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恒星能造大多数元素,却造不了氢元素,只因元素材料所需温度太高

时间:2019-09-11 来源:NIEBURG丽堡格

恒星是宇宙中的“元素制造机”,元素周期表上绝大多数的元素都是由恒星制造的,但是氢元素除外。

恒星能造大多数元素,却造不了氢元素,只因元素材料所需温度太高

恒星在刚形成的时期,绝大部分都是氢元素,通常氢元素要占到恒星质量的90%左右,氦元素约占8%,这比例也接近宇宙中氢和氦元素的占比。但恒星形成之后,就开始通过核聚变制造氢以外的其他元素了,先是将氢元素聚变成氦元素,然后再聚变成锂、铍、硼、碳、氮、氧等元素,恒星质量越小,所能聚变达到的元素层数量就少,质量越大所能就变成的元素数量就多。

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比如我们的太阳,一般认为它只能聚变到碳和氧的阶段,但是相当于太阳质量8倍以上的大质量的恒星却能聚变到铁元素的阶段。不过当铁元素在恒星内部聚变产生时,这个恒星的寿命也就走到了尽头。

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这是因为当恒星内部聚变产生铁元素的时候,恒星的聚变过程就不再释放能量,而是开始吸收能量,因为铁元素之前的元素在聚变产生时都可以释放能量,但是铁元素的产生过程却是需要吸收能量的,所以当铁元素在恒星内部产生的时候,就在那一瞬间,恒星内部不再有能量释放出来,由于聚变产生的向外辐射压就消失了,而恒星又都是质量巨大的天体,他们本身的引力势能也非常巨大,因此在向外的辐射压消失的时候,其外部巨大的物质质量会在引力之下迅速的挤压向核心,将中心物质撞击成一颗中子星。这就是恒星的超新星爆发现象了。

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超新星爆发的时间非常短,但是就在这一瞬间,恒星剧烈的星体活动却能释放出相当于其一生核聚变数十倍的能量,这样巨大的能量又可以将铁元素进一步聚变,然后再将铁元素形成的元素进一步聚变,如此类推,所以可以有几十种元素在超新星爆发的一瞬间形成,比如黄金等贵重金属也可以在这一瞬间形成。

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另外,中子星碰撞也可以产生大量的重金属元素,超新星爆发的时候身体内部可产生1500亿k的高温,中子星碰撞大约可以产生3000亿k的高温,因此中子星碰撞可以更多的创造重元素。

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宇宙间的绝大多数元素的诞生,基本上都是基于以上的恒星的演变过程。但是氢元素却不是这样,它是在宇宙大爆炸发生之后不久形成的。

我们知道原子都是由电子、质子和中子组成的,而质子和中子就是由夸克组成的,这些基本粒子的产生需要极高的温度,比如产生一个电子所需要的阀值温度约60亿度左右,但产生一个质子所需要的阀值温度约10万亿度左右。所以恒星内部核聚变时不可能产生这些基本粒子,就是超新星爆发和中子星碰撞的温度也不足以产生质子,而氢元素既离不开质子也离不开电子,很显然,恒星的演变过程以及超新星爆发和中子星碰撞都不足以产生质子等基本粒子,这些元素材料都太难造了,需要的温度太高,因此恒星也就无法造就最简单的氢元素了(中子星碰撞,可以通过中子的衰变制造少量氢元素)。

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那么宇宙中能形成基本粒子并造就氢元素的事物也就只有宇宙大爆炸了,宇宙大爆炸开始时的温度最高可达1.4亿亿亿亿K,远高于基本粒子产生的温度,在宇宙降温的过程,基本粒子产生了,随后也就产生了氢元素,同时也产生了部分的氦元素,两者在宇宙中的占比大概在99%左右,其他可能还有锂、铍等元素,但是含量就比较少了。

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纵观宇宙诞生以及产生氢元素,氢元素形成恒星,再由恒星制造各种元素,各种元素通过物理和化学作用形成世间万物,这一过程用老子的“道生一,一生二,二生三,三生万物”来概括,还真是挺符合的。