元素這樣誕生

飛雪連天

眾所周知，在我們所居住的地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約110 種元素。而且,科學(xué)家們還在研制人造元素。正是這些各種各樣的元素，才使得地球產(chǎn)生生命，并在數(shù)億年的時(shí)光中，逐步進(jìn)化開創(chuàng)文明?？墒牵厍蛏蠟槭裁从羞@么多的元素呢？這些元素到底是怎么產(chǎn)生的呢？

這個(gè)答案只能到宇宙中去尋找。散發(fā)著光和熱的恒星不僅僅是一個(gè)個(gè)巨大的能源，還是真正的造物主。宇宙在創(chuàng)世的時(shí)候，并沒有攜帶元素的萬寶囊，正是這些恒星制造出了宇宙中各種各樣的元素。

目前，人們還不清楚最早的宇宙究竟有多少元素。不過，科學(xué)家分析認(rèn)為，最初的宇宙大概只有兩種元素：氫元素和氦元素。我們從太陽的原子核碰撞原理中知道，高溫能使原子核碰撞。而只有原子核碰撞，發(fā)生聚變才能釋放能量，同時(shí)產(chǎn)生新的元素。最早的宇宙溫度比現(xiàn)在高得多，在即便是很松散的結(jié)構(gòu)中，溫度也足以使原子核保持高速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。但是，隨著宇宙的膨脹，宇宙溫度逐漸冷卻，很快就降低到1 000 萬度以下。這個(gè)溫度已經(jīng)不可能再合成新的元素了。那么，當(dāng)宇宙整體開始冷卻，空間開始擴(kuò)大時(shí)，在什么地方尋找高溫呢？

宇宙拋出彌漫的物質(zhì)之后，引力就開始發(fā)揮作用了。宇宙均勻彌漫的氣體開始集團(tuán)化。雖然在一個(gè)原子核里，引力完全可以被忽略，即使在像人體這么大的物體上，引力的作用也可以被忽略。但在地球這樣的尺度上，引力卻起著決定性作用。而到了太陽這樣的尺度，引力變得更加巨大。它能讓宇宙中最初級(jí)的元素——?dú)湓?，聚變成氦元素；它還能把氦元素聚變成碳元素。

不過，在像太陽這樣的聚變階梯上，元素的合成只能到此為止。引力只能在碳元素前屈服，因?yàn)樘荚赜?12個(gè)氫原子核組成，電磁力也要大得多。而太陽的核心溫度只有1 500 萬度，還不足以克服碳元素原子核的電磁力的阻擋，使碳原子碰撞聚變 生成新的元素。

這就是說，像太陽這樣的恒星，只能制造包括碳在內(nèi)的大約 10來種元素，因?yàn)楫?dāng)聚變到碳元素的時(shí)候，諸如鋰、鈹、硼等輕元素也捎帶出來了。但比起宇宙間所有100 來種元素而言，顯然是不夠的。

那么，什么地方能制造更多的元素呢？

還是恒星，只不過是大恒星。宇宙中的很多事情，從操作上看思路似乎很簡單，但是能夠達(dá)到完全不同的效果。把恒星變大能發(fā)生什么情況呢？首先是恒星核心的溫度更高，高得不可思議。有的會(huì)達(dá)到幾十億度，甚至更高。也就是說，在大恒星的高溫中，沒有哪種元素的核電磁力能夠阻擋原子核之間的相互碰撞。于是，核聚變就不斷地進(jìn)行，致使較輕的元素不斷地聚變成更重的元素。在一個(gè)恒星中，可以產(chǎn)生5～6 個(gè)聚變層。而每層都有若干種元素在聚變。在這種洋蔥式的聚變中，恒星等于同時(shí)變成了五六個(gè)太陽，它們相互套在一起，產(chǎn)生極大的能量，同時(shí)也產(chǎn)生極大的體積。

恒星中的每一次聚變都釋放出巨大的能量，這像給恒星充氣一樣。因此恒星就會(huì)變得非常巨大，這是儲(chǔ)有巨大能量的氣球。不過，大恒星的壽命要比小恒星短得多，而且是成平方級(jí)驟減。一個(gè)比太陽大 8倍的恒星，它的壽命只有幾百萬年。大恒星內(nèi)部的核聚變開始時(shí)可能較慢，它的氫聚變可能會(huì)持續(xù) 100萬年，而氦聚變就只有 10萬年。到了硅、鋁等金屬元素核聚變時(shí)也許只有幾天甚至幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。這個(gè)時(shí)候恒星的壽命就開始倒計(jì)時(shí)了。因?yàn)椋蠛阈菍?huì)在鐵元素聚變中坍塌，而所有的元素也將在鐵元素的作用下最后形成。鐵元素在聚變時(shí)，結(jié)構(gòu)太穩(wěn)定，它不僅不向外釋放能量，而且還須從周圍吸收能量。這意味著恒星將整體坍塌，整個(gè)恒星的物質(zhì)在眨眼間全部塌方到核心，這個(gè)高度壓縮的核心只有原來恒星體積的萬億分之一。在塌縮的同時(shí)，恒星發(fā)生大爆發(fā)，有人把它叫新星或超新星大爆發(fā)。超新星爆發(fā)釋放出巨大的能量，使恒星爆發(fā)出耀眼的光芒，這比由核能點(diǎn)燃的恒星要明亮 1 000萬倍。

雖然這個(gè)極高的能量在宇宙中只能持續(xù)極短時(shí)間，但就在這短短的瞬間，宇宙中的所有元素全部被制造了出來！100 余種元素的氣體在宇宙中游蕩 ，創(chuàng)造出宇宙中的一切奇跡，包括我們這種不可思議的智慧生命。迄今為止，科學(xué)人員還沒有發(fā)現(xiàn)宇宙中制造元素的其他方式和能量。我們可以這樣認(rèn)為：宇宙中所有的元素都來自大恒星的死亡。宇宙中不管在哪兒發(fā)現(xiàn)了金或銀，一定能夠追溯到恒星爆炸的某一時(shí)刻。當(dāng)我們披金戴銀的時(shí)候，一定要記住，至少有顆比太陽大8 倍的恒星為了它而粉身碎骨。