小小年紀的你，體內的元素卻已經幾十億歲了
2023-04-01 17:48:38
宇宙大爆炸
我不知道你有沒有想過一個問題，那就是，這些元素是從哪裡來的？
你知道，我們身體裡的大部分元素在宇宙開始時並不存在。元素的起源與整個宇宙的演化密切相關，包括恆星的演化等等。
為了理解元素和恆星的一系列問題，我們應該從大爆炸開始。
根據目前的主流理論，我們知道宇宙誕生於138億年前的一次大爆炸中。大爆炸後，宇宙實際上沒有今天這樣的原子結構，而是一種混沌狀態，高能電磁波主要被散射。
這時，宇宙的溫度極高。隨著宇宙的膨脹，溫度逐漸降低。然後各種粒子出現並再次湮滅。每十億對正負粒子湮滅，留下一個正粒子。因此，我們處在正粒子的宇宙中。目前，我們不知道為什麼會這樣。
在大爆炸後的380，000年，宇宙溫度下降到大約3000開爾文，原子結構開始形成。起初，宇宙的元素主要是氫和氦，它們是元素周期表中的前兩種元素。
這並不是說沒有其他元素形成，只是因為其他元素不穩定，會裂變回氦。即使是現在，氫和氦佔宇宙中可見物質的99%以上。
我們需要知道的是，在我們的身體裡還有許多其他不同的粒子。他們是怎麼來的？
星星:元素熔爐
大爆炸後大約2億年，一些奇怪的巨人開始出現在宇宙中。它們是由星雲在重力作用下逐漸形成的。今天，我們稱這些天體為恆星。恆星和其他天體的最大區別在於它能產生核聚變反應。那為什麼只有它能產生核聚變反應呢？
這是因為恆星足夠大。在重力的作用下，整個天體將被誇大擠壓。中國有句老話，凡事都要逆來順受。恆星被強大的引力擠壓後會抗拒。
具體來說，由於重力的擠壓，恆星內部的溫度上升，達到數千萬甚至數億度。在這個溫度下，藉助於量子隧道效應和弱相互作用，核聚變反應將被點燃。如上所述，起初宇宙主要由氫和氦組成。因此，恆星主要由這兩種元素組成。引發的第一個核反應是氫原子核的核聚變。主要有兩條途徑，質子-質子反應鏈和碳氮氧循環。不管怎樣，四個氫核產生一個氦-4核。
核聚變反應會產生外部壓力，這將與重力形成動態平衡。這樣恆星就不會爆炸，也不會被重力壓縮成一個點。
但是當恆星核心中氫原子核的核聚變大致相同時，恆星將完成一次換檔。此時，恆星核心主要是氦核。在恆星重力的作用下，氦核的核聚變反應繼續得到促進。然而，這裡應該注意的是，一些恆星的質量不足以促進氦核的核聚變反應，因為氦核的核反應條件比氫核的核反應條件更為苛刻。
結果，這些恆星將在燃燒氫原子核後停止運行，等待完全冷卻。然而，如果質量足夠，重力足夠，氦核的核聚變反應可以繼續促進產生碳原子核或氧核。
太陽已經到了這一點。當氦核燃盡時，太陽本身的質量無法繼續促進核聚變反應，太陽將變成白矮星，等待完全冷卻。那時，太陽核心不是金屬核心，而是主要是碳和氧。
如果質量仍然足夠大呢？
事實上，恆星將繼續一步一步地融合到鐵核中。鐵核是最穩定的核，或者說它是結合能最大的元素核。使鐵核發生核聚變反應是非常困難的，這個過程需要能量輸入，而不是能量釋放。如果恆星還能刺激鐵原子核的反應，就會發生超新星爆炸。
恆星的核心要麼形成中子星，要麼形成黑洞。因此，我們可以看到，並非所有的恆星最終都會形成金屬核心，但絕大多數恆星不會。
人體中的元素已經有幾十億年的歷史了。
元素的產生實際上取決於恆星的核聚變反應。我們身體中的大多數元素實際上都是這樣的。它們來自上一代或兩代恆星的產物，都有超過45億年的歷史。與這些元素的年齡相比，你的生命幾乎可以忽略不計。
