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从聚变到爆发,为了缔造我们的身体,宇宙都做了什么?

日期: 来源:科学信仰收集编辑:科学信仰

请爱惜你的身体,因为它是宇宙间的至宝,为了缔造这躯“肉眼凡胎”,你知道宇宙都付出了哪些努力吗?

人体无疑是复杂的,但其实它比我们想象的还要复杂,构成人体的元素一共有40多种,其中有包括氧、碳、氢、氮、钙在内的11种主要元素,还有锌、铁、铜、钴等微量元素,少了哪一种都不行,而要想制造出这些元素,还真不是一件容易的事情。在宇宙诞生之初,宇宙间只有氢元素和少量的氦元素,为了能够产生更为复杂的物质,一种“元素制造机”出现了,它就是恒星。

我们的太阳就是一颗恒星,每时每刻它的内部都在发生着核聚变反应。

所谓核聚变就是两种较轻的元素合并成为一种更重的元素的过程,在这个过程中,原子会发生质量损失,而损失的质量就会以能量的形式被释放出来。要促成这样的反应并不容易,需要极高的温度和压力,只有在恒星的内部才拥有这样的条件。在太阳的中心,温度高达1500万摄氏度,压力更是达到了3000亿个大气压以上,在这样的环境下,氢原子核会发生聚合,并释放出一个中子以及一个中微子。

两个氢原子合并之后会产生一个氦2,氦2再与一个氢原子反应会生成一个氦3并释放出一个γ光子,最后两个氦3聚合,生成氦4的同时又释放出两个质子。

这就是一个完整的氢核聚变过程,整个过程中有4个氢原子核参与,最后生成了一个氦4并释放出两个中子、两个中微子以及两个γ光子。这看起来好像没有什么大不了的,但在太阳内部,每秒钟参与反应的氢原子就达到了6亿吨,其中有约400万吨的质量都会以能量的形式被释放出来,所以即便相隔1个天文单位,太阳能量仍足以哺育整个地球。

氢核聚变可以产生氦,而随着温度和压力的进一步升高,氦核聚变又会被点燃,于是锂也被缔造了出来。

锂并不是在氦核聚变过程中直接产生的,氦3会与氦4聚合直接生成铍7,而铍7是一种极不稳定的元素,它很快就会发生衰变,产物就是锂7。就这样,在恒星的聚变过程中,更重的元素一个个出现了,这些都是缔造我们身体所不可或缺的物质。

可惜恒星不是万能的,它的元素制造过程到铁就会终止。

铁原子核的比结合能很高,所以极其稳定,要想破开铁原子核需要极其巨大的能量,这股能量远远超过了铁原子聚变所能够产生的能量,这使得铁原子核成为了最稳定的原子核,无论是聚变反应,还是裂变反应,都与它无关。铁的原子序数为26,在它上面还有很多元素,怎么产生呢?这需要一种更为强烈的天体活动,那就是超新星爆发。超新星爆发的过程能够缔造更重的元素,并不是因为超新星爆发所产生的能量可以破开铁原子核,而是因为超新星爆发的过程中会产生极强的中子辐射环境。

超新星爆发会缔造出一个中子密度极高的环境,于是就会发生“快中子俘获”现象。

以铁元素为例,当一个铁56俘获了3个中子后,它就会变为铁59,而铁59很不稳定,很快就会通过β衰变形成钴59,于是一种新的更重的元素就产生了。按照类似的形式,大量的重元素都能够在超新星爆发的过程中产生,比如黄金就是其中之一。如此看来,我们的身体就是宇宙历史的缩影,这也许就是人们常说的“生命贯穿始终”。

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