一位物理學(xué)家解釋了宇宙構(gòu)建塊的爆炸性誕生

理查德·費曼這位獲得諾貝爾獎的著名理論物理學(xué)家，說了那個如果他只能將一條科學(xué)信息傳給后代，那就是萬物都是由原子組成的。

了解原子是如何形成的是一個基本而重要的問題，因為它們用質(zhì)量構(gòu)成了一切。

原子來自哪里的問題需要大量的物理學(xué)才能完全回答——即便如此，像我這樣的物理學(xué)家只有好的猜測來解釋一些原子是如何形成的。

什么是原子？

一個原子由一個稱為原子核的重中心組成，由稱為質(zhì)子和中子的粒子組成。一個原子具有稱為電子的較輕粒子你可以把它看作是圍繞原子核運行。

每個電子都帶有一個單位的負電荷，質(zhì)子每個都攜帶一個單位的正電荷，并且中子不收費。原子的質(zhì)子數(shù)與電子相同，因此它是中性的——它沒有總電荷。

現(xiàn)在，大多數(shù)宇宙中的原子是最簡單的兩種：氫，它有一個質(zhì)子、零個中子和一個電子;氦，它有兩個質(zhì)子、兩個中子和兩個電子。當(dāng)然，在地球上，除了這些原子之外，還有很多同樣常見的原子，例如碳和氧，但我很快就會討論這些。

元素是科學(xué)家所說的一組原子，這些原子都是相同的，因為它們都具有相同數(shù)量的質(zhì)子。

第一個原子是什么時候形成的？

宇宙中的大部分氫原子和氦原子是在大約 400,000 年后形成的Big Bang 宇宙，這是科學(xué)家認為宇宙開始的時間的名稱，大約在 140 億年前。

他們?yōu)槭裁丛谀莻€時候成立？天文學(xué)家通過觀察知道遙遠的爆炸星星宇宙的大小一直變得更大因為Big Bang 宇宙.當(dāng)氫原子和氦原子首次形成時，宇宙大約是體積小 1,000 倍比現(xiàn)在。

根據(jù)他們對物理學(xué)的理解，科學(xué)家們認為，宇宙在更小的時候要熱得多。

在此之前，電子有太多的能量無法進入圍繞氫和氦原子核的軌道。因此，氫原子和氦原子只有在宇宙冷卻到大約 5,000 華氏度（2,760 攝氏度）時才能形成。由于歷史原因，這個過程被誤導(dǎo)性地稱為重組? 組合將更具描述性。

氦和氘 -較重的氫? 細胞核形成得更早，就在Big Bang，當(dāng)溫度高于 10 億華氏度（5.56 億攝氏度）時。質(zhì)子和中子只有在非常高的溫度下才能碰撞并形成這樣的原子核。

科學(xué)家們認為，宇宙中幾乎所有的普通物質(zhì)都是由大約 90% 的氫原子和 8% 的氦原子組成的。

大質(zhì)量原子是如何形成的？

因此，氫原子和氦原子是在復(fù)合過程中形成的，此時較低的溫度允許電子落入軌道。但是你、我和地球上的幾乎所有東西都是由比氫和氦更多的質(zhì)量原子組成的。這些原子是如何形成的？

令人驚訝的答案是，更多大質(zhì)量原子是由恒星構(gòu)成的.要制造具有多個質(zhì)子和中子在原子核中粘在一起的原子，需要發(fā)生的高能碰撞類型在非常炎熱的地方.形成較重原子核所需的能量需要足夠大，以克服正電荷（如兩個質(zhì)子）相互感受到的排斥力。

質(zhì)子和中子還有另一種特性——有點像不同類型的電荷——一旦它們能夠非常靠近，它就足夠強大，可以將它們結(jié)合在一起。此屬性稱為強大的力量，將這些粒子粘在一起的過程稱為聚變。

科學(xué)家們認為，從碳到鐵的大多數(shù)元素都是融合星星比我們的太陽重，那里的溫度可以超過 10 億華氏度（5.56 億攝氏度）——與宇宙只有幾分鐘時的溫度相同。

但即使在熱恒星中，也不會形成比鐵和鎳重的元素。這些需要額外的能量，因為較重的元件更容易碎裂。

在戲劇性事件中稱為超新星，一顆重星的內(nèi)核在燃料耗盡后突然坍縮。在這種坍縮觸發(fā)的強烈爆炸期間，會形成比鐵重的元素并被噴射到宇宙中。

天文學(xué)家仍在弄清楚其他形成更大原子的奇妙恒星事件的細節(jié)。例如，碰撞中子星可以釋放大量能量 - 并且金等元素– 在他們前往形成黑洞.

了解原子是如何形成的只需要學(xué)習(xí)一點廣義相對論，以及一些核、粒子和原子物理學(xué)。但更復(fù)雜的是，宇宙中還有其他東西似乎根本不是由正常原子構(gòu)成的，稱為暗物質(zhì).科學(xué)家們是研究什么是暗物質(zhì)以及它可能如何形成。

斯蒂芬·利維， 物理學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)與天文學(xué)副教授，賓漢姆頓大學(xué)、紐約州立大學(xué)

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