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

2021-01-15 探索宇宙說

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現在我們都知道,一切可見的物質都是由各種元素所構成,其中包括生命。而人類目前已知的元素達118種,地球上存在的就有94種。而在眾多的元素之中,排在第一位的就是氫,可能很多不理解,為什麼氫這種元素會成為元素之首呢?下面我們就來一起對此進行簡單的分析。

氫元素在地球的含量並不多,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。比如最常見的水就是由兩個氫原子和一個氧原子所構成的。

雖然氫元素在地球上的量並不算多,但卻是宇宙中最多的一種元素。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。在宇宙大爆炸發生的一瞬間,時間、空間、各種物質同時迸發而出,也就是在這一瞬間,構成宇宙物質的基本單位「基本粒子」形成了,隨著基本粒子的出現,質子和中子逐漸形成,不過,這個時候宇宙間還沒有元素。

宇宙的「基本粒子」隨著宇宙大爆炸誕生之後,又經過了數十萬年的演化,才形成了宇宙最初的元素,而而氫就是其中的一個而且還是最多的一個,排名第二的就是氦元素了。從某種角度上,我們甚至可以說這個宇宙就是由氫和氦所組成的,因為氫元素佔據了宇宙物質總量的90%,而氦元素佔據了8%。

最初的宇宙誕生的只有氫和氦這兩種元素,隨著時間的推移,氫和氦再進行一系列演化,才有了後來其它的元素出現,而其中氫元素髮揮得作用最大,從某種意義上來說,氫就是元素之源,是萬物之源。沒有最初大量的氫元素,就不會有後來多達118種元素的誕生,更不會有後來多彩的宇宙,不會有生命的誕生。

而將氫不斷演化成其它元素的一個重要工具就是恆星。我們都知道,恆星是宇宙中最普遍存在的一種天體,它是宇宙的明燈和熱源,正是有了大量恆星的存在,黑暗寒冷的宇宙才有了一絲光明和溫暖,才有生命星球的誕生。

而恆星中70%以上的物質是氫,它的中心處是一個巨大的核聚變反應堆,大量的氫元素通過核聚變的形式不斷加工冶煉轉化為其它的元素,然後再釋放到宇宙中。所以恆星就是宇宙中最重要的氫元素加工冶煉廠,宇宙中的氫通過恆星的冶煉轉化不斷形成了其它的元素,然後其它的各種元素又形成了萬物,才有了現在宇宙的一切。

由此可見,氫在宇宙中有著重要的地位,它的前生創造了萬物,而現在的氫仍然在宇宙中發揮著重要的作用,仍然是宇宙中佔比最大的元素。像木星和土星這樣的氣態巨行星,雖然由於質量不達標,沒有成為恆星,但是其上面的氫含量絲毫不亞於恆星太陽。

隨著人類走進科技時代之後,才發現了氫這種重要的元素,也確定了它在元素中的首領地位。氫對於人類科技的發展是非常重要的,正是由於人類對氫的研究和探索,才讓氫有了更多的用武之地,推動著人類科技飛速發展。

氫有三大特性,第一,容易大量產生;第二,能夠燃燒和爆炸;第三,生成物是水。這表明,一種新型的易生產的綠色高能燃料被發現了。這就是氫——一種即將對人類的今天以及未來產生重大影響的元素。

現在的氫已經成為一種重要的工業原料,全世界生產的氫氣約有2/3用於合成氨工業;氫氣在氧氣中燃燒的氫氧焰達3000℃高溫,可用於熔融和切割金屬;利用氫的同位素氘和氚的原子核聚變時產生的能量能生產氫彈;液態氫,作為最理想的火箭燃料,與液態氧混合燃燒可以產生大約等於350的比衝量。

以上這些氫的應用只不過是發揮了氫的一部分作用,真正強大的應用我們還沒有實現,比如可控核聚變技術,這就是對於氫的一種劃時代的應用,一旦我們實現了可控核聚變技術,不僅可以讓人類真正擺脫汙染型的化學能源,可以讓地球生態環境逐漸變好,而且核聚類產生的強大能量還可以讓人類的太空科技實現劃時代的進步,比如實現初步的亞光速飛行。

當然,核聚變就是人造太陽,有了核聚變技術,我們就可以造出人造太陽,這對於人類未來移民火星或其它星球作用是非常大的,比如火星的溫度較低,人類移民過去可能不適應那裡的溫度。這個時候我們在火星軌道放一個人造太陽,就可以讓火星的溫度大幅提升,適宜人類的生存。

而氫還有另一個更重要的應用,那就是金屬氫,也就是固態氫。相信很多人都知道,任何氣體在高壓之下都能夠凝聚成液態或固態,液態氫目前已經成為一種重要的能源。當壓力繼續加大的時候,液態的氫還會繼續凝聚,最後成為固態氫,也就是科學家一直在研究探索的金屬氫。

金屬氫可能是一種高溫超導體,如果能夠實現對於人類的意義將非凡。雖然人類依靠現在的科技還無法完全實現金屬氫,但是在宇宙的宇宙中,金屬氫早已誕生。比如木星是一顆氣態巨行星,大氣中的主要成分就是氫。根據科學家的研究探索認為,木星大氣中的氫並不都是氣態的,最外層的是氣態氫,而到了中間層由於高壓的作用已經是液態的氫海洋。而在最內層之中,壓力大到已對將氫轉化為固態,成為了金屬氫的結構。

當然,對於木星最內層的大氣層到底是不是固態的氫結構,目前還只是科學家的一種猜測,只有當人類的科技實力發展到能夠進入木星內部大氣的時候才能夠知道。不管如何,氫是宇宙中最重要的一種元素,它在宇宙中的含量非常之高,如果人類在未來真正能夠完全挖掘出氫的潛力,或許將會給人類文明帶來一次巨大的飛躍。

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