一直以来,各个时代都有很多人会思考一个终极的问题:人从哪里来?
这个问题如今看来依然无解,生物学的观点认为:
人是生物演化的结果。
如果我们仔细想一想,就会追问这么一个问题:
第一个生物是从哪里来?
说白了,这其实就是在问生命的起源,目前科学家的主流假说是:海底热泉口假说和RNA世界假说。
这里的两个假说虽然都有科学依据,但并不是那么让人所信服,原因在于并不存在特别过硬的证据链。如果我们还继续追问,
那构成生命的元素是从哪里来?
实际上,目前这个问题基本上大部分都已经被解决了,我们可以直接给出结果:构成人体的各种元素来自于星辰大海。那究竟是咋回事呢?
今天,我们就来聊一聊这个话题:
宇宙大爆炸
如果你翻开一张元素周期表,你就会发现氢和氦是最靠前的两种元素。
氢原子的原子核内有一个质子,原子核外有个电子。
而比较常见的氦的原子核是由两个质子和两个中子构成的,原子核外是2个电子。也就是下图中最右边的原子。我们会发现,原子核无外乎就是中子和质子的组合,而质子数代表了原子序数,也就是在元素周期表的具体位置。
其中,氢是我们人体必需的元素,它来源于大宇宙大爆炸。
话说,在距今138亿年前,宇宙起源于一场大爆炸。
在大爆炸初期,出现了很多亚原子粒子,比如:夸克,电子等。后来随着宇宙的膨胀和温度的下降,三个夸克组成了质子或者中子。但是此时的宇宙温度依然很高,还无法形成完整的原子结构,一直到宇宙38万岁时,温度降到了2700℃,质子和中子构成的原子核与电子一起构成了原子。而此时的宇宙大多数的原子是氢原子和氦原子。
因此,我们说人体所必需的氢元素来自于宇宙大爆炸。其实想一想也挺有意思的,虽然人的寿命很少能过百,但是我们身体里的氢原子却已经138亿岁了。
元素炼丹炉:恒星
除了氢元素之外,元素周期表内还有很多很多元素,那它们又是咋来的呢?
这就要说到宇宙中最常见到的天体:恒星。
按照目前主流的观点,也就是星云假说。恒星起源于星云物质的引力坍缩。
恒星内核在引力的作用下,压力和温度都开始飙升,当达到一定温度时,就可以点燃恒星。如果我们把恒星看成是一个炉子,那它的燃料就是原子核,炉渣就是原子序数更大的原子核。比如,最早被点燃的是氢核聚变,燃料是氢原子核,而炉渣是氦原子核。
如果恒星的质量足够大,还能继续引发氦原子核的核聚变反应,生成碳原子核和氧原子核。
同样的,如果恒星的质量还足够大,还会继续点燃碳原子核和氧原子核的核聚变反应,就这样沿着元素周期表就一步步地核聚变下去。
所以,恒星是一个炉子没错,可它偏偏是一个元素的炼丹炉。
但这并不是说所有的元素都是这么来的,在铁之前包括铁在内的元素大多都是这么来的。
铁原子核
为什么单拎出铁元素呢?这是因为铁是一朵奇葩,在铁之前的元素原子核都有聚变的倾向,至少说聚变过程是可以释放出大量能量的,而铁之后的元素则是有裂变的倾向。说白了,就是元素原子核都喜欢靠铁元素上靠。这是因为在原子核层面,铁原子核是最稳定的。
而要引发铁发生核聚变反应其实需要消耗大量的能量才行,同时释放出的能量要比消耗的少,也就是说,让铁核聚变是一笔赔本买卖。
超新星爆炸
但有一些恒星质量特别大,大概是10倍太阳质量以上,它们在演化的末尾,在引力作用下内核的温度特别高,足以引发铁的核聚变反应。这个时候,光子会冲进铁原子核内,把原子核击碎,释放出自由的质子和中子,质子和电子发生反应生成中子和中微子,然后在引力的作用下,内核继续坍缩,最终要么形成一个中子星,要么形成一个黑洞。但这个在这个过程最刺激的是会发生IIa型超新星爆炸,这种超新星爆炸堪比星系的亮度。
在整个过程中,会产生大量的原子序数较大的元素,其中还包括不少原子序数大于铁元素的元素原子。
除了这一类超新星爆炸,还有一种叫做Ia型超新星爆炸。这个情况就比较特殊,需要一颗白矮星身边还有一颗伴星,但伴星发展到红巨星时,矮行星就有可能会吃掉这颗红巨星,同时引爆Ia型超新星爆炸,也会产生一些原子序数较大的元素原子。
中子星合并
当然,以上这些还没有包含全部,就比如说,金元素是许多人关心的,它的来源就不仅仅是超新星爆炸。根据一些最新的研究和观测表面。金元素等高顺位的元素原子的来源不仅仅是超新星爆炸这么简单。
我们都知道,IIa型超新星爆炸之后,恒星留下的是中子星或者黑洞。
其中,中子星之间的合并,也会产生大量的高顺位的元素原子。有很多稀有的金属元素,比如:铂和金等,大部分都是通过中子星合并得到的。
但由于中子星合并是极为罕见的,所以,这些金属元素的含量才非常少,物以稀为贵,这直接导致了这些金属价格变得很昂贵。除了这几种方式,还有宇宙射线裂变等,但含量都比较少,在这里就不赘述了。
你身体的原子都上亿岁了
从上文的阐述中,我们不难发现,我们身体里的氢是宇宙早期的产物,都上百亿岁了。而铁之前的元素,有相当一部分是来自于恒星内部的核聚变反应,铁之后的元素来自于超新星爆炸和中子星合并。由于太阳系在46亿年前形成的,因此,这些元素原子至少也有46亿岁了。当然,也不排除有早期宇宙的恒星演化的产物,那么这部分就有100多亿岁了。
试想一下,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经是同一个恒星的内核里一起形成的,是不是很刺激?而且某种程度上,我们每一个人都是过去许多恒星的心脏(内核)。