一直以來(lái),各個(gè)時(shí)代都有很多人會(huì)思考一個(gè)終極的問(wèn)題:人從哪里來(lái)?
這個(gè)問(wèn)題如今看來(lái)依然無(wú)解,生物學(xué)的觀點(diǎn)認(rèn)為:
人是生物演化的結(jié)果。
如果我們仔細(xì)想一想,就會(huì)追問(wèn)這么一個(gè)問(wèn)題:
第一個(gè)生物是從哪里來(lái)?
說(shuō)白了,這其實(shí)就是在問(wèn)生命的起源,目前科學(xué)家的主流假說(shuō)是:海底熱泉口假說(shuō)和RNA世界假說(shuō)。
這里的兩個(gè)假說(shuō)雖然都有科學(xué)依據(jù),但并不是那么讓人所信服,原因在于并不存在特別過(guò)硬的證據(jù)鏈。如果我們還繼續(xù)追問(wèn),
那構(gòu)成生命的元素是從哪里來(lái)?
實(shí)際上,目前這個(gè)問(wèn)題基本上大部分都已經(jīng)被解決了,我們可以直接給出結(jié)果:構(gòu)成人體的各種元素來(lái)自于星辰大海。那究竟是咋回事呢?
今天,我們就來(lái)聊一聊這個(gè)話題:
如果你翻開(kāi)一張?jiān)刂芷诒恚憔蜁?huì)發(fā)現(xiàn)氫和氦是最靠前的兩種元素。
氫原子的原子核內(nèi)有一個(gè)質(zhì)子,原子核外有個(gè)電子。
而比較常見(jiàn)的氦的原子核是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成的,原子核外是2個(gè)電子。也就是下圖中最右邊的原子。我們會(huì)發(fā)現(xiàn),原子核無(wú)外乎就是中子和質(zhì)子的組合,而質(zhì)子數(shù)代表了原子序數(shù),也就是在元素周期表的具體位置。
其中,氫是我們?nèi)梭w必需的元素,它來(lái)源于大宇宙大爆炸。
話說(shuō),在距今138億年前,宇宙起源于一場(chǎng)大爆炸。
在大爆炸初期,出現(xiàn)了很多亞原子粒子,比如:夸克,電子等。后來(lái)隨著宇宙的膨脹和溫度的下降,三個(gè)夸克組成了質(zhì)子或者中子。但是此時(shí)的宇宙溫度依然很高,還無(wú)法形成完整的原子結(jié)構(gòu),一直到宇宙38萬(wàn)歲時(shí),溫度降到了2700℃,質(zhì)子和中子構(gòu)成的原子核與電子一起構(gòu)成了原子。而此時(shí)的宇宙大多數(shù)的原子是氫原子和氦原子。
因此,我們說(shuō)人體所必需的氫元素來(lái)自于宇宙大爆炸。其實(shí)想一想也挺有意思的,雖然人的壽命很少能過(guò)百,但是我們身體里的氫原子卻已經(jīng)138億歲了。
除了氫元素之外,元素周期表內(nèi)還有很多很多元素,那它們又是咋來(lái)的呢?
