构成我们的物质从何而来,为什么说核聚变到铁元素就停止了?
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发布时间：2023-07-03 05:27
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时间：2024-12-04 22:14
这个话题还是非常值得讨论一下的，世间万物包括地球上的动植物、微生物等生命体，岩石矿物、大气层、水等非生命体，以及仰望星空看到的繁星、星系，等等这一切都源头都是138.2亿年前的那个奇点，经过漫长时间的演化，最终形成了各种各样的物种，或者说不同的元素构成不同的物质。那么本质出来了，只要去寻找元素从哪里来就可以了。
宇宙大爆炸
按照目前的主流科学观点，宇宙起源于138.2亿年前的奇点大爆炸，经过漫长时间的膨胀演化，宇宙变成了我们现在看到的模样。但是认识宇宙大爆炸的过程是曲折的，因为老一派物理学家不喜欢这样的模型，一直以来宇宙都被认为是稳态的，既不膨胀也不收缩。
甚至爱因斯坦也深受这样的思想影响，在他提出广义相对论后曾用自己的场方程来研究宇宙演化的问题，最后得出一个没有人愿意看见的结论，那就是动态宇宙模型。为了消除这样的影响，爱因斯坦在自己的方程中加入了宇宙学常数，让宇宙重归稳定。但是后来哈勃横空出世，通过望远镜观测到了宇宙红移现象，这意味着这些星系都在远离我们不断的退行。爱因斯坦知道后来到哈勃工作的天文台亲自查看，最后又把宇宙学常数给去掉了，因为宇宙是在膨胀的。
在后来爱因斯坦的自转中他曾评价过这件事情，认为这是自己一生中最大的错误。因此星系红移现象成了宇宙大爆炸的一个证据，而后来发现的宇宙背景微波辐射，宇宙大爆炸后的一缕余晖，被认为是第二个证据。
宇宙大爆炸的一秒钟之内统一场开始分解为强力、电弱力和引力，质子、中子和中微子开始形成，随着时间的推移质子和中子的比重开始下降，正负电子湮灭反应出现，在极高温的反应下核聚变开始进行，生成氢、氦以及极少量的锂，当然还有其它重元素，但是宇宙大爆炸之处主要的元素还是氢和氦。
元素生产机-恒星
恒星是宇宙中最重要、最常见的一类天体，它们的主要构成就是氢和氦，例如在银河系中就有2000多亿颗恒星，而宇宙中类似于银河系的星系有2万亿个，当然这并不是我数出来的，是根据哈勃太空望远镜的深空场预估出来的。那么最终宇宙中的恒星数量就是数不胜数了。
恒星在自身的引力塌陷作用下，在内核处形成了高温高压的环境，氢核在这样的极端条件下，距离近了、运动速度变快了，最终碰撞融合的几率也就高了，在某个临界点“砰”的一声核聚变就开始了。一般前期的核聚变对象主要是氢，氢核聚变最后生成氦，但是在恒星的后期随着氦含量的增高，达到一定程度就会发生氦核的聚变，但是氦聚变生成碳氧元素过程很剧烈，这也就是大刘《流浪地球》中提及到的氦闪。
当然太阳这样的黄矮星，核聚变的结局就是白矮星，主要是碳和氧构成的。但是当恒星质量较大的时候，核聚变会继续进行，只要条件满足就可以进行，因此碳氧元素可以继续进行核聚变。
尤其是超大质量恒星演化到生命后期，一波超新星爆炸，那个瞬间的高温高压环境会生成比铁更重的元素，但是一般这种情况很少发生。
为何把铁元素称之为核聚变的终结者？
目前已知宇宙*有118个元素化学元素，世间万物都是由这些元素构成的。恒星演化并不能把这些元素全部生成，一般认为只进行到铁56，就很难再继续核聚变下去了。
为什么铁-56这么特殊哪？
在这里要提到一个新的概念-比结合能，物质都是由微观粒子构成的，原子内包含原子核和核外电子，原子核主要是由中子和质子构成，这些粒子仅仅的聚在一起，甚至那么多带正电的质子挤在一起，相斥的电磁力都没有把它们分开，主要就是因为核子之间存在强相互作用。如果想要抵消这种力把核子分开，就需要提供很大的能量，我们把这种所需要的能量就称为结合能。
用结合能除以核子总数最后得到的就是“比结合能”，而比结合能越大的原子，种子和质子的结合就更加的紧固，要想把它们分离需要非常大的能量。而在118种元素中铁56的比结合能是最大的，这也就意味着铁56是最稳定的。比铁56更重的会核裂变成铁56，而比铁56更轻的就会核聚变成铁56。总之铁56就像是一座大山，两边的元素会更容易向它靠拢。因此有科学家提出过这样的设想，在未来宇宙可能会趋向于变成“铁”的世界。
总结
可以说构成这个宇宙的一切物质能量从根源上来讲都源自于138.2亿年前那个奇点，而随着宇宙的不断演化，一代恒星、二代恒星的不断进行，宇宙中的元素含量也会不断的变化，最终全部都趋向于铁56。当然这种情况即使发生也是在很久很久之后，至少数百亿年都不止。
届时随着太阳变成白矮星，地球被吞噬，人类如果侥幸延续到那个时代，就需要寻找新的家园了，银河心中数千亿颗恒星还是足够我们选择的，但前提是我们需要有足够高的科技，这才有选择的机会。
文/科学黑洞，图片来源网络侵删。
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时间：2024-12-04 22:14
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时间：2024-12-04 22:15
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