第三元素（宇宙第三元素之谜）宇宙中最常见的元素第一是氢，第二是愚蠢。 哈兰埃里森 NASA 那么第三呢？ 现实世界中的一切物质都是由两样东西组成的带正电的原子核和带负电的电子。原子间的推动、拖拽、吸引、排斥，原子间的相互结合，由原子形成的分子、离子，以及电子的能量状态构成了整个世界。 虽然我们看到的宇宙特性是由这些原子的量子、电磁特性，以及它们的成份决定的，我们也有必要了解，宇宙并不是一开始就拥有今天我们所知的所有原材料。实际上，最初的宇宙十分单调。 物质多样的结构方式，以及作为基本材料的复杂分子，依赖于种类繁多的原子。我们需要的不仅是大量原子，还需要它们有各种不同的品种，它们原子核内的质子数量要各不相同这也就是不同元素得以相互区别的根本原因。 我们的躯体需要碳、氮、氧、磷、钙和铁。地壳是由硅和大量重元素构成的；要使地核能够产出热量，则需要元素周期表最上端的一系列最重的自然元素钍、镭、铀，甚至是微量的钚。 维基共享资源 但是回到宇宙的极早期，回到人类和生命、太阳系、行星、恒星还未出现的时代，世上所有的一切，只不过是一片炽热的、电离的质子、中子、电子之海。那时什么元素也没有，也没有原子和原子核宇宙太热了，以致于这些东西全都无法凝聚在一起。只有随着宇宙的逐渐膨胀和冷却，稳定的物质才得以出现。 随着时间慢慢流逝，第一种原子核开始聚合，氢及其同位素出现了，随后是氦及其同位素，以及微量的锂和铍。铍通过衰变也变成了锂。这个宇宙，以原子核的数量来统计，大约包含92的氢、8的氦和0。00000001的锂；如果用质量来统计，则包含约7576的氢，2425的氦和0。00000007的锂。不管用哪种方式，都可以看出，那时的宇宙几乎全是氢和氦。而排在第三位的是锂。 几十万年后，宇宙的温度降低到了足以使中性的原子得以形成；几千万年后，引力的坍缩又引发了恒星的出现。恒星内核中的核聚变，不但照亮了宇宙，还为宇宙提供了更重的元素。 第一颗恒星诞生之时，大约是宇宙大爆炸后5000万至1亿年，那时大量的氢开始聚变为氦。但是这些最为巨大的恒星（质量大约是太阳的8倍以上）消耗速度非常快，大约只能存在几百万年。一旦氢燃料耗尽，恒星的氦核开始收缩。三个氦原子核开始聚变为一个碳原子核。整个宇宙中这类巨星的数量大约只有一万亿（10）（在首个一亿年中，宇宙中大约出现了10颗恒星）。此时，原本排位第三的锂开始被其它元素超过。 那么此后排在第三的元素是否会是碳？ 因为这样的聚变存在于恒星内部洋葱一样的结构层内。氦变成碳，随后在更高的温度下，碳聚变成氧，氧聚变成硅和硫，硅最终变成铁。最终，铁无法继续聚变，恒星内爆，把自己变成超新星。 NASA 超新星把恒星内部的氢、氦、碳、氧、硅和所有通过非核聚变反应过程产生的重元素奉献给了宇宙。这些过程如慢中子俘获；氦原子核和其它较重元素的聚变（产生了氖、镁、氩、钙等等）；以及快中子俘获（产生了铀等重元素）。 恒星不只有一代，今天的恒星并非由原初的氢氦构成，而是许多前辈恒星的后代。这一点非常重要，因为若非如此，宇宙中就不会出现岩石行星，仅有的都会是由氢氦构成的气体巨人。 NASA 在几十亿年中，恒星经历了一代代的生死轮回，它们的成份也越来越复杂多样。现在，大质量恒星内核中发生的聚变不是简单的由氢变氦，而是出现了一种被称碳氮氧循环的方式，通过这种方式，恒星积累了越来越多的碳、氧和氮。 在这种聚变方式中，当氦聚变为碳时，极易因为获得一个额外的氦原子而变成氧（氧又会因为获得另一个氦原子而变成氖）。我们的太阳在到达红巨星阶段时也可能会发生类似的事情。 太阳（右上角最小的）、变成红巨星后的太阳（右上角太阳下方，与橙巨星大角类似）和红超巨星心宿二（最大的那个）的比较。维基百科 因此在碳成为季军的半路上，杀出了个程咬金。当质量足够大的恒星开始碳聚变时，碳几乎会全部转变成氧。当恒星爆发时，氧的含量会比碳多得多。 如果我们对超新星遗迹和行星状星云进行观察，就会发现那里氧的含量都要明显高于碳。而且也没有任何一种重元素的含量能够超过氧。 因此，在当今的宇宙中，氢和氦的含量排在第一和第二。排在第三的是氧，随后是碳、氖、氮、镁、硅和铁，硫排在第十。 那么未来呢？ 在很长一段时期内，在宇宙的年龄至少达到当前的数千甚至数百万倍前，宇宙中的恒星仍将不断地形成，直到它们的燃料全被抛入星系际空间，或被完全耗尽。那时，氦有可能将取代氢，成为宇宙中含量第一的元素；但如果宇宙中隔离的、未被消耗的氢足够多，氢的含量仍会排在第一。在极其遥远的未来，由于未被抛出星系的物质，会被反复地利用进行聚变，碳和氧的含量可能会超过氦；今天排名第三和第四的元素，也许有一天会登上冠军和亚军的宝座。 很久以后将合并成一颗恒星的两颗褐矮星。这类天体在经历了足够长的时间后，最终会触发核聚变。NASA 我们无法下确切的定论，因为宇宙一直在变化。今天，氧是宇宙中含量第三的元素，但在极其遥远的未来，排名有可能上升，氢和氦的含量也有可能会下跌。 别忘了那些逝去的恒星，我们呼吸的氧，都是由它们提供的。
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