化學：茫茫宇宙，有我們不知道的元素嗎？

饅頭老妖

康德說，當古往今來的人類仰望星空時，無不感慨于宇宙的浩瀚和神秘，心中也會涌出許許多多的疑惑。屈原在《天問》里，就問出了一連串的問題，“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”時至今日，這些問題依然不能說已得到了完美的解答。

宇宙之中，存在著太多太多人類不知道的秘密。然而，如果我告訴你，宇、宙之中，含有的所有化學元素，都已經(jīng)被我們?nèi)祟惛闱宄耍阆嘈艈幔?/p>

元素何來？

通常認為，宇宙起源于一次巨大的爆炸，從爆炸中逐漸誕生出了恒星、行星，包括我們的地球;而地球上的萬物，經(jīng)過極其漫長的演化而誕生。

如果這個假說是正確的，那我們就、可以得到一個推論：組成宇宙萬物的所有元素，都來自于同一場大爆炸;也可以說，所有的恒星、行星、彗星和各種星際間的物質(zhì)，或多或少都有“親戚關系”。

而讓人類認清這種“親戚關系”的本質(zhì)的，就是門捷列夫的元素周期表了。元素周期表的排列邏輯非常簡單：按照原子序數(shù)從小到大，從第1號元素（氫），一直排到目前人類發(fā)現(xiàn)的第118號元素（），原子序數(shù)每增加1個，則得到一種新的元素。

原子序數(shù)，就直接等于原子中的質(zhì)子數(shù)，所以這個數(shù)字一定是一個自然數(shù)：一個原子中不可能存在“2.5”“3.8”個質(zhì)子，所以在周期表中，一個元素和另一個元素之間，當然不能再插入第三個元素。人類目前已知的第1號到第118號元素之內(nèi)，不可能有第119個元素存在。倘若宇宙中還存在著這118個元素之外的元素，那該元素的原子序數(shù)一定要大于118。

這里有一個隱藏的假設：以人類目前的化學知識而言，原子的序數(shù)大到一定程度（比如90之后），元素就開始變得非常不穩(wěn)定了。理由也并不復雜：這么多個帶有正電荷的質(zhì)子擁擠在原子核里，彼此之間的排斥作用非常明顯，所以具有強烈的衰變傾向，半衰期往往非常非常的短—比如，第115號元素摸，半衰期僅有100毫秒（100毫秒之后，你手里的鏌元素元素就只剩下一半了）。如果在118號元素之外，還存在其他元素，這個元素的“壽命”一定會更加短暫—在人類誕生并有能力思考這個問題之前，早就衰變殆盡，一個原子也不會留下啦。

當然，對于這個假設，目前仍存在爭議：一些化學家認為，在周期表未知的領域里，有一個所謂的“穩(wěn)定島”，那兒的元素，半衰期可以達到數(shù)萬年之久，只不過人類還沒發(fā)現(xiàn)這些元素而已。不過，哪怕“穩(wěn)定島”真的存在，恐怕也不夠撐到地球形成、人類誕生的時間。

捕風捉影？

也許你會說：這些假說，不都還沒有得到證實嘛，憑什么就能肯定，宇宙中沒有人類不知道的元素了呢？答案，就是原子發(fā)射光譜。

當一個原子，受到外界的強烈激發(fā)之后（比如，極高的溫度），就可能從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，然后再跳回基態(tài)—可以理解為某人先跳上了一個臺階，隨后又跳了下來。在這個過程中，原子就會發(fā)出一些光來。而不同元素所發(fā)出的“光”的顏色也不同，這就是“焰色反應”，煙花就是因為焰色反應而呈現(xiàn)出各種各樣的顏色。

當然，人類的眼睛只能看得到可見光，而原子發(fā)射的“光”，卻往往和不同波長的很多光混在了一起，形成一個混合的光斑。本生（R.W.Bunsen）發(fā)明的光譜儀，就解決了這個問題：它能將原子發(fā)射出來的“光”分散開來，形成很多條彼此獨立的、不同顏色的譜線。這些譜線，就被稱之為“光譜”。也就是說，如果世界上存在一種人類尚未發(fā)現(xiàn)的元素，那它的原子發(fā)射光譜，應該和已知的所有元素截然不同。

如果我們能夠把宇宙中的各種天體都取一點兒樣品，放在原子發(fā)射光譜儀里來檢測一遍，就能很篤定的證明，宇宙中沒有尚未發(fā)現(xiàn)的元素啦。然而這個假設當然沒法實現(xiàn)，人類的航天技術還沒到那個程度。不過人類可以利用另一個現(xiàn)象來完成這個工作，那就是恒星所發(fā)出的輻射。

我們最熟悉的恒星是太陽，它所發(fā)出的光芒，是地球上一切生命的根本來源。而這些光芒則來自于核聚變產(chǎn)生的巨大熱量，這些高溫讓太陽上的原子被激發(fā)而發(fā)射出激發(fā)光譜。我們就可以通過天文望遠鏡，觀察這些恒星所發(fā)出的光譜，查找其中有沒有未知的譜線—如果有的話，那就意味著有新的元素存在。

1868年8月18日，法國天文學家讓桑就在印度觀察了日全食，并利用這個難得的機會，通過分光鏡發(fā)現(xiàn)日珥中有一條未曾見過的新譜線，從而發(fā)現(xiàn)了一種新的元素。這種元素后來就被定名為氦——當然，人類后來發(fā)現(xiàn)，地球上也有不少的氦元素呢。

遺憾的是，直到今天，人類也沒有再從宇宙中能夠觀測到的恒星里，找到新的元素;事實上，連周期表都沒有填滿：人類在宇宙中，只找到了92種元素。至于那些人工合成的超重元素，或許是因為它們的壽命太短，都已經(jīng)衰變殆盡了吧。

未來如何？

然而，上面所說的東西，都是建立在一些假說之上的。盡管這些假說目前看起來都還是挺可靠的，但畢竟不等同于真理，完全可能某一天就被推翻了。

事實上，目前就還真有兩個搗蛋鬼，可能威脅這個理論的成立，那就是晤能量和暗物質(zhì)。這兩種東西既不會發(fā)射電磁波，也不會吸收電磁波，因而人類目前所有的化學元素檢測手段，對它們都是無效的。而通過它們的質(zhì)量效應，又證明它們的確是客觀存在的。因此，倘若說晤物質(zhì)中藏有某個人類還沒有發(fā)現(xiàn)的元素，雖然可能性很小，但也沒法完全排除。

所以，本文開頭的問題，要這么表達才更嚴謹：

在人類目前的科學技術水平上，宇宙中不存在人類尚未發(fā)現(xiàn)的新元素，所有的元素都是已知的;但在遙遠的未來，或者在不太遙遠的明天，這個結論，也完全可能被新的科技發(fā)現(xiàn)、發(fā)明所推翻。

或許，推翻這個結論的人，就是正在看書的你呢？