這就要說(shuō)到宇宙中最常見(jiàn)到的天體:恒星。
按照目前主流的觀點(diǎn),也就是星云假說(shuō)。恒星起源于星云物質(zhì)的引力坍縮。
恒星內(nèi)核在引力的作用下,壓力和溫度都開(kāi)始飆升,當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí),就可以點(diǎn)燃恒星。如果我們把恒星看成是一個(gè)爐子,那它的燃料就是原子核,爐渣就是原子序數(shù)更大的原子核。比如,最早被點(diǎn)燃的是氫核聚變,燃料是氫原子核,而爐渣是氦原子核。
如果恒星的質(zhì)量足夠大,還能繼續(xù)引發(fā)氦原子核的核聚變反應(yīng),生成碳原子核和氧原子核。
同樣的,如果恒星的質(zhì)量還足夠大,還會(huì)繼續(xù)點(diǎn)燃碳原子核和氧原子核的核聚變反應(yīng),就這樣沿著元素周期表就一步步地核聚變下去。
所以,恒星是一個(gè)爐子沒(méi)錯(cuò),可它偏偏是一個(gè)元素的煉丹爐。
但這并不是說(shuō)所有的元素都是這么來(lái)的,在鐵之前包括鐵在內(nèi)的元素大多都是這么來(lái)的。
為什么單拎出鐵元素呢?這是因?yàn)殍F是一朵奇葩,在鐵之前的元素原子核都有聚變的傾向,至少說(shuō)聚變過(guò)程是可以釋放出大量能量的,而鐵之后的元素則是有裂變的傾向。說(shuō)白了,就是元素原子核都喜歡靠鐵元素上靠。這是因?yàn)?strong>在原子核層面,鐵原子核是最穩(wěn)定的。
而要引發(fā)鐵發(fā)生核聚變反應(yīng)其實(shí)需要消耗大量的能量才行,同時(shí)釋放出的能量要比消耗的少,也就是說(shuō),讓鐵核聚變是一筆賠本買賣。
但有一些恒星質(zhì)量特別大,大概是10倍太陽(yáng)質(zhì)量以上,它們?cè)谘莼哪┪玻谝ψ饔孟聝?nèi)核的溫度特別高,足以引發(fā)鐵的核聚變反應(yīng)。這個(gè)時(shí)候,光子會(huì)沖進(jìn)鐵原子核內(nèi),把原子核擊碎,釋放出自由的質(zhì)子和中子,質(zhì)子和電子發(fā)生反應(yīng)生成中子和中微子,然后在引力的作用下,內(nèi)核繼續(xù)坍縮,最終要么形成一個(gè)中子星,要么形成一個(gè)黑洞。但這個(gè)在這個(gè)過(guò)程最刺激的是會(huì)發(fā)生IIa型超新星爆炸,這種超新星爆炸堪比星系的亮度。
在整個(gè)過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量的原子序數(shù)較大的元素,其中還包括不少原子序數(shù)大于鐵元素的元素原子。
除了這一類超新星爆炸,還有一種叫做Ia型超新星爆炸。這個(gè)情況就比較特殊,需要一顆白矮星身邊還有一顆伴星,但伴星發(fā)展到紅巨星時(shí),矮行星就有可能會(huì)吃掉這顆紅巨星,同時(shí)引爆Ia型超新星爆炸,也會(huì)產(chǎn)生一些原子序數(shù)較大的元素原子。
當(dāng)然,以上這些還沒(méi)有包含全部,就比如說(shuō),金元素是許多人關(guān)心的,它的來(lái)源就不僅僅是超新星爆炸。根據(jù)一些最新的研究和觀測(cè)表面。金元素等高順位的元素原子的來(lái)源不僅僅是超新星爆炸這么簡(jiǎn)單。
我們都知道,IIa型超新星爆炸之后,恒星留下的是中子星或者黑洞。
其中,中子星之間的合并,也會(huì)產(chǎn)生大量的高順位的元素原子。有很多稀有的金屬元素,比如:鉑和金等,大部分都是通過(guò)中子星合并得到的。
但由于中子星合并是極為罕見(jiàn)的,所以,這些金屬元素的含量才非常少,物以稀為貴,這直接導(dǎo)致了這些金屬價(jià)格變得很昂貴。除了這幾種方式,還有宇宙射線裂變等,但含量都比較少,在這里就不贅述了。
從上文的闡述中,我們不難發(fā)現(xiàn),我們身體里的氫是宇宙早期的產(chǎn)物,都上百億歲了。而鐵之前的元素,有相當(dāng)一部分是來(lái)自于恒星內(nèi)部的核聚變反應(yīng),鐵之后的元素來(lái)自于超新星爆炸和中子星合并。由于太陽(yáng)系在46億年前形成的,因此,這些元素原子至少也有46億歲了。當(dāng)然,也不排除有早期宇宙的恒星演化的產(chǎn)物,那么這部分就有100多億歲了。
試想一下,如果宇宙中存在外星人,很有可能他身上的元素和你身上的元素曾經(jīng)是同一個(gè)恒星的內(nèi)核里一起形成的,是不是很刺激?而且某種程度上,我們每一個(gè)人都是過(guò)去許多恒星的心臟(內(nèi)核)。
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