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?

2021-01-12 薛丁格的科學

其實一直以來,人類一直都在思考一個終極的問題,那就宇宙到底是如何演化的。而奇妙的是,這個問題的解決,竟然是由一幫核物理學家搞清楚的,核物理學家其實就是研究微觀世界,比如:原子模型,原子核內部的世界,基本粒子等等。

換句話說,宇宙這個最大的尺度的演化,實際上和與最小尺度的微觀世界是統一起來的。兩者並不如一般人所想像的那樣是撕裂的。

那具體是咋回事呢?其實這要從宇宙大爆炸說起。

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。

而這些正負電子對和正反質子對等,還會繼續對撞,每十億對會留下一個正物質粒子,至於為什麼,其實目前還不得而知。到了宇宙誕生後的前4分鐘內,大部分的如今的粒子就基本構成了。宇宙誕生後38萬年左右,宇宙的溫度降低到3000度左右,原子結構得以構成。

早期的宇宙構成的原子主要是氫原子和氦原子,這兩者是元素周期表最靠前的兩個元素,其中氫原子核內只有一個質子,氦原子核內只有兩個質子。

並不是說不能形成其他的元素,實際上在這個過程中還真的形成了其他的元素,只不過由於不穩定,最後還是分解成了穩定的氦原子核。

也就是說,如今宇宙的氫原子都有138億歲了,都是在宇宙早期形成的,而絕大部分氦原子也是如此,兩者佔據了目前宇宙元素總量的99%以上。只有極其少的氦原子不是這樣來的。那它們是咋來的呢?

核聚變反應

氫原子之後的元素,基本上都來自於核聚變反應,產生的場所來自於恆星。我們都知道,恆星是宇宙中的發光天體。它之所以可以發光發熱,主要是因為恆星的質量巨大無比。質量特別大,就使得自身的引力特別大。舉個例子,太陽在恆星家族中並不算是質量大的,但是它卻佔據了太陽系總質量的99.86%以上。

恆星的引力會使得自身在引力的作用下極度壓縮,當這個程度達到一個的強度時,就會誘發氫原子的核聚變反應。這個反應也被稱為質子-質子反應鏈,還有另外一條路徑叫做碳氮氧循環。

無論是哪種,最終產生的都是氦-4,也就是說還有一部分氦原子是後來形成的,而且如今太陽內核中也在發生類似的反應。氦之後的元素也是類似的路徑完成的,氫原子核核聚變把氫原子核耗完後,就會啟動氦原子核的反應,這裡有個前提,那就是恆星的質量要足夠大。

只要恆星的質量足夠大,就可以一直反應下去,一直到生成鐵原子核。

也就是說,鐵之前的元素,除了氫元素和大部分的氦元素,都是由恆星的核聚變反應生成的。那你可能要問了,那鐵元素之後的呢?

超新星爆炸和中子星合併

如果恆星演化到可以最終產生鐵原子核,並且質量足夠大。那這個時候,就會引發超新星爆炸。

在超新星爆炸的過程中,就會產生大量鐵元素。除了這個路徑之外,這類恆星有一部分會演化成中子星。當兩個中子星合併的時候,就會產生大量鐵元素之後的元素,包含許多高順位的,金元素和銀元素基本都是從這裡來的。

也就是說,如今地球上的元素,基本上的來源都來自於這些途徑。而且由於地球已經有45億年的歷史上,這就意味著,這些元素基本上都是來自於至少45億年前的恆星核聚變,超爆炸和中子星合併,它們的年齡一定是要大於地球年齡的。所以,說他們有幾十億歲是一點都不過分。

有沒有辦法消滅原子?

實際上,要消滅原子是有可能的。而且人類也確實做得到。那具體如何操作呢?

