對我個人而言,科技探索不僅僅是一個重大的事件,還可能會改變我的人生。

話說,從拉瓦錫開始,元素就成了化學家們的獵物,他們拼了老命去找各種元素,因爲搶得越多,成就就越高。英國化學家戴維一個人就搶到7種;緊隨其後的是德國化學家拉姆塞,他搶到5種;瑞典化學家席勒、伯齊利烏斯搶到4種元素,並列第三。

戴維爵士

這場“尋找化學元素”大賽幾乎是貫穿了整個化學的興衰史,19世紀末達到了高潮,先是門捷列夫直接整出了一張化學元素週期表,像是給全體化學家開了黑。

接着,以居里夫人爲代表的一票實驗物理學家和化學家搶注了剩下的空缺,似乎每搶到一個都能拿個諾獎一樣。不過好景不長,後來大家都開始關注原子內部的事情,即使發現了新元素,也頂多上個報紙,雜誌,拿獎是不可能了。

別看化學界這麼轟轟烈烈,其實物理學界也沒閒着,他們當時正在探討一個更加終極的問題:元素到底是咋來的?

1938年以前的認知:宇宙大爆炸

這還要從哈勃這位老朋友說起,他在觀測宇宙的時候,發現離我們很遠的星系正在越來越遠,意思就是,宇宙不是靜止不動的,而是正在膨脹。

於是,老爺子二話不說就發表了論文,引發了整個科學界的震驚。據說,愛因斯坦看到論文的時候都要哭了,畢竟他自己手賤給廣義相對論的動力學方程加了個常數,導致在他自己的理論體系裏,宇宙是靜止不動的。

科學家們紛紛開啓了腦洞,他們是這麼想的:宇宙應該是一直在膨脹,現在的樣子也應該是以前膨脹來的,那如果把時間軸一直倒推到原點,那最初不就是一個點了麼?

於是,一套全新的理論被提出,也就是後來的宇宙大爆炸。

在這套理論裏,宇宙是從一個奇點大爆炸而來,

其實,這個理論還解釋了元素的產生,那就是宇宙中所有的元素都誕生於宇宙大爆炸,大爆炸之後宇宙中的元素含量(丰度)趨近於一個固定值,不再發生變化。

主張這個觀點的人就是大名鼎鼎的喬治·伽莫夫。就是寫《從一到正無窮》的那位,除了是一位傑出的科學家,還是一位了不起的科普作家。

不過這並不代表他主張的都是對的,他的理論在1938年之前,被科學界廣泛地接受,直到出現了恆星物理學的F4組合橫空出世,喬治·伽莫夫就被啪啪啪打臉。那究竟是咋回事呢?

B²FH理論的誕生

話說當時有一些科學家一直在研究\'\'太陽的燃燒咋這麼持久?“,最早有人認爲太陽是燒煤的,結果有科學家好事算了算發現,如果太陽是個大煤球,也只夠燒3000多年的,要知道,人類自己的歷史都不止這個數,這不是在逗麼?

所以,科學家們開始找新的出路。

當時有個叫漢斯·貝特以及其他兩位科學家陸續發現,恆星內部不僅有存在氫和氦,還可以形成其他元素。

漢斯·貝特

比如:碳、氮,而形成的方式就是核聚變,並且還得到了證實。這一下子就推翻了元素含量(丰度)不變的主張。

在科學史上,這個漢斯·貝特號稱是第一個知道太陽爲啥會燃燒的人,據大物理學家費曼說,這位鋼鐵直男在泡妞的時候,跟自己的女朋友說:我是第一個知道太陽咋燃燒的人。結果...他女朋友對成爲第二個知道太陽是咋燃燒的人毫無興趣,直接終極了話題。

接着,1957年,有四位科學家一起在《現代物理評論》上提出了一篇關於恆星核合成的論文,這篇論文指出,所有比鋰元素重的元素都是在恆星的內部產生的。這理論被稱爲B²FH理論,之所以用這麼奇怪的名字,是因爲他們是用自己名字的首字母來命名這個理論的,而其中有兩個人的首字母都是B,所以就叫做B²FH理論。

B²FH

那這個理論是如何解釋重元素是咋來的呢?

B²FH理論都說了啥?

他們是這麼說的,大爆炸理論指出,宇宙大爆炸之後,提供了足夠多的氫和氘,恆星是在引力作用下形成的,實際上引力對恆星中心的作用可以理解成是一種壓力。所以引力越大,恆星內部溫度就會越高,直到點着恆心中心的元素,產生核聚變。

這個時候就會開始燒氫,氫燒完就會生成氦。如果溫度夠,氦也會被點燃,發生核聚變,進一步生成碳和氧。然後就這樣一步步,一直到鐵元素。爲啥是到鐵呢?

我們可以粗暴地理解成,鐵核聚變反應所需要的能量比產生的能量還要大,都入不敷出了,反應當然很難繼續下去。

我們的太陽,包括宇宙中大部分的恆星都停在了這裏,最終都會成爲一個實實在在的鐵球。

可是宇宙中還存在有一些恆星,要麼質量超級大(這裏情況很複雜,就不細說了),結果超過了一定的極限,這個極限叫做:錢德拉塞卡極限,也就是1.44倍的太陽質量。

錢德拉塞卡極限

超過了會咋樣呢?

因爲自身引力實在太大,合成鐵元素之後,還會繼續往中心壓縮,壓到極致的時候,就會發生超新星爆炸,這個爆炸就可以提供給鐵元素髮生核聚變所需要的能量,這樣就會產生比鐵更重的元素。

超新星爆炸

這就是元素週期表中,那些重元素的由來。

那爲什麼地球上有會這麼多重元素呢?

有一種說法就認爲,地球所在的位置正好是上一代恆星發生超新星爆炸的地方,而我們地球上大量的碳元素也得益於此。

當然,在元素世界中,還有一個物理學中最大的謎之一,那就是最大序號的元素是什麼?

關於這方面的內容,我們下期再詳細說。

人類現在在生物、化學等自然學科技術發展的突飛猛進,給原本好奇心強烈的人們帶去了豐富多彩的精神食糧。人類在探索與發明的同時給自我價值以肯定,人們在享受科技帶來的福祉的同時也收穫了快樂。以上就是本期關於科學探索的事情了,大家有什麼想法呢,歡迎在評論區告訴小編一起討論哦!

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