元素周期表最後元素的上限是137號嗎？

我們知道目前元素周期表的最後元素已經排到了118號，那麼在118號元素後面是否還存在其他元素呢？其實是有的，根據理論，元素的上限是137個。元素數量的這種限制是因為宇宙中有一個最大速度。也就是真空中光速的極限。此外，僅用玻爾的原子模型和德布羅意的波粒子二元論就可以證明這一點。

值得注意的是，量子力學從來不會與經典物理學發生衝突。量子力學研究的是比經典物理更複雜的現象，而這些現象在宏觀上通常沒有形象的類比。例如，根據經典定律，圍繞原子核運動的電子必須落在原子核上。既然原子存在，就得出了一個錯誤的結論：原子的經典物理定律被違反了。但事實並非如此。古典法則是不可動搖的，電子不會落在原子核上，因為電子不是微粒。正是由于波粒二元論的存在，電子才不會落在原子核上。如果電子是一個微粒，也就是說，有一定半徑的粒子，它將不可避免地落在原子核上。經典定律在原子中起作用，但電子不再是普通的經典粒子，因此它的行為是不同的。這是理解量子力學和進一步介紹的一個非常重要的點。

因此，當我們考慮玻爾的原子模型時，我們假設電子像粒子一樣在圍繞原子核的軌道上運動。考慮到玻爾的互補原理，電子可以被視為一個粒子，在這個考慮中得到的所有特徵都是正確的（需要澄清一下這是一個基本粒子）。但是，電子可以表現為波。只有將粒子描述和波動描述結合起來，才能獲得關於這一現象的全面信息。也就是說，關於電子圍繞原子核的運動。此外，我們再次注意到，從這些計算中獲得的所有特性都是正確的，並且符合實際情況（速度、波長等）。

因此，根據玻爾的理論，電子繞著原子核運動有一定的速度。從這裡很容易得到周期表中化學元素數量的限制：1S電子在原子核周圍移動時的速度不能高於真空中的光速。而嚴格地說，原子中的電子沒有軌道。因為一般情況下對速度的經典理解並不適用於原子中的電子。但是，如果我們遵循互補原理，那麼電子作為微粒的速度是正確的。因此，無論電子處於什麼量子態，它有時不得不表現為微粒子（因為存在粒子波二元論）。這意味著這樣一個「微粒」的速度必須小於光速。如果速度比真空中的光速高，那麼這種電子狀態在原則上就不可能存在。這就是為什麼用氫原子的玻爾模型，我們可以得到關於1S電子速度的正確結果。當然，如果真空中電子的速度高於光速，那麼根據定義，這種化學元素就不可能存在。

如果我們有一個帶137電荷的原子核（Z=137），那麼第一個玻爾軌道上的1S電子的速度將略低於真空中的光速。原子核電荷為138的化學元素已經不可能存在，因為1S電子的速度已經大於真空中的光速。這是不可能的。因此，Z=137的化學元素是元素周期表的理論極限。它有時被稱為Feynmanium。

理察·費曼認為，原子序數大於Z=137時，中性原子不可能存在，理由是相對論性狄拉克方程預測，這種原子中最內層電子的基態能量將是一個虛數。根據這一論點，中性原子不可能存在於非平衡之外，因此基於電子軌道的元素周期表在這一點上就會崩潰。然而，這個論點假定原子核是點狀的。一個精確的計算必須考慮到原子核的小而非零的大小，它被預測會把極限進一步推到Z≈173。

但是，從費米耶（Z=100）開始，電子在玻爾第一軌道上的速度開始接近真空中的光速。這些元素的半衰期（Z=100及以上）也會下降。此外，在Z=100時，元素半衰期的變化實際上是任意的。但是，當電子的速度開始接近光速時，半衰期的減少就變得自然了。也就是說，核電荷越高，壽命最長的同位素的半衰期越短。

很明顯，這是由於1S電子的相對論效應。如果你看洛倫茲因子與速度的依賴關係圖，這一點就很清楚了。

從圖中可以明顯看出，從0.6℃到0.8℃的速度開始，洛倫茲因子開始快速增長。此外，從0.8℃開始，洛倫茲因子的增加變得更加迅速。從圖中可以明顯看出，元素半衰期的減少與1S電子相對論的增加有關。因此，原子核電荷大於118的元素的半衰期甚至更短，因為電子的相對論性將大大增加。這意味著下一個新元素的合成將是極其困難的。因此，Feynmanium（Z=137）確實是周期表中最後一個化學元素，洛倫茲因子與速度的依賴性清楚地證實了這一點。