無論是沒有生命的物體,還是像人類這樣的生命體,都是由一系列不同的原子所組成。據(jù)估計,一個成年人包含的原子數(shù)量多達6000億億億個,元素種類超過60種,其中大部分為氫、氧和碳。
那么,這些原子都是哪里來的呢?它們存在了多長時間呢?人類現(xiàn)在能否制造和毀滅一個原子呢?
原子的組成
在強核力的作用下,質(zhì)子和中子結(jié)合在一起形成了原子核。在電磁力的作用下,原子核與電子結(jié)合在一起形成了原子。質(zhì)子數(shù)的多少決定著元素的種類,幾號元素對應(yīng)幾個質(zhì)子,例如,1號元素氫只有一個質(zhì)子,26號元素鐵包含26個質(zhì)子。核反應(yīng)和湮滅反應(yīng)
一直以來,人類都沒有能力制造和毀滅原子。直到上個世紀初,隨著核物理學的不斷發(fā)展,原子核的世界才被逐步打開。通過人工核反應(yīng),可以制造出地球上不存在的元素。
在元素周期表中,前94號元素可以在自然界中發(fā)現(xiàn),而從第95號元素至第118元素,都是人工合成出來的,例如,第101號元素鍆,它是由氦原子核(α粒子)轟擊99號元素锿制得。人類利用核裂變和核聚變原理制造出了原子彈和氫彈。此外,通過正反物質(zhì)湮滅,人類還能讓原子消失,完全轉(zhuǎn)變成能量。在地球上,我們所接觸到的現(xiàn)象基本上都是不涉及核反應(yīng)的物理和化學變化。由于原子核沒有被敲開,這些過程都不會改變質(zhì)子數(shù)量,所以也就不會涉及元素變化。
原子的來源
構(gòu)成我們的原子基本上都是來自于地球上,這些原子都是非常穩(wěn)定的,沒有經(jīng)歷過核反應(yīng),所以這些原子的存在時間非常漫長。地球的年齡已有46億年,我們身上原子的存在時間都比這還要久,它們在地球形成之前就已經(jīng)存在了。太陽系中的所有天體都是從太陽星云中形成。太陽星云中包含著地球上的所有元素,我們身上的元素都是源自于此。
(1)恒星過程
在太陽星云中,將近75%的質(zhì)量是氫,將近25%的質(zhì)量是氦,其他元素的質(zhì)量占比非常小。對于氦以上的元素,它們都是從由恒星制造出來。對于鐵之前的元素,恒星可以通過核聚變反應(yīng)合成出來。而對于鐵以上的元素,需要通過大質(zhì)量恒星的超新星爆發(fā)以及中子星碰撞等高能過程才能制造出來。也就是說,我們身上的原子很多曾經(jīng)都是恒星的一部分,我們其實來自于“星塵”。(2)原初核合成
另一方面,氫和氦的起源時間更早(部分氦來自于恒星的氫核聚變反應(yīng)),可以追溯到138億年前宇宙剛剛誕生不久之后的原初核合成。在宇宙最初的幾分鐘,宇宙處于熾熱致密的狀態(tài),氫和氦元素被相繼大量合成出來。隨后空間快速膨脹,溫度和密度快速下降,宇宙沒有時間進一步發(fā)生核聚變反應(yīng)。
直到宇宙誕生數(shù)千萬年后,氫和氦氣體云坍縮形成恒星,更重的元素才被相繼合成出來。因此,如果追根溯源,我們身上的原子最初都是來自于138億年前的氫元素。而我們身上的氫元素非常古老,它們的存在時間已有138億年。當人死亡之后,這些原子沒有經(jīng)歷核反應(yīng)或者湮滅反應(yīng),所以它們不會毀滅掉,而是進入大自然中,繼續(xù)以其他形式存在。這些原子有可能成了沒有生命的石頭,或者成了花草樹木,又或者成了其他人的組成原子。
聯(lián)系客服