元素的形成之旅

白石溪

宇宙中的物質豐富多彩，大到天體，小到塵埃，都是由元素組成的。隨著科學研究的深入，人們發現了越來越多的元素，但元素的起源曾經困擾科學家們很長一段時間，直到我們在宇宙大爆炸理論中找到了答案。

宇宙大爆炸之初，所有的元素都不存在。宇宙像是熬著一鍋熱騰騰的“粒子湯”，從最開始的夸克和膠子，形成質子和中子后組成原子核，再結合電子即可形成原子，宇宙從此開啟了漫長的合成元素之旅。

大爆炸以及宇宙射線帶來了元素周期表的前幾種元素——氫、氦以及少量的鋰、鈹、硼。當宇宙塵埃和氣體從大爆炸中冷卻下來，形成恒星，然后這些恒星聚集在一起形成星系。在自然界中發現的其他86種元素就是在一些大大小小的恒星以及超新星爆發中的核反應形成的。

恒星是元素的主要生產者，比如我們的太陽，在其核心內的高溫高壓迫使氫的原子核融合在一起聚變為氦。當恒星將氫消耗殆盡后，恒星就會開始消亡。這個垂死的恒星膨脹成一個紅巨星，且開始融合氦原子來制造碳原子。

恒星制造元素的種類與其質量有關，小恒星只能合成像碳、氧等輕元素，而大恒星才能逐漸形成從氧到鐵等更重的元素（周期表中越往后的元素越重）。但是由于能量的問題，大恒星上的核聚變反應也不是一直能夠進行下去、無限合成越來越重的元素。

那么比鐵還重的元素應該如何形成？當大恒星演化到后期時，核內的鐵積攢到一定程度，就會發生大規模的爆發，科學家稱為超新星爆發。而爆發中所釋放的大量能量就可以進一步合成鐵之后的元素，如鈾和金。而且隨著爆發，所有這些元素都被噴射到非常遙遠的地方，我們因此才在地球上看到了如此豐富多彩的元素。

而除了這91種自然存在的元素，周期表上的其他元素是人工合成的。科學家們發現，通過在粒子加速器中將原子相互碰撞，就可以制造出新元素。這才形成了我們現在所看到的排滿了七個周期的118種元素的周期表。當然，很多人都相信，這個并不是周期最終完整的樣子，下一個周期的元素還等待我們繼續去發掘。