解读原子的故事,你我身体里的原子都可追溯到138亿年前的大爆炸

百科   2024-12-18 16:15   辽宁  

万物有始,源自微渺,世间万物,包括你我的存在,皆为原子所构建。这些微小的构筑块汇聚成形,形成分子,而分子的集合则铸就了宏大的分子,继而构成更为精细的细胞。细胞,是生命之源,数以千计的细胞构成我们的躯体,你我皆为细胞的复合体。以数字来描绘,我们的身体中约有75万亿个细胞,不可计数的细胞组合成一个复杂的系统。

人体,一个错综复杂的生命网络,实则可简化为无数原子的组合。在人体中,原子的数量约有10的28次方个,这是个难以想象的庞大数字。太阳系内所有原子的总数约为10的57次方个,这数字看似不大,但这只是你的感官所误。那无比庞大的原子群体,每个都藏匿着宇宙的秘密,可以追溯到宇宙的起源,追溯到大爆炸的那一刻。

我们所知,主流科学理论将宇宙的起点定在138亿年前的一次大爆炸。在爆炸的初始,宇宙为纯能量所填充,以真空势能的形式存在。爆炸发生后的一瞬间,宇宙开始膨胀,而随着温度和密度的急剧下降,基本物质开始形成,宇宙中充满了炽热的粒子汤。

宇宙初期,温度和密度极高,无法形成重元素。随着宇宙的膨胀,温度和密度迅速下降。几乎一瞬间,胶子和夸克结合成为中子和质子,这一瞬间是至关重要的,它意味着我们所见的物质的诞生。

但是,此时的中子和质子尚不能构成原子核,因为宇宙初期的辐射强度极高,即便形成了氢原子核,也会立即被电离。接下来的几分钟,宇宙进一步冷却,最终形成了原子核,最初为氢,其次为氦,其中大部分为氢原子核,占总数的约90%。

然而,仅有原子核还远远不够,真正的原子尚未形成。这漫长的过程耗时38万年,在此期间,宇宙持续膨胀并冷却,最终使原子核得以捕获电子,形成中性原子。

中性原子的诞生,标志着宇宙性质的巨大转变,因为这代表着炽热的粒子汤宇宙开始变得透明,光子得以在宇宙中自由传播,诞生了宇宙的第一缕光,即微波背景辐射,也被称为大爆炸的余晖,现在我们仍能检测到,只是能量已大为减弱,成为微波。许多人在童年时观看黑白电视,无信号时屏幕上出现的雪花,正是大爆炸余晖的痕迹。

尽管光子可以自由飞行,但在接下来的漫长时间里,宇宙仍被一片黑暗笼罩,因为宇宙中充满了大量的气体云。这些气体云在引力作用下逐渐发生改变。

引力是万有的,宇宙中的气体云密度和温度分布并不均等,某些区域密度较高,引力也较大,会吸引更多的气体云,导致密度不断增加,如同滚雪球一般。当温度和内部压力达到一个临界点,宇宙演化中的一个重要节点出现。

气体云开始向中心急剧坍缩,核聚变开始,宇宙中的第一颗恒星诞生。在此之前,宇宙已经经历了长达一亿年的黑暗。恒星的形成,打破了黑暗,让宇宙开始闪耀。

在恒星的核心区域,原子再次被电离,失去电子,回到粒子汤状态。氢原子核不断进行核聚变,形成氦,当氢耗尽时,氦核会继续核聚变,形成更重的元素,如碳和氧。

质量较大的恒星核心会一直进行核聚变,直至铁元素。因为铁元素具有最大的比结合能,轻于铁的元素在核聚变中释放能量,而铁核聚变不但不释放能量,反而需要吸收能量。通常情况下,没有足够的能量让铁继续聚变,因此核聚变到铁就停止了。

一旦核聚变停止,恒星内部的平衡被打破,万有引力占据上风,导致恒星急剧向内坍缩,这是恒星死亡的时刻。

在向内坍缩的过程中,巨大的物质撞击恒星内核,瞬间产生巨大能量,足以让核心的铁元素继续聚合成更重的元素。而这种聚合通常是一瞬间完成的。

在恒星外围物质撞击内核的一瞬间,产生了向外的巨大反作用力,将外层物质抛洒到星际空间,场面壮观,这就是超新星爆发,伴随着巨大的能量喷发。

被抛洒的物质成为下一代恒星和行星的原材料,不断循环。科学家们认为,我们现在看到的恒星,包括太阳,都不是第一代恒星,而是第二代甚至第三代恒星。这种死亡和新生的过程不断在宇宙中上演,创造出丰富的星际元素,在引力作用下演化出我们现在所见的多彩世界。

在银河系的一个偏远角落,一个不起眼的地方,同样的过程也在上演,那就是我们的太阳系和地球,以及地球上的生命和人类的全部故事。

所以,严格地说,你我都是恒星死亡后的产物,这些产物包含了所有已知的元素,在漫长的演化中发生复杂的化学反应,形成更复杂的分子,乃至细胞,这些细胞是生命的基本单位。这些单位通过不同结构的组合,形成了丰富多彩的生命世界,包括我们人类自身。

因此,你应该明白,你体内的每个原子都有着一个宏大的故事,可以追溯到138亿年前的那次大爆炸。原子的故事仍在继续,在宇宙中不断上演着各种奇迹。

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