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相信很多文藝青年都聽過這樣一段話：
這是著名的理論物理學家：勞倫斯·克勞斯在2009年的“A Universe From Nothing”的演講中說的一段話，雖然不是非常嚴謹，但從某種程度上，解答了一個人類自古以來便在追尋的問題：
從釋迦摩尼到佛祖，從蘇格拉底到黑格爾，歷代的神學家、哲學家、文學家都沒有停止思考，到了近代，科學家們也加入了戰場。達爾文提出了進化論學說，認為人類是自然演化的結果，世界上所有的動物都來源于海洋中一只微乎其微的領鞭毛蟲。
科學家對于此問題，提出了多種假說：自然發生說，生源說，RNA世界學說，鐵硫世界學說等等，但是每一種學說都有其矛盾和不嚴謹之處，這依舊是一個懸而未決的問題。 但是如果我們轉換思維，再繼續追問下去： 那構成這只領鞭毛蟲的元素又是從哪里產生的？ 這個問題，其實已經被勞倫斯的這句話解決了：構成生命物質的元素，來自于群星。 元素周期表人類很早便認識到世界是由物質構成的，中國古代流行的“五行演變說”，西方的亞里士多德也提出了非常類似的學說，即世界是由“五大元素”構成的，這背后其實都是古人對于構成世界物質的簡單探索。但是很快人們發現，山可以說是由石頭構成的，石頭可以瓦解成碎土碎塊，土碎塊可以變成細土細沙，到底什么是物質的本質？ 一直到18世界，人類終于發現了微觀世界的秘密，分子，原子，中子，電子的世界。很快，法國著名化學家拉瓦錫提出了“元素”的定義，并在1789年發表了第一個現代化的元素列表，其中包括33種元素。自此，人類開始了元素探尋之路。 一方面，新的元素不斷地被發現。除了我們最常見的，銅、鐵、金、銀等元素，一些復合的、不常見的元素已在不斷被提煉和發現。1766年卡文迪什提煉出了氫氣，1771年卡爾·威廉·舍勒提煉出了氧氣，1803年史密森·特南特通過研究南美洲的鉑樣品發現了鋨......一直到今天，還不斷地有新的元素被發現，2004年日本科學家森田浩介等人發現了Nh元素（排位第113），2010年尤里·奧加涅相等人發現了Ts元素（排位117）... 另一方面，人們發現了元素本身的秘密，元素的排列其實具有規律性。拉瓦錫在他第一版33個元素周期表里，把元素歸類為氣體、金屬、非金屬和土質，這種粗狂的分法很快被淘汰。1829年，約翰·德貝萊納發現了三耦律，即當每組的三個元素按原子量排列時，第二個元素往往大約是第一和第三個元素的平均數。根據這個原則，1869年俄羅斯化學家門捷列夫發表了目前使用最廣的元素周期表，1913年，亨利·莫塞萊根據原子的核電子量重新對周期表進行了排序，也就是我們現在的使用的元素周期表。 截止目前為止，人類已經在自然界中發現了98種不同元素，在實驗室中合成到了118號，這些浩瀚的元素構成了地球的物質和生命，而這些多樣的元素又來源于何處呢？ 宇宙大爆炸：輕元素的誕生相信初中的時候，我們都有一段被“氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖”所支配的恐懼，這個就是我們目前所使用的元素周期表。可以發現，氫和氦是最靠前的兩種元素，這是因為其原子核內只有1個質子，原子核外也只有1個電子，所以其序列位是1。同理，氦原子的原子和內是由2個質子，2個中子構成的，原子核外有2個電子，所以其序列是2。 所以，原子無外乎是由原子核和電子構成，而原子核是由中子和質子所構成的，其中質子數代表了原子的序數，也就是其在元素周期表的具體位置。 所以要想知道元素的來源，首先要知道構成原子的這些粒子從哪里來。 這一切，都要從138億年前的宇宙大爆炸說起。 根據大爆炸學說，宇宙最初是一個密度極大且溫度極高的一個點，在138億年前的某一天，承受不住內心壓力的宇宙突然爆炸了，在它爆炸后的萬分之一秒里，宇宙的溫度高達一億攝氏度，此時各種亞原子粒子開始形成，也就是組成組成原子的中子、質子、電子等等，自此，宇宙開始了創世之旅。 到宇宙38萬歲的時候，爆炸所帶來的高溫終于開始慢慢冷卻，宇宙的溫度降低到了2700°C，質子和中子開始互相撞擊，形成了原子，而最好組成的原子，便是質子數只有1和2的氫原子和氦原子。