同样是来自宇宙的元素,是什么造就了千差万别的不同?

如题所述

宇宙中的万物,都是由各种元素通过无比精巧的组合而构成的,那么,宇宙中的各种元素到底从何而来,又是怎么产生的呢?今天我们就来讲一下,宇宙中各元素的前世今生。

宇宙中所有的元素都是由质子、中子以及电子等基本粒子构成,其中原子核内质子的数量决定了元素的种类,例如原子核内只有一个质子,它就是氢,有两个质子,它就是氦,其他更重的元素以此类推,具体可参见元素周期表。

我们可以看到,只要不停地将这些基本粒子堆积起来,就可以创造出所有的元素。

这种看上去很容易的事情,实际操作起来却非常难。因为质子都带正电,所以要将它们聚合起来,是相当困难的事情,这需要很高的温度以及压力。下面我们来看一看,宇宙是怎么做到的。

早期的宇宙并不是现在这样绚丽多彩,那时的空间中充斥一大堆的基本粒子。由于氢的原子核只有一个质子,这使得氢元素很容易形成,因此随着宇宙温度的逐步下降,宇宙中就充满了大量的氢元素,形成了最原始的星云。

星云中密度较大的区域,会在万有引力的作用下,慢慢吸积成长为一颗原始的恒星,与此同时,它核心的压力与温度,会因为自身不断增长的重力而逐渐提高。

当这颗原始恒星的质量达到了一定的程度,其核心的温度以及压力就可以达到使质子聚合的条件,这时新的元素就产生了,在这个过程中,还会伴随着大量的能量释放,这就是核聚变反应。

要聚变出越重的元素,就需要更高的温度以及更强的压力,这就意味着宇宙中大部分的恒星,都会在聚变出较重的元素之前,就结束了自己的生命,例如太阳最高就只能聚变出碳和氧。

只有具备足够质量的恒星,才会点燃一轮又一轮的核聚变反应,生成越来越重的元素,但当一颗大质量恒星内部的核聚变反应到铁元素时,核聚变就无法再进行了。

因为铁元素的聚变是吸能的,所以当一颗大质量恒星内的核聚变反应到铁元素后,其内核会因为失去与自身重力抵抗的能量而迅速坍塌,并最终发生威力惊人的超新星爆发,宇宙中的绝大多数比铁重的元素,就是在这个阶段生成的。

请注意,核聚变反应最高只能聚变出铁元素,而宇宙中比铁重的元素,不是由核聚变反应产生的!
在宇宙中,比铁重的元素主要是通过一种名叫“中子俘获”的核反应产生。所谓中子俘获,是指原子核与中子碰撞结合,并形成重核的过程。

例如当铁56俘获了一个中子,它就变成了铁57,然后其原子核可能会因为不够稳定而发生β衰变,这时一个中子衰变成了质子,它的原子序数就会加1,于是就变成了钴57(注:这个例子只是简单说明,大家不必较真,事实上,中子俘获反应要复杂得多,但原理就是这样的)。

中子俘获分“快”、“慢”两种,其中慢中子俘获发生在恒星内部,其发生的概率很低,其反应时间通常都需要几万到几十万年。

而在超新星爆发的时候,会产生巨量的中子,在这种情况下,轻元素的原子核会在很短的时间内俘获大量的中子,但这些富中子的原子核极不稳定,它们会很快发生β衰变,从而转化成稳定的、比铁元素更重的原子核,这就是快中子俘获。

至此,宇宙中的所有元素都已生成,而被我们视为珍宝的金、铂等贵重金属元素也是这样得来的。我们也可以看出,它们之所以显得如此珍贵,还是很有道理的,毕竟宇宙中大质量恒星的数量并不多。

需要指出的是,超新星爆发并不是大质量恒星专有,在中子星和白矮星等致密天体合并的时候,也会发生同样的事情。

宇宙中那些古老的、巨大的天体,会以这种壮丽的方式结束自己的生命,同时将一生创造出的各种元素抛洒在宇宙空间中,形成各种各样的星云。在这些星云中,又会孕育出新一代的恒星,行星以及今天我们能够感知到的一切,包括我们自己。

