為什么恒星聚變不能產(chǎn)生原子量比鐵更大的元素？

為什么恒星聚變不能產(chǎn)生原子量比鐵更大的元素，而超新星爆發(fā)卻可以？地球上存在的這些元素郡是由恒星聚蠻或者趨新星爆發(fā)產(chǎn)生的嗎？

氫元素的質(zhì)量占我們可見宇宙總質(zhì)量的約73%，其次是氦元素，占25%，其他元素總共也不超過2%。構(gòu)成我們自身以及地球的大部分元素是這不足2%的少數(shù)部分。宇宙起源于大爆炸，在大爆炸的前3分鐘，構(gòu)成現(xiàn)在物質(zhì)元素的基本粒子，如夸克、電子等大量聚合，就像水蒸氣遇冷凝聚成水滴一樣。夸克凝聚成原子核中的中子和質(zhì)子，質(zhì)子和中子再冷卻凝聚成氦原子核，從而形成了目前占可見宇宙絕大部分的物質(zhì)——氫和氦。而其他重元素是在天體形成過程中由核反應(yīng)生成的。

發(fā)生由輕元素合成重元素的核反應(yīng)需要高密度的物質(zhì)和能量聚集，這個過程的實現(xiàn)需要氫元素和氦元素相互吸引。這是一個漫長的演化過程。當氫元素和氦元素聚集到一定程度后，就形成了恒星的雛形。這些早期恒星內(nèi)部物質(zhì)密度高、能量密度大，滿足發(fā)生核反應(yīng)的條件，從而形成了更重的元素。

這種形成新元素的核反應(yīng)既需要能量，也會釋放出能量，釋放出的能量補償了核聚變消耗的能量，使反應(yīng)可以持續(xù)進行。當元素越來越重，聚變釋放的能量越來越少，逐漸和其消耗的能量相等，核反應(yīng)因不能得到足夠多的能量而最終停止。釋放能量和消耗能量基本相等的反應(yīng)就是生成鐵元素的核反應(yīng)。這就是恒星聚變不能產(chǎn)生原子量比鐵更大的元素的原因。

當恒星內(nèi)部產(chǎn)生更重元素的核聚變終止，核反應(yīng)釋放出的抵消引力作用的力就消失了，恒星內(nèi)部開始坍塌。當達到足夠小的程度，恒星就會拋射出其大部分物質(zhì)，即各種各樣的元素（從氫到鐵），這個過程就是超新星爆發(fā)。這個演化過程會有兩個不同的結(jié)果：形成一個中子星，或者坍縮成連光都無法逃逸的黑洞。

超新星爆發(fā)能夠提供足夠多的能量，使形成比鐵更重的元素的核聚變得以進行，這個過程就產(chǎn)生了目前在自然界觀測到的原子量小于等于92（鈾元素）的所有重元素。宇宙間更重的元素是由超新星爆發(fā)生成的，我們地球上的生命都是由恒星演化過程中及超新星爆發(fā)后產(chǎn)生的灰燼建構(gòu)起來的。個人的生命與宇宙、恒星的演化關(guān)系之密切值得我們深思玩味。endprint