元素的形成之旅

白石溪

宇宙中的物質(zhì)豐富多彩，大到天體，小到塵埃，都是由元素組成的。隨著科學(xué)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)了越來越多的元素，但元素的起源曾經(jīng)困擾科學(xué)家們很長一段時(shí)間，直到我們在宇宙大爆炸理論中找到了答案。

宇宙大爆炸之初，所有的元素都不存在。宇宙像是熬著一鍋熱騰騰的“粒子湯”，從最開始的夸克和膠子，形成質(zhì)子和中子后組成原子核，再結(jié)合電子即可形成原子，宇宙從此開啟了漫長的合成元素之旅。

大爆炸以及宇宙射線帶來了元素周期表的前幾種元素——?dú)?、氦以及少量的鋰、鈹、硼。?dāng)宇宙塵埃和氣體從大爆炸中冷卻下來，形成恒星，然后這些恒星聚集在一起形成星系。在自然界中發(fā)現(xiàn)的其他86種元素就是在一些大大小小的恒星以及超新星爆發(fā)中的核反應(yīng)形成的。

恒星是元素的主要生產(chǎn)者，比如我們的太陽，在其核心內(nèi)的高溫高壓迫使氫的原子核融合在一起聚變?yōu)楹ぁ．?dāng)恒星將氫消耗殆盡后，恒星就會(huì)開始消亡。這個(gè)垂死的恒星膨脹成一個(gè)紅巨星，且開始融合氦原子來制造碳原子。

恒星制造元素的種類與其質(zhì)量有關(guān)，小恒星只能合成像碳、氧等輕元素，而大恒星才能逐漸形成從氧到鐵等更重的元素（周期表中越往后的元素越重）。但是由于能量的問題，大恒星上的核聚變反應(yīng)也不是一直能夠進(jìn)行下去、無限合成越來越重的元素。

那么比鐵還重的元素應(yīng)該如何形成？當(dāng)大恒星演化到后期時(shí)，核內(nèi)的鐵積攢到一定程度，就會(huì)發(fā)生大規(guī)模的爆發(fā)，科學(xué)家稱為超新星爆發(fā)。而爆發(fā)中所釋放的大量能量就可以進(jìn)一步合成鐵之后的元素，如鈾和金。而且隨著爆發(fā)，所有這些元素都被噴射到非常遙遠(yuǎn)的地方，我們因此才在地球上看到了如此豐富多彩的元素。

而除了這91種自然存在的元素，周期表上的其他元素是人工合成的。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，通過在粒子加速器中將原子相互碰撞，就可以制造出新元素。這才形成了我們現(xiàn)在所看到的排滿了七個(gè)周期的118種元素的周期表。當(dāng)然，很多人都相信，這個(gè)并不是周期最終完整的樣子，下一個(gè)周期的元素還等待我們繼續(xù)去發(fā)掘。