這也是目前宇宙中含量最多的元素。 宇宙煉丹爐：重元素登場輕元素的合成過程說長不長，說短不短，持續了整整一億多年。此時的宇宙不再是空曠無物，而是充滿了輕元素團塊，它們在引力的作用下相互聚集，形成了早期恒星和雛形：星云。如同少女的輕紗，情人的衣角一般夢幻絢麗的星云，實際上是一個極不穩定的存在，在時間的作用下，很快就變成了你兇巴巴的老媽。 起初，星云極為稀薄，不僅可以透光，電輻射也能暢行無阻地傳送到外空，但很快，在引力的作用下，本來質量分布均勻的一團物質，變成了越往內部密度越大的氣體球，原子逐步被壓縮行程分子，經過幾十萬年的演化，氣體球變成了一個實體的，重力極大的球體，就是恒星的內核。 恒星內核在引力的作用下，壓力和溫度開始急劇飆升，這個過程和最初宇宙大爆炸非常類似。當聚集而來的氫元素們累積到一定程度，恒星內核就會在重力的作用下發生核聚變反應，由氫生成氦，并產生巨大的能量。假如我們現在把恒星看成一個太上老君的煉丹爐，那它的燃料就是這些氫原子，煉造出來的丹藥就是包含質子數更多的原子核，例如只有1個質子的氫元素，在核聚變反應后，會生成擁有2個質子的氦元素。 隨著核聚變的繼續進行，在持續的高熱高壓的環境中，氦原子也會發生聚變，生成包含6個質子的碳元素，而碳元素又可以和氦元素進行聚變，生成包含8個質子的氧元素...靠著核聚變，大量的重元素在行星這個煉丹爐中被合成，也不斷地填充著我們的元素周期表。 直到來到了鐵元素面前。 超新星爆發：中子星的誕生輕元素在恒星的核聚變中不斷生成重元素，然而當合成到鐵元素的時候，事情起了變化。專業點說，當恒星中大部分原子都被聚變成鐵之后，其中心部分所產生的壓力將非常巨大，巨大到會把原子中的點子壓如原子核，并把原子核中的質子轉變成中子，使得整個恒星核變成中子。為什么會這樣，主要是因為鐵的結構非常穩定，鐵之前元素的原子核都可以通過聚變釋放出巨大的能量，而如果想通過聚變合稱比鐵更重的元素，實際上是消耗能量而不是釋放能量，這種賠本的買賣宇宙是不會做的。 所以當行星熔爐煉制到鐵時候，也就到達它的極限了。 但是正所謂“山窮水復疑無路，柳暗花明又一村”，當大質量的恒星（比如是太陽質量的30倍）生成鐵元素核心的時候，它的引力作用將會非常巨大，恒星內核的密度急劇上升，甚至達到一萬億噸的物質被容納在一枚針尖大小的地方，在這種極高溫度，極高密度的情況下，核心很可能會遭受突然的引力坍塌，引發超新星爆發。 如果我們在夜空中有幸目睹，會看到這顆行星爆發出極為耀眼的光芒，一些特別的超新星（比如lla型）爆炸時產生的亮度堪比整個星系，在這個過程中，比鐵元素更重的原子，從28號元素鐵到94好元素钚，都可能誕生于此。但是星系爆發后，恒星的生命也逐步走到了盡頭，就像煙花一般極度絢爛的開放后迅速凋零，變成了不發光不發熱的白矮星或中子星，甚至是黑洞。 重金屬的寶藏：中子星合并科學家們曾經一度以為，超新星的爆發是重元素誕生的主要途徑，但實際上由于缺乏足夠的中子供給，一次超新星爆發能夠產生的重元素非常有限。 我們豐富多彩的重金屬，主要來源于中子星的互相對撞與合并。 當有兩顆相近的恒星相繼發生了超新星爆炸，并留下了中子星內核后，這兩顆中子星會在引力的作用下互相公轉，但是在引力的作用下，公轉的周期將會越來越短，二者的距離也會越來越近，終有一天，兩顆中子星會碰撞在一起。這個過程堪比盤古開天辟地，星球大戰，激光掃射...可以在極短的時間內制造大量的貴重金屬，包括金、鉑等。但是中子星的合并也是很罕見的，所以重金屬元素無論在哪里都是稀缺的，物以稀為貴，我們人類也才會為了一點金子爭得頭破血流。 所以回到最初勞倫斯·克勞斯的那段話，地球上所有豐富多彩的碳基生命，其實都來自于一顆顆正在形成的恒星，來自于絢麗燃燒的超新星，來自于璀璨壯麗的中子星...恒星會死去，但是在尚未熄滅的余溫里，又會有年輕的星系浴火重生。我們的身體里，就包含著這些美麗的星系，包含著這些死去又復生的故事。 我們每一個活在世上的普通人，都是宇宙星辰的孩子。 |
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