的10倍左右。氧是第三種最常見的元素,其含量是氫的1000分之一。 一般來說,原子序數越高,元素就越不豐富。 然而,地球的組成不同於整個宇宙。例如,氧是地殼中最常見的重量元素,其次是矽、鋁和鐵。
  • 我們的宇宙中最初的物質到底是如何誕生的?
    其實問題的本質也是在問:我們的宇宙到底是怎麼來的? 很顯然,目前最流行的理論就是宇宙大爆炸理論,它創造了今天我們見到的一切。不過,如果你要問為什麼會發生宇宙大爆炸,這個問題目前還沒有確切的答案!
  • 第一宇宙速度7.9千米/秒是怎麼算出來的?
    關於7.9千米每秒有一個如雷貫耳的名字:第一宇宙速度,但更準確的說,7.9千米/秒的原意是在地表環繞不落下的速度,而近地軌道上的速度則要稍稍小一些,但由於相差不大,大家就將這個7.9千米/秒直接作為第一宇宙速度了!如何計算第一宇宙速度?
  • 宇宙演化編年史:我們的宇宙是如何從0到1的,生命是何時出現的
    宇宙是怎樣逐漸從最初的階段發展到現在的狀態的? 我們的宇宙有哪些組成部分?是由什麼物質構成的? 哪些物理定律操縱著宇宙的形成? 什麼是暗物質和暗能量,它們的起源又是怎麼回事?
  • 宇宙中有全是水的星球嗎?
    僅僅一個太陽系,就有純粹由氫元素組成的木星,還有構成成分複雜卻各具特色的巖石行星如地球火星水星金星等等,甚至土星最大的衛星土衛六居然擁有純粹的甲烷大氣和幾乎一半的水(冰)加上一半的巖石。所以,即使目前的天文觀測證據不夠豐富,我們也盡可以放開想像力揮發的空間,把地球乃至太陽系之外的世界想像得足夠豐富多彩。