我們身體裡的每一個原子是不是都有幾十億年的歷史?

2020-12-05 鍾銘聊科學

客觀地說,我們身體裡每一個原子年紀都比我們自己年紀還要大,當然我們的壽命在它們面前,可以完全可以忽略不計,實際上,連地球壽命都沒有辦法和它們進行比較。那具體是咋回事呢?

宇宙大爆炸

我們要從宇宙大爆炸說起,我們現在知道宇宙誕生於一次大爆炸,大爆炸之後短暫的時間內,宇宙中只有光子,夸克等基本粒子,宇宙「基本上」可以看成是純能量的,原因是像電子,質子,中子都沒有出現,更不要說原子了。

那早期的原子結構是咋來的呢?我們這裡還是要拆解一下,我們初高中都學過原子結構,原子是由電子和原子核構成的,而原子核又是由質子和中子構成的。

(當然這個說法並不精準,但並不妨礙我們對後面的事情進行理解。)

也就是說,原子結構想要出現至少需要質子、中子、電子的存在。那三種粒子是咋來的呢?其實就一個字:

我們都知道物質其實都有對應的反物質,比一個電子的反物質就是正電子,如果它們撞到一起就會湮滅。

而早期的宇宙溫度特別特別高,都在幾十億的水平。在這樣的環境下,一堆光子所獲得的能量能夠高於一對電子所對應的的能量(可以通過E=mc^2來計算),那麼一對光子對撞後就有可能產生電子,當然其他的質子和中子也可以通過這個方式來。下圖中閾值溫度就是光子所需要的溫度。

在形成電子,質子,中子後,這時候的電子,質子,中子就像一鍋粥一樣都擠在一起,沒有完整的原子結構,這時候溫度還太高,直到宇宙38萬歲後(也就是宇宙大爆炸後,過了38萬年),宇宙的溫度降到了2700度左右,這時候原子結構形成。不過,這時候並沒有辦法形成極為複雜的原子結構,早期形成的原子基本上都是氫原子和氦原子,它們是原子序數最小的兩個元素原子。(當然,其實還有極為少量的原子序數更高的其他元素原子。)

所以,宇宙中包括你身上的氫原子都有138億歲了,從物質層面上看,它們是宇宙中最早的原住民。

那其他元素又是哪裡來的呢?

其他的元素

宇宙大概2億歲時,宇宙中的星雲物質由於引力坍縮,開始形成大質量的恆星。這些恆星內部就發生核聚變,一開始先是氫核聚變,生成氦。

然後氦核聚變再生成碳和氧。

然後碳、氧還會繼續發生核聚變再生成原子序數更大的元素原子,所以恆星就像是元素的煉丹爐一樣,一路修煉到鐵元素原子(其實也會有少量原子序數更高的元素原子。)所以,除了氫和氦之後,大部分原子序數在鐵之前的元素原子都是由核聚變反應鍛造出來的。

而比鐵原子序數更高的元素是咋來的呢?

主要有兩個途徑,

超新星爆炸中子星合併如果一顆恆星的質量足夠大,最終會引爆自身,發生超新星爆炸,在這個過程中就會合成原子序數比鐵更高的元素原子。

但是像金元素,銀元素的合成,按照目前最新的研究成果來看,它們大部分是由中子星的合併合成的。

所謂的中子星合併,其實和上面聊到的超新星爆炸是有關係的,大質量恆星尤其是(10倍太陽質量)的恆星,在演化的後期,如果核心的質量大於1.44倍太陽質量,小於3倍太陽質量,內核就會形成一顆中子星,這種天體半徑也就10~30公裡,但是僅僅一勺的中子星就大概要幾億噸,是極其緻密的天體。如果兩顆中子星相遇,就會發生合併事件。這可以說是宇宙中最刺激的事件之一了,在整個過程中就會合成金元素、銀元素等原子序數特別高的元素原子。

所以,金子特別貴重也是有有道理,因為中子星合併其實是很少發生的。以上就是各種元素原子的由來。

而我們人體當中最多的是氧,然後是碳,再然後是氫和氮,磷。

我們可以看一下它們在元素周期表中的位置。

通過上文所說的,我們至少能知道的是,我們體內的氫原子是138億歲,而碳、氮、氧等元素至少要大於45億歲,最年輕也應該是上一代恆星生成的產物,畢竟地球是沒有能力生產這些元素,而它們最高可能能達到第一代恆星出現的時期,也就是136億歲。

除此之外,我們還應該知道,我們身上的元素都是在恆星的核心也就是恆星的心臟生成的,聽起來是不是有點厲害?

