宇宙怎样从开始阶段的三种基本元素扩充为目前阶段多种形态的“元素家族”?

文章作者:管理一号 | 2019-08-24
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在国际诞生的最前期阶段,经过核聚变反响发生的化学元素只有氢、氦和少量的锂,三种化学元素构成了元素周期表内其余元素的基础,从最简略的三种元素发端,国际一切更为杂乱的元素从中发生,经过千变万化的“链式反响”,咱们今天看到的国际差不多发生了100多种化学元素,大部分物质元素经过天然方法发生,少部分物质元素经过人工方法发生,存在数千种同位素元素,它们是100多种化学元素的变体,大天然未有中止更为杂乱元素的组成进程。(天然演化史不同于社会发展史,或许阅历很长、乃至远超过生命周期的时间,人们才干看到新的物质元素和天然形状的改变,天然史和社会史有一点相同,不管人类愿意、仍是不愿意,消极等待、仍是积极应对,运动和改变都是两者不变的主题,永久的运动和改变或是静悄悄、或是以剧烈的方法发生,一部天然的、社会的发展史便是它们运动和改变的历史记录。)在难以确定的未来,人们或许发现新的化学元素。

国际怎样从开端阶段的三种根本元素扩充为现在阶段多种形状的“元素宗族”?这是现在新物理学研讨的前沿范畴和物理化学的焦点课题之一,亚利桑那州立大学的地球和空间探究学院(SESE)得到了国家科学基金会的经费支撑,地球和空间探究学院的原子核天体物理学中心的科学家将总额1140万美元的经费分红几个部分,其中的大约100万美元用于未来5年对化学元素的研讨。SESE的天体物理学家弗朗克·蒂姆斯担任亚利桑那州立大学物理学前沿中心的主要科学家,他同时担任亚利桑那州立大学高档计算机中心的主任和《天体物理学》杂志的编辑,蒂姆斯的研讨方向会集在天体物理学范畴的超新星、国际的化学进化、天体生物学、高档计算机的运算。除了亚利桑那大学主导的元素进化研讨项目,坐落兰幸的密西根大学、坐落印第安纳州南班特的诺特丹大学和坐落西雅图的华盛顿大学加入了化学元素的研讨团队。除了蒂姆斯领衔的项目团队,美国还有十个科学研讨中心进行了与物质元素有关的前沿物理学课题的研讨。

 

蒂姆斯领衔的科学团队致力于在国际开端的地方挖掘“金矿”,他们对国际时间追朔到了137亿年以前,国际在大爆破核组成进程中发生了三种根本的化学元素,在国际诞生之后的10亿年,咱们知道的几乎一切化学元素实际上现已构成,物质元素怎样构成?遵循了怎样的原理?科学团队信任,在三种根本元素之后的元素在恒星内部构成,恒星成为了国际的“元素工厂”,从恒星内部“呼唤”出了很多元素,如同思想家马克思对本钱原始积累的描绘,本钱仿佛从地下呼唤出了很多人口。恒星在开端阶段取得了三种根本的轻元素,如同本钱一切者取得了生产资料一样,恒星对取得的氢、氦物质元素以核反响方法进行加工处理,如同本钱一切者对取得的生产资料以本钱主义的生产方法进行加工处理一样,目的是为了取得本钱的增值效应。恒星的“元素工厂”以诞生的新元素体现了增值效应,其中包含碳、氮、氧和一切其它的金属元素,越来越杂乱的物质成分终究组成了包含“我和你”在内的国际万物,不同的物质成分构成了“气象万千”的物质国际。

科学家大体上了解化学元素的演化进程,咱们的身体同样由简略和杂乱的化学元素构成,但是,很多的细节有待说明,咱们知道化学元素和物质形状演化的根本概括,难以解说一切的细节方面,如同咱们知晓本钱主义生产方法的根本经济学原理、难以解说一切的技术进步、本钱国际“五花八门”的金融产品、“目不暇接”的社会生活形状一样。科学团队尽或许描绘化学元素进化的细节方面,在两大范畴之间搭建了“胶合剂”的连接联系,他们将低能量原子核天体物理实验和对恒星实际的地理观测结合在一起。陈旧恒星和今天恒星发生了很大的不同,最陈旧的恒星由轻元素的物质材料构成,它们来自于三种根本的化学元素,今天恒星加入了重元素的物质材料,而重物质元素来自于最陈旧的恒星,当晚年的陈旧恒星发生爆破,它们向外抛洒了重物质元素,比方:碳和氮,“就地取材”的下一代恒星逐步演化为今天的恒星国际。

 

陈旧、上一代的恒星消失了,年青、下一代的恒星发生了,恒星生命循环往复的进程持续到今天,大质量恒星在核聚变和核裂变进程中制作了越来越多的杂乱元素,在恒星内部的核反响进程中止之后,大质量恒星不能抵抗本身引力的紧缩,它们以超新星暴的方法完毕自己光亮绚烂的终身,从超新星暴制作的化学元素被大批量地投放到太空,它们构成了下一代恒星的物质来材料,在一次又一次恒星新老交替的循环中,下一代的恒星逐渐取得了安稳、更重和更杂乱的化学元素。以咱们的太阳系为例,太阳、地球和月球大约在45亿年以前构成,太阳系天体的大多数化学元素在国际的最前期并不存在,它们经过一代又一代恒星的循环演化取得了新的化学元素物质。

一种典型的大质量恒星大致上存活100万年,咱们的太阳大约在国际大爆破之后的92亿年构成,为了完结10亿年恒星的进化史,理论上或许有1000代大质量恒星加入了恒星生命周期的循环,为了构成一颗具有太阳化学元素成分的恒星,理论上需要10000代大质量恒星加入恒星生命周期的循环,总归,咱们的太阳阅历了很多代恒星生命周期的演化。亚利桑那大学地球和空间探究学院的科学家开发了恒星演化的计算机模型,他们在模型建构中考虑了一切尺度、一切质量和各种化学成分的恒星类型,恒星被设置在生命周期演化的模型中,科学团队将计算机模型设置的恒星与实际观测的恒星进行比较,尽或许使得模型设置的恒星和实在观测的恒星保持一致。他们遇到了一个最困难的理论问题,无法准确了解死亡恒星怎样爆破的物理进程,他们只能大略、概要地了解死亡恒星的爆破进程,这不能让他们彻底了解恒星怎么制作更多、更杂乱的化学元素。大众的科普知识不同于科学家的专业知识,他们需要到达对研讨对象物理、化学和数学的准确了解,高档计算机模拟技术成为了一种专业化的研讨手段。

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