實際上,這就是我們非常熟悉的大型強子對撞機。

比如,在歐洲的LHC,就有利用質子束來對撞,我們知道,氫原子說白了就是一個質子加上一個電子。也就是說,我們可以消滅質子,其實也可以理解成消滅了一個氫原子核。

再比如:其實我們核聚變反應和核裂變反應,某種程度也是消滅了原來的原子核,再造出新的原子核。

除此之外,我們可以利用正反物質粒子的湮滅來消滅原子。所以,上個世紀基礎物理的大規模發展,使得我們其實是可以在原子層面消滅掉它們的。但是實際上它們並不是完全不見了,而是以能量的形式釋放出來。

相關焦點

  • 我們身體裡的每一個原子是不是都有幾十億年的歷史?
    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?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。
  • 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?
    太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?
  • 年紀輕輕的你,身體裡的原子卻有幾十億歲了
    也就是下圖中最右邊的原子。我們會發現,原子核無外乎就是中子和質子的組合,而質子數代表了原子序數,也就是在元素周期表的具體位置。 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。
  • 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。
  • 人體每個原子都有百億年,我們卻無法消滅任何一個,但恆星可以
    本文參加百家號科學#了不起的生命醫學#系列徵文突然發現這個話題將人體和宇宙誕生的上百億年聯繫在了一起,根據人體元素組成的不同,甚至我們可以追溯每一種元素誕生的時間表,可以簡單的說,我們人體的每一個原子都跟天體的發展有著密切的關係。人體由哪幾種元素組成?
  • 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
    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。單看如此數量龐大的氫和氧,我們應該可以肯定的是我們體內、包括現在呼吸的空氣中的原子、喝的水中的原子曾經在歷史上每一個人的肺中和身體中都循環過。包括歷史上的各種名人、英雄、美女、甚至一些惡魔。為什麼如此肯定呢?我們看下地球上的大氣和水中的原子總數就知道了。
  • 《並非瞎懟》01-太陽只是宇宙巨型生物的一個原子
    正方觀點:人類生活在一個超級巨大的生物體內,太陽等恆星只是這隻巨怪體內的原子、地球等行星只是電子而已。來源:各種自媒體網文。支持率:根據跟帖評論估計,支持率居然在70%以上!2.宇宙又超乎想像地微小,相對於細菌病毒,人類就顯得極其巨大,如果病毒像人那麼大,那普通成年人就是一個身高10萬公裡的巨獸。比分子小的有原子,比原子小的有質子、中子、電子,再往下分還有夸克等等,一滴水中有50萬億億個原子,超過整個宇宙的恆星數量。若從這些基本粒子角度看,一滴水、一個細胞、一粒塵埃就是一個宇宙。
  • 既然我們都由原子構成,那原子究竟是什麼呢?答案你不會想到
    (對於更複雜的原子核則非如此)原子的化學特性是由原子核內的質子數量決定的。最簡單的原子就是氫原子,它只有一個質子,其次是有兩個質子的氦原子,再是三個質子的鋰原子,以此類推。原子中的每個質子(正電荷)都會有電子(負電荷)來平衡,二者數量總是一致,保持原子的電中性。
  • 有沒有一種可能,我們就生活在一個原子內?
    曾經這種理論風靡一時,包括在劉慈欣的科幻小說中都有超級對撞機中高能質子的互相撞擊,揭開了微觀世界的秘密,卻將天「撞漏」了!這是是微觀嵌套宏觀的一種理論!那麼有這個可能性嗎?一、原子就是恆星?電子就是行星?
  • 人是由原子組成的,人類會思考,那麼原子會思考嗎?
    也許這個宇宙中除了黑洞和中子星物質,其他都是有原子構成的,無論是沒有生命的無機物質還是具有生命特徵的各類生物,但如果要說起會思考的物種,那首選肯定是人類,或許也有其他高智商的物種也會進行簡單的思考,但複雜思考的唯有人類!
  • 我們明明看不到原子,為什麼就可以說原子存在?