相關焦點

  • 地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?
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  • 年紀輕輕的你,身體裡的原子卻有幾十億歲了
    因此,我們說人體所必需的氫元素來自於宇宙大爆炸。其實想一想也挺有意思的,雖然人的壽命很少能過百,但是我們身體裡的氫原子卻已經138億歲了。除了這幾種方式,還有宇宙射線裂變等,但含量都比較少,在這裡就不贅述了。 你身體的原子都上億歲了 從上文的闡述中,我們不難發現,我們身體裡的氫是宇宙早期的產物,都上百億歲了。而鐵之前的元素,有相當一部分是來自於恆星內部的核聚變反應,鐵之後的元素來自於超新星爆炸和中子星合併。
  • 你身體裡有我的原子,也有恐龍和三葉蟲的原子,我們如此的親密
    可以這麼說,你身體裡現在就有我的原子,我也有你的原子,我們身體裡共同有著圖坦卡蒙、埃及豔后、秦始皇、恐龍、三葉蟲的原子其實在我們每個人的身體裡,大約過上一年的時間,我們身體內多達百分之90的原子就會被日常的吃飯、喝水、呼氣獲得的新原子所替換掉。
  • 從元素到生命,我們身體每一個原子都是恆星的聚變產物!
    璀璨的繁星打造了我們這個五光十色的世界,這其中就包括我們自己。我們身體中的每一個原子都要麼是恆星內部核聚變的產物,要麼是兩顆恆星相互碰撞的結果。我們每天必需的食物和日常用品,我們的汽車和手機,我們所見的每樣東西——石頭,植物,動物,海洋中的水,空中流動的風……都來自於遙遠的恆星。每顆恆星都是一座巨大而又長壽的「熔爐」,它們酷熱異常的核心使其中的原子相互碰撞而產生新的元素。到最後,多數恆星會爆炸,它們將元素噴射到宇宙中非常遙遠的地方。
  • 我們身體的原子最起碼有幾十億歲,人類有辦法消滅一個原子嗎?
    元素的起源按照目前的主流宇宙學理論,我們的宇宙起源於138億年前的一次大爆炸。大爆炸之後,宇宙的溫度極其高,宇宙開始劇烈的膨脹,膨脹過程中,溫度急劇下降。在宇宙大爆炸之後的前3分鐘,在極其高溫的狀態下,光子對撞產生了各種粒子,其中就包括正負電子,正反質子等等。
  • 我們身體裡的每一種物質都來自遙遠的星塵
    我們身體裡的每一種物質、每一個原子,比如肌肉裡的碳、骨骼中鈣、血液裡的鐵、DNA中的磷......都來自於星塵,正如一首加拿大民謠《伍德斯託克》(Woodstock)中所唱的一句歌詞,「我們是星塵——10億歲的碳...」天文學家認為,宇宙大爆炸之初是「一碗基本粒子的濃湯」。幾十萬年後它們結合成簡單的氫原子和氦原子。
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    我的原子聚集在一起並不僅僅是為我所用,即使我的生命消逝,它們也不會從宇宙中消失。所有的原子都在往復循環。所以說,雖然我作為我只能存在片刻,但構建出我的原子卻有著漫長的生命,與天地並肩,與宇宙同存。原子誕生於幾十億年之前,然而到如今也沒有任何衰老的痕跡。
  • 每個人都有25%概率,身上的某些原子曾經是莎士比亞身體裡的原子
    記得卡爾薩根的萬物簡史裡說過,每個現代人都有25%的概率,身體裡的某些原子曾經是莎士比亞身體裡的原子。宇宙一百多億年了,幾乎無盡的世界裡肯定會出現一個能夠將基本粒子組裝成有機物,一個適宜蛋白質產生,適宜產生生命的地方。
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  • 我們現在喝的水,曾經在「恐龍的膀胱」裡待過嗎?
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  • 原子有著怎樣的真實故事!