以上,就是宇宙中各元素的前世今生,由此可以看到,组成我们身体的每个细胞、每个分子、每个原子都产生于远古的恒星,都记载着宇宙中那些美丽的篇章。
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第1个回答  2020-11-18
宇宙中的万物,都是由各种元素通过无比精巧的组合而构成的,那么,宇宙中的各种元素到底从何而来,又是怎么产生的呢?今天我们就来讲一下,宇宙中各元素的前世今生。

宇宙中所有的元素都是由质子、中子以及电子等基本粒子构成,其中原子核内质子的数量决定了元素的种类,例如原子核内只有一个质子,它就是氢,有两个质子,它就是氦,其他更重的元素以此类推,具体可参见元素周期表。

我们可以看到,只要不停地将这些基本粒子堆积起来,就可以创造出所有的元素。

这种看上去很容易的事情,实际操作起来却非常难。因为质子都带正电,所以要将它们聚合起来,是相当困难的事情,这需要很高的温度以及压力。下面我们来看一看,宇宙是怎么做到的。

早期的宇宙并不是现在这样绚丽多彩,那时的空间中充斥一大堆的基本粒子。由于氢的原子核只有一个质子,这使得氢元素很容易形成,因此随着宇宙温度的逐步下降,宇宙中就充满了大量的氢元素,形成了最原始的星云。

星云中密度较大的区域,会在万有引力的作用下,慢慢吸积成长为一颗原始的恒星,与此同时,它核心的压力与温度,会因为自身不断增长的重力而逐渐提高。

当这颗原始恒星的质量达到了一定的程度,其核心的温度以及压力就可以达到使质子聚合的条件,这时新的元素就产生了,在这个过程中,还会伴随着大量的能量释放,这就是核聚变反应。

要聚变出越重的元素,就需要更高的温度以及更强的压力,这就意味着宇宙中大部分的恒星,都会在聚变出较重的元素之前,就结束了自己的生命,例如太阳最高就只能聚变出碳和氧。

只有具备足够质量的恒星,才会点燃一轮又一轮的核聚变反应,生成越来越重的元素,但当一颗大质量恒星内部的核聚变反应到铁元素时,核聚变就无法再进行了。

因为铁元素的聚变是吸能的,所以当一颗大质量恒星内的核聚变反应到铁元素后,其内核会因为失去与自身重力抵抗的能量而迅速坍塌,并最终发生威力惊人的超新星爆发,宇宙中的绝大多数比铁重的元素,就是在这个阶段生成的。

请注意,核聚变反应最高只能聚变出铁元素,而宇宙中比铁重的元素,不是由核聚变反应产生的!
在宇宙中,比铁重的元素主要是通过一种名叫“中子俘获”的核反应产生。所谓中子俘获,是指原子核与中子碰撞结合,并形成重核的过程。

例如当铁56俘获了一个中子,它就变成了铁57,然后其原子核可能会因为不够稳定而发生β衰变,这时一个中子衰变成了质子,它的原子序数就会加1,于是就变成了钴57(注:这个例子只是简单说明,大家不必较真,事实上,中子俘获反应要复杂得多,但原理就是这样的)。

中子俘获分“快”、“慢”两种,其中慢中子俘获发生在恒星内部,其发生的概率很低,其反应时间通常都需要几万到几十万年。

而在超新星爆发的时候,会产生巨量的中子,在这种情况下,轻元素的原子核会在很短的时间内俘获大量的中子,但这些富中子的原子核极不稳定,它们会很快发生β衰变,从而转化成稳定的、比铁元素更重的原子核,这就是快中子俘获。

至此,宇宙中的所有元素都已生成,而被我们视为珍宝的金、铂等贵重金属元素也是这样得来的。我们也可以看出,它们之所以显得如此珍贵,还是很有道理的,毕竟宇宙中大质量恒星的数量并不多。

需要指出的是,超新星爆发并不是大质量恒星专有,在中子星和白矮星等致密天体合并的时候,也会发生同样的事情。

宇宙中那些古老的、巨大的天体,会以这种壮丽的方式结束自己的生命,同时将一生创造出的各种元素抛洒在宇宙空间中,形成各种各样的星云。在这些星云中,又会孕育出新一代的恒星,行星以及今天我们能够感知到的一切,包括我们自己。