    如何確定一個東西的存在?其實原子在被確定時,我們是真的沒有辦法看到它的存在。這其實是因為原子實在太小了,小到當時的儀器無能為力。但是我們確定一個東西的存在,真的需要直接觀察到這個東西的存在嗎?實際上並不一定。我們舉個例子。比如:殺人放火這類的案件。一般親歷現場的不是遇害者就是兇手。
  • 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。
  • 人和石頭都由原子組成,為什麼石頭沒有思想,而人類卻有思想?
    引言:同為原子組成的世間萬物,為什麼有些是非生命體,有些是生命體?為什麼人類有思想,而石頭沒有思想?從生物學的角度分析,主要是因為人類體內有DNA,能夠使微觀分子自發抑制熵增,從而實現熵減。從哲學的角度分析,答案是不確定的。
  • 粉碎一個原子,比粉碎一個地球更難嗎?
    很有意思的一個話題,原子曾經被認為是物質的最小組成部分,因此在二十世紀初盧瑟福α粒子散射之前,一直認為原子都是物質不可分割的一部分,因在那個時代,還真認為粉碎原子比粉碎地球要困難,但現在不一樣了。原子內部的世界在盧瑟福α粒子散射實驗之前,其實對組成物質的原子已經有部分認識了,因為電子是在原子核之前被發現的,因此科學界認為電子就像棗糕一樣鑲嵌在原子外壁上,而原子就是一個堅固的不可分割的部分,這就是湯姆遜原子棗糕模型的來歷
  • 宇宙和原子有什麼關係?科學家:原子放大之後就是宇宙!
    宇宙是原子的可能性有多大?科學家:原子放大之後就是宇宙宇宙和原子是世界的兩種極端現象。宇宙有無邊界,範圍又是如何一直困擾著人類,目前科學家認為:宇宙可觀測直徑為920億光年。那麼極端微小的原子其直徑又是多少呢?
  • 粉碎一個原子比粉碎地球更難嗎?原理上看是原子,事實上卻是地球
    很有意思的一個話題,原子曾經被認為是物質的最小組成部分,因此在二十世紀初盧瑟福α粒子散射之前,一直認為原子都是物質不可分割的一部分,因在那個時代,還真認為粉碎原子比粉碎地球要困難,但現在不一樣了。原子內部的世界在盧瑟福α粒子散射實驗之前,其實對組成物質的原子已經有部分認識了,因為電子是在原子核之前被發現的,因此科學界認為電子就像棗糕一樣鑲嵌在原子外壁上,而原子就是一個堅固的不可分割的部分,這就是湯姆遜原子棗糕模型的來歷。
  • 任何一個原子放大,裡面都有一個星球,住著智慧生物,是這樣嗎?
    隨著二十世紀初對原子內部的認識,每一個原子內部都是一個小的「行星系」,因此也有人據此認為佛教早就洞察了宇宙的本源,那麼將原子無限放大,真會看到一個我們這樣的世界嗎?真正的原子認識要到19世紀初的道爾頓提出原子論來解釋化學反應中的現象,當然道爾頓也只是知其然不知所以然!JJ湯姆遜發現電子是一個巨大的進步,根據我們現在了解的原子行星模型理論,這已經發現行星了!那什麼時候發現太陽呢?
  • 人是由原子所組成,但原子沒有任何智慧,我們人類是如何做到的?
    人是由原子所組成,但原子沒有任何智慧,我們人類是如何做到的?最近在網上看到一個討論,網友說人是由原子所構成,但奇怪的是源自他本身沒有智慧,沒有思考方式,但眾多的原子按照複雜的結構組成人類以後,我們不僅能夠思考,而且還擁有了自己的文明和智慧,那麼我們人類到底是如何做到的呢?
  • 質子不衰,原子不滅,為何由原子組成的生命不能永生?
    生命由原子組成,既然原子不滅,那為什麼生命不能永生?自古以來,人類對於永恆的生命便有急切的追求,不論是西方還是東方,在很多宗教神話傳說中,仙神佛幾乎都有永恆的壽命,號稱與天同壽,甚至本身就是創世神。根據最前沿的物理學理論,構成原子的基本組成單位——質子會發生衰變,如果將這一理論按照人體中存在10^28個原子的理論去推斷,也就是每兩年的時間,我們身體內就會與一個質子發生衰變。質子不衰,原子不滅,為何由原子組成的生命不能永生?
  • 原子有多大?原子的形狀是怎樣的?
    首先,原子的大小肯定是不一樣的。其次,原子的大小取決於如何定義原子半徑,這並非一個確切的物理量。原子的組成分為原子核以及核外電子。原子核由質子和中子通過強核力結合在一起(組成質子和中子的夸克也是受到強核力的束縛),質子和中子數越多,原子核也就越大,這樣原子核外的電子層數以及所容納的電子數也會越多。那麼,作為原子的最外圍,電子的邊界即為原子的邊界。由於電子的範圍要比原子核大得多,所以電子的邊界範圍大小就決定著原子的大小。