    說到原子,我們就得先了解它有多微小。按照科學數據來說呢,它的直徑是0.0000001釐米,10的-7次方釐米。這裡還有幾個例子能代表原子有多微小?蘋果梨有幾個原子,就相當於地球裡能裝多少個蘋果。等等你說最基本的,也就是說還有好多其他種類的原子。還有氧原子,氦原子氫原子氖原子,所有原子的種類數量高達96種。每一個種類的原子都具有不同數量的例子,當然也代表不同的元素,那麼現在讓我們繼續深入原子,它們可以組成任何東西!當然,每個人的身體都有不計其數的細胞,而細胞又是由無數的染色體組成,而染色體就是由多如牛毛的原子組成。
  • 我們身體中的元素從何而來?這都蘊含在宇宙最古老的恆星裡
    他的身體裡和我們一樣,由很多種元素構成,其中最主要的有6種,包括水裡面的氫和氧、有機物裡的碳、牙齒和骨骼裡的鈣,以及蛋白質裡面的氮,還有給我們細胞供能的磷。別看我的兒子只有2歲,可是他身體裡的這些原子,其實已經在宇宙的時空裡穿越了百億年的時間。是不是覺得我在講一個科幻小說?
  • 原子明明是空的,為啥原子構成的我們都實實在在?
    如果我們觀察自己的身體是由什麼組成的,在更小、更基本的層面上,我們會發現體內有一個完整的微型宇宙結構。我們的身體由器官組成,而器官又是由細胞組成,細胞含有細胞器,細胞器由分子組成,分子本身是由單個原子鏈連接在一起。原子存在於極其微小的尺度上,直徑只有1埃(1埃等於0.1納米,1埃等於10的負10次方米),但它們由更小的成分組成:質子、中子和電子。
  • 人類的組成部分是原子,原子沒有意識,為何人類卻有思想?
    我們都知道人類是地球上的萬物之首,是唯一存在建立智慧文明的生物。而人類之所以能夠建立智慧文明,是因為人類有獨立的意識和完整的社會體系,意識對於人類而言十分的重要,如果一個人失去了意識,那麼就基本上宣告這個人的死亡。即便身體機能存在,也只能是行屍走肉罷了。
  • 關於宇宙的猜測,每一個都超乎想像,科學家:也許我們在巨人體內
    文/圓非日月關於宇宙的猜測,每一個都超乎想像,科學家:也許我們在巨人體內對於宇宙的認識,我們又有何了解有的人說,如果把我們的宇宙想像成電腦裡的一個模擬遊戲的話,那麼宇宙之外其實是另一個人在操縱著我們這款遊戲,甚至連操縱我們這款遊戲的人也是「別人」模擬的產物,就像我們有些喜歡玩模擬遊戲的人一樣,我們操縱著遊戲裡的角色,而遊戲裡的角色同時也在操縱著他手裡遊戲的角色一樣,也在操縱著別人,如果這一切都成立的話,那麼隨之而來又衍生出一個新的問題,那個「別人」是誰?
  • 原子的本質是什麼樣的?我們一直都搞錯了
    如果我們要拍一張原子的照片,這是我們會看到的嗎?還是我們弄錯了? 在過去的100年裡,我們對原子的理解發生了巨大的變化。從盧瑟福對原子核的實驗到中子的發現,我們已經發現了構成宇宙的基本元素的本質。但是,幾乎我們所有的學生都被教導原子大多是空的,只有稠密的核和微小的電子在不同的能級上繞軌道運行。
  • 人物篇:原子光譜350年發展的歷史回眸
    借用主席的一句話,送給所有在原子光譜領域的學習和從業人員,我們要了解的是一個產品原理和技術,不是只停留在形式上的操作過程,我們需要的是知其然知其所以然,從了解它的歷史背景開始(找朋友亦是如此,這裡我本想多說點什麼,但估計你們能領悟到),因此歷史將是培養起興趣的關鍵,興趣有了探知欲自然而然的也就來了,伴隨著探知欲的滿足則成就了眼界的擴展和理解層次的深入,最終跨入「精通的目的全在於應用」的殿堂。
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    本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文我們每一個人都是由原子組成的宇宙,多個原子組成簡單的單體分子,然後組裝成複雜的有機大分子,這些大分子又組成細胞的細胞器。這就是你,一個由大約75萬億個特殊細胞組成的集合,今天我們聊下:宇宙、原子和我們的故事!