以上,就是宇宙中各元素的前世今生,由此可以看到,组成我们身体的每个细胞、每个分子、每个原子都产生于远古的恒星,都记载着宇宙中那些美丽的篇章。
第2个回答  2020-11-18
地球上天然存在的元素有90多种,组成人体的元素有60多种。其中碳氢氧氮是构成人体的最主要元素,钙、钠、钾、镁、硫、磷、氯等7种是必需的定量元素,集中在元素周期表前20位,另有铁、铜、锌、锰、钴、钒、铬、钼、硒、碘等十余种是必需的微量元素;这么多种元素,都是从哪儿来的?

元素周期表
元素是从哪儿来的
1957年以前,科学界主张所有的元素或原子核都是在宇宙大爆炸时形成的,元素诞生之时就和现在的一样多,元素种类和数量从那之后就从没变过。
1957年弗雷德·霍伊尔和伯比奇夫妇(杰佛瑞·伯比奇和玛格丽特·伯比奇)、威廉·福勒四人提出关于恒星核合成的一篇著名论文。该篇论文发表于期刊《现代物理评论》,是恒星物理学演化的指标性论文。这个理论的大意是:告诉我们元素都是在恒星内部合成出来的。
这篇论文以四人姓氏开头字母简称为“B2FH理论”,因为这四位科学家对论文成果的贡献是差不多的;但是,这四位作者中只有作者"弗雷德·霍伊尔"获得了诺贝尔奖,另外三个人没份,这也算诺贝尔奖的一次失误了。

B2FH论文
B2FH理论说了什么
宇宙大爆炸只产生了氢和氘,并没有生成其他元素;人们直到在1939才知道恒星燃烧产生的能量是通过核聚变产生的,恒星是一个元素加工厂,可以让氢元素聚变生成各种各样的元素。在恒星内部,氢元素聚变生成氦元素,并释放大量能量;但是恒星上的氢元素也会消耗完,耗光之后还要看剩下的物质质量是不是足够大,如果质量足够大,氦元素又会继续聚变,生成碳和氧;碳元素聚变,又可以生成氖、钠、镁、铝。

核聚变反应
我们的太阳,他到现在已经烧掉了所有可用的氢元素的50%,再过50亿年会进入燃烧氢的阶段;到那个时候,因为太阳内部可用的氢元素已经用完,内核没有能量产生对抗万有引力;太阳内核会被万有引力压缩,靠外面的那一层物质则会因为失去引力束缚和内核压力剧烈膨胀;太阳会因此变成一颗红巨星,太阳半径则会扩展至火星轨道附近;到那时地球上的一切都将被烤糊,整个太阳系也很难有生命存活了,这应该是太阳系生命史的终结点。

如果恒星质量达到太阳8倍以上,则会继续合成更重的元素,质量越大,合成重元素的速度越快,最终会走到铁元素这一步,26号铁元素占据核聚变的一个特殊位置。
铁是一个关键节点
铁元素有26个质子和30个中子,铁不能继续进行核聚变是因为把铁元素中的质子和中子拆出来需要的能量,比铁聚合成重元素产生的能量还要大很多;所以聚变反应到了这一步就入不敷出了,没有能量核聚变也就难以为继了,铁的结合能是最高的。

每个核子的结合能与质量数
如果想合成更重的元素就需要更大外来的能量。这种能量来自于超新星爆发。当8倍以上太阳质量恒星核心物质被压到中子状态的时候,核心体积会急剧坍缩,物质密度达到之前的几亿倍;因为所有粒子相隔距离都很近,铁元素得以快速俘获中子,这个过程会发生剧烈的爆炸和反弹,产生巨大的能量让铁合成更重的元素;例如:铜29号,银47号,白金78号,黄金79号,水银80号,铅82号,都是这样产生的。

