宇宙中的元素都是從哪兒來的?星星決定我們的命運?

2020-12-06 科學好奇號

人體是一個非常複雜的系統;根據現在科學研究的結論:我們身體的物理構造是:由各種化學元素組成蛋白質、核酸、多糖、脂肪等大分子,大分子組成細胞,細胞連接形成功能組織,功能組織形成器官,器官組成身體;

蛋白質分子

地球上天然存在的元素有90多種,組成人體的元素有60多種。其中碳氫氧氮是構成人體的最主要元素,鈣、鈉、鉀、鎂、硫、磷、氯等7種是必需的定量元素,集中在元素周期表前20位,另有鐵、銅、鋅、錳、鈷、釩、鉻、鉬、硒、碘等十餘種是必需的微量元素;這麼多種元素,都是從哪兒來的?

元素周期表

元素是從哪兒來的

1957年以前,科學界主張所有的元素或原子核都是在宇宙大爆炸時形成的,元素誕生之時就和現在的一樣多,元素種類和數量從那之後就從沒變過。

1957年弗雷德·霍伊爾和伯比奇夫婦(傑佛瑞·伯比奇和瑪格麗特·伯比奇)、威廉·福勒四人提出關於恆星核合成的一篇著名論文。該篇論文發表於期刊《現代物理評論》,是恆星物理學演化的指標性論文。這個理論的大意是:告訴我們元素都是在恆星內部合成出來的。

這篇論文以四人姓氏開頭字母簡稱為「B2FH理論」,因為這四位科學家對論文成果的貢獻是差不多的;但是,這四位作者中只有作者"弗雷德·霍伊爾"獲得了諾貝爾獎,另外三個人沒份,這也算諾貝爾獎的一次失誤了。

B2FH論文

B2FH理論說了什麼

宇宙大爆炸只產生了氫和氘,並沒有生成其他元素;人們直到在1939才知道恆星燃燒產生的能量是通過核聚變產生的,恆星是一個元素加工廠,可以讓氫元素聚變生成各種各樣的元素。在恆星內部,氫元素聚變生成氦元素,並釋放大量能量;但是恆星上的氫元素也會消耗完,耗光之後還要看剩下的物質質量是不是足夠大,如果質量足夠大,氦元素又會繼續聚變,生成碳和氧;碳元素聚變,又可以生成氖、鈉、鎂、鋁。

核聚變反應

我們的太陽,他到現在已經燒掉了所有可用的氫元素的50%,再過50億年會進入燃燒氫的階段;到那個時候,因為太陽內部可用的氫元素已經用完,內核沒有能量產生對抗萬有引力;太陽內核會被萬有引力壓縮,靠外面的那一層物質則會因為失去引力束縛和內核壓力劇烈膨脹;太陽會因此變成一顆紅巨星,太陽半徑則會擴展至火星軌道附近;到那時地球上的一切都將被烤糊,整個太陽系也很難有生命存活了,這應該是太陽系生命史的終結點。

如果恆星質量達到太陽8倍以上,則會繼續合成更重的元素,質量越大,合成重元素的速度越快,最終會走到鐵元素這一步,26號鐵元素佔據核聚變的一個特殊位置。

鐵是一個關鍵節點

鐵元素有26個質子和30個中子,鐵不能繼續進行核聚變是因為把鐵元素中的質子和中子拆出來需要的能量,比鐵聚合成重元素產生的能量還要大很多;所以聚變反應到了這一步就入不敷出了,沒有能量核聚變也就難以為繼了,鐵的結合能是最高的。

每個核子的結合能與質量數

如果想合成更重的元素就需要更大外來的能量。這種能量來自於超新星爆發。當8倍以上太陽質量恆星核心物質被壓到中子狀態的時候,核心體積會急劇坍縮,物質密度達到之前的幾億倍;因為所有粒子相隔距離都很近,鐵元素得以快速俘獲中子,這個過程會發生劇烈的爆炸和反彈,產生巨大的能量讓鐵合成更重的元素;例如:銅29號,銀47號,白金78號,黃金79號,水銀80號,鉛82號,都是這樣產生的。

太陽系是怎麼形成的,星星決定我們的命運

太陽這種質量大小的恆星,在演化末期只能聚變到碳、氧元素,比太陽質量更大的恆星,聚變反應可以到矽元素。但是我們的太陽系有在90多種元素,如果太陽是第一代恆星,是不可能生成比碳更重的元素;所以科學界普遍認為太陽是第二代或第三代恆星;

太陽系源於46億年前一顆在現在太陽系附近爆發的超新星,它爆發後的塵埃曾經瀰漫在現在12光年直徑的圓面上,我們的太陽系是在它的」屍體」上形成的;塵埃在溫度足夠高的時候會旋轉凝聚成團,一旦這個過程開始了就不可逆,它會快速形成星體,太陽就是這片塵埃形成的物體中最大的一個,木星是第二大的,其他的邊角料則形成了土星、天王星、海王星、金星、水星、火星,還要其他矮行星、小行星、彗星等;

當然,它也形成了我們的家園--地球;包括組成我們身體的所有元素,也是在那次超新星爆發中產生的,我們曾經也是星空中那顆耀眼星體的一部分,是星星創造了我們!

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    >我們都了解,黑洞存在於宇宙中孤立的區域,黑洞的引力是導致宇宙塌縮的力量的微縮版,這種力量就是暗物質。如果這就是宇宙中唯一的力量,並且宇宙會在將來的某一刻停止膨脹,並且宇宙最終也會停止崩塌,那麼引力最終會使膨脹停止,並將宇宙來回進入大收縮。
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  • 組成我們身體的元素是從哪裡來的?
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    如果恆星都是氣體球,那我們為什麼要把它們畫成尖的物體?我一直在向我五歲的孩子和她的一群朋友解釋,天空中的星星實際上是由大量的氫氣和氦氣組成的球體,它們由核聚變提供能量。我認為我是個有趣的媽媽,孩子們都喜歡我,當我開始談論壓力平衡時,有些孩子走神了,但有個女孩問我:如果星星是球,那它們為什麼會有點呢?星星符號是無處不在的,這種符號被許多文化和在不同的情況下使用。最常見的是,符號中的星星都被畫出了點。公元前3100年的埃及聖壇,以及同時期美索不達米亞的石碑和花瓶上,都畫有五角星。