宇宙：「科普」氢的史诗：上帝之氢
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你要问我这世界上最重要、最传奇的元素是什么 。 那当然是氢 ， 因为今天的题目就是氢 ， 更是因为在其他元素登场之前 ， 氢便主宰了宇宙的物质世界 ， 它是构成万物的基本元素 ， 是当之无愧的宇宙之王 ， 是名副其实的生命之火 。
首先是老生常谈的内容 ， 根据现代科学 ， 宇宙来源自147亿年前一颗密度无限大、温度无限高 ， 同时也是我们目前无法理解的一点 。 这一点便是时间的源头、空间的起点 ， 也是宇宙亿万故事的源点 。 而在大爆炸之后 ， 宇宙开始了膨胀与冷却 ， 大爆炸之后0.01秒 ， 温度为1000亿K ， 0,12秒时 ， 为300亿K ， 1.1秒时 ， 为100亿K ， 13.83秒时 ， 为30亿K 。 可以说宇宙诞生4分钟后 ， 后来所需要的所有基本原料都已出现 ， 而它们发生反应的基本模式 ， 也已经设置完成 ， 一场大戏就此拉开了帷幕 。
首先在这台大戏中登场的 ， 便是氢 ， 当时新生的宇宙已经走过了30万年的旅程 ， 温度已经冷却到了大约3000℃ ， 此时 ， 氢原子和氦原子具备了它们的特定形态 。 或许 ， 在宇宙的前30万年中 ， 我们还不知道它所选择的方向 ， 但随着氢和氦的登场 ， 我们已经可以确定 ， 今天的宇宙 ， 今天这个星光璀璨与生机盎然的宇宙 ， 它的形成已经是不可避免的了 。 为什么下此定论呢？原因很简单 ， 那就是氢和氦是核聚变的基本元素 ， 同时 ， 氢也是组成水分子的基本元素 。 当然了这么说可能也有点牵强 ， 但至少听起来还是很爽的 。
那么问题就来了 ， 为什么是氢原子在宇宙中首先登场呢？难到它的外号是冯巩么？原因就是 ， 原子在最初开始形成的时候 ， 它可用的成分是十分有限的 ， 总的来看就那么几种 ， 有光子、中微子、电子、质子等基本粒子 ， 同时也有基本粒子的基本合成 ， 比如氘核 ， 也就是一个质子加一个中子 ， 还有α粒子 ， 也就是氦核 ， 两个质子加两个中子 。 而当宇宙年龄到了30万年的时候 ， 中微子与周边物质隔离了开来 ， 不再参与原子的形成 ， 至于光子 ， 这哥们在生成原子的过程中并不是主要成分 ， 也可以忽略 。 所以 ， 正是质子、电子、中子和α粒子 ， 参与组成了我们宇宙中最初的原子 。
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α粒子
在这个组合中 ， 质子数大约是α粒子数的11倍 ， 而中子只是零零星星的点缀 ， 所以在原子形成的时候 ， 氢原子核与氦原子核都是现成的 ， 于是便产生了这样的结果 ， 那就是最初产生的原子中 ， 有92%的氢、8%的氦 ， 以及少量的氘 。 直到今天 ， 虽然将近150亿年已经过去了 ， 但氢和氦依然是整个宇宙中储量最丰富的元素 ， 其中氢占所有元素的90% ， 而氦占9% 。
还有一个问题 ， 既然组成氢原子与氦原子的 ， 只有质子、电子和中子 ， 这哥几个在宇宙诞生时就已经出现了 ， 那么为什么还要等上30万年 ， 才能形成原子呢？原因在于 ， 在此期间 ， 不断下降的温度减慢了质子和电子的运动 ， 速度慢下来之后 ， 电磁力便可以发挥作用了 ， 而正是电磁力将质子与电子结为一体 ， 从而形成了稳定的原子 。 事实上 ， 在宇宙刚刚诞生的时候 ， 即便是自然界中最强大的力 ， 也就是强相互作用的一种表现形式——核力 ， 也不足以将疯狂运动的质子与中子束缚在一起形成核子 。 而第一个核子 ， 也就是α粒子 ， 其实是直到宇宙诞生后14秒 ， 体积膨胀到一定程度、温度显著冷却之后才得以形成的 。 α粒子这么早就形成了 ， 足以见得它的稳定性 ， 相比之下 ， 氘核虽然比α粒子简单 ， 但却不像它那样稳如狗 ， 所以直到宇宙诞生4分钟后 ， 这哥们才得以形成 。
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