太阳系是怎么形成的,星星决定我们的命运
太阳这种质量大小的恒星,在演化末期只能聚变到碳、氧元素,比太阳质量更大的恒星,聚变反应可以到硅元素。但是我们的太阳系有在90多种元素,如果太阳是第一代恒星,是不可能生成比碳更重的元素;所以科学界普遍认为太阳是第二代或第三代恒星;

太阳系源于46亿年前一颗在现在太阳系附近爆发的超新星,它爆发后的尘埃曾经弥漫在现在12光年直径的圆面上,我们的太阳系是在它的”尸体”上形成的;尘埃在温度足够高的时候会旋转凝聚成团,一旦这个过程开始了就不可逆,它会快速形成星体,太阳就是这片尘埃形成的物体中最大的一个,木星是第二大的,其他的边角料则形成了土星、天王星、海王星、金星、水星、火星,还要其他矮行星、小行星、彗星等;
当然,它也形成了我们的家园--地球;包括组成我们身体的所有元素,也是在那次超新星爆发中产生的,我们曾经也是星空中那颗耀眼星体的一部分,是星星创造了我们!本回答被网友采纳
第3个回答  2020-11-18
六大元素分别为氢元素,氧元素,铁元素,氮元素,碳元素,钙元素。这六大元素是整个宇宙中含量比较高,并且也是构成宇宙的基本元素,没有这六大元素作为宇宙的基础,宇宙根本就不可能有生命的出现,也不可能持续的发展,经久不衰。
一、氢元素

氢元素是整个宇宙中含量比较多的一种元素也是太阳上最丰富的元素,氢元素同样也是宇宙中重要的能量来源,地球上绝大多数的恒星都是通过氢元素和氦元素核聚变的形式,散发出巨大的能量,因此没有氢元素,就没有地球上如此众多的能量,自然而然也不可能有生命的出现。
二、氧元素

氧元素是整个地球上相对稳定的一种元素,氧元素也是生命所必需要的元素,任何生命都需要氧气作为能量的补给,而且氧气能和绝大多数的元素发生化合,从而衍生出新型的氧化物,具有不同的物理性质和化学性质。
三、铁元素

铁元素是整个宇宙中最稳定的一种元素,万事万物不管经历核聚变还是核裂变,最终都要变成铁元素,所以一般在不断衰变的物体,最终都会衰变成铁元素,因此铁元素不会随意的跟其他元素发生剧烈的化合效果,性质比较稳定。
四、氮元素

氮元素是一种具有保护气体的元素,氮元素对生命有一定的保护作用,并且能够保湿保鲜,在宇宙中,氮元素还充当着缓冲元素的作用,防止反应过于激烈,对其他的生物产生一定的影响。
五、碳元素

碳元素是整个宇宙中重要的生命能量来源,碳元素能够在高温的情况下发生燃烧,燃烧能够给生命带来热量和光明,并且碳元素的含量非常多,碳元素同时也是有机物的重要组成部分
第4个回答  2020-11-18
通常认为宇宙起源于大爆炸,随着宇宙迅速膨胀,温度也迅速降下来。冷却到一定程度之后,才形成了质子 电子和中子这些基本粒子,从而产生了最简单的原子-氢原子和一部分氦原子,比例大概是3:1,此外还有极少量的锂 碳元素在此阶段产生,但远远低于目前可观测到的元素丰度,从而引出了第二个元素合成机制。第一代恒星诞生后,氢不断聚变成氦,当恒星进入演化晚期,核心区的氦聚变成碳,碳聚变成氧,这个过程会从核心区逐层向外发展。根据恒星质量不同,聚变链的终点也不同,相当大质量的恒星会一直聚变成铁才结束。铁在恒星演化中是一个特殊的元素,无法聚变产能也无法裂变产能,因而聚变反应到这里就终止了。核区聚变停止后,辐射压不足以对抗引力,恒星外壳向核心坍缩,依恒星质量不同,有的变成白矮星,有的变成中子星。大质量恒星死亡前都会发生一次剧烈爆炸,称为超新星爆发。在坍缩过程和爆炸过程中,极端的压力和温度条件会合成一批比铁更重的元素。由于大质量恒星演化快死得早,在这些恒星的尸体上才产生了太阳这种富金属恒星以及地球这种富含各种重元素的行星。
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