一位物理学家解释了宇宙构建块的爆炸性诞生

理查德·费曼这位获得诺贝尔奖的著名理论物理学家，说了那个如果他只能将一条科学信息传给后代，那就是万物都是由原子组成的。

了解原子是如何形成的是一个基本而重要的问题，因为它们用质量构成了一切。

原子来自哪里的问题需要大量的物理学才能完全回答——即便如此，像我这样的物理学家只有好的猜测来解释一些原子是如何形成的。

什么是原子？

一个原子由一个称为原子核的重中心组成，由称为质子和中子的粒子组成。一个原子具有称为电子的较轻粒子你可以把它看作是围绕原子核运行。

每个电子都带有一个单位的负电荷，质子每个都携带一个单位的正电荷，并且中子不收费。原子的质子数与电子相同，因此它是中性的——它没有总电荷。

现在，大多数宇宙中的原子是最简单的两种：氢，它有一个质子、零个中子和一个电子;氦，它有两个质子、两个中子和两个电子。当然，在地球上，除了这些原子之外，还有很多同样常见的原子，例如碳和氧，但我很快就会讨论这些。

元素是科学家所说的一组原子，这些原子都是相同的，因为它们都具有相同数量的质子。

第一个原子是什么时候形成的？

宇宙中的大部分氢原子和氦原子是在大约 400,000 年后形成的Big Bang 宇宙，这是科学家认为宇宙开始的时间的名称，大约在 140 亿年前。

他们为什么在那个时候成立？天文学家通过观察知道遥远的爆炸星星宇宙的大小一直变得更大因为Big Bang 宇宙.当氢原子和氦原子首次形成时，宇宙大约是体积小 1,000 倍比现在。

根据他们对物理学的理解，科学家们认为，宇宙在更小的时候要热得多。

在此之前，电子有太多的能量无法进入围绕氢和氦原子核的轨道。因此，氢原子和氦原子只有在宇宙冷却到大约 5,000 华氏度（2,760 摄氏度）时才能形成。由于历史原因，这个过程被误导性地称为重组− 组合将更具描述性。

氦和氘 -较重的氢− 细胞核形成得更早，就在Big Bang，当温度高于 10 亿华氏度（5.56 亿摄氏度）时。质子和中子只有在非常高的温度下才能碰撞并形成这样的原子核。

科学家们认为，宇宙中几乎所有的普通物质都是由大约 90% 的氢原子和 8% 的氦原子组成的。

大质量原子是如何形成的？

因此，氢原子和氦原子是在复合过程中形成的，此时较低的温度允许电子落入轨道。但是你、我和地球上的几乎所有东西都是由比氢和氦更多的质量原子组成的。这些原子是如何形成的？

令人惊讶的答案是，更多大质量原子是由恒星构成的.要制造具有多个质子和中子在原子核中粘在一起的原子，需要发生的高能碰撞类型在非常炎热的地方.形成较重原子核所需的能量需要足够大，以克服正电荷（如两个质子）相互感受到的排斥力。

质子和中子还有另一种特性——有点像不同类型的电荷——一旦它们能够非常靠近，它就足够强大，可以将它们结合在一起。此属性称为强大的力量，将这些粒子粘在一起的过程称为聚变。

科学家们认为，从碳到铁的大多数元素都是融合星星比我们的太阳重，那里的温度可以超过 10 亿华氏度（5.56 亿摄氏度）——与宇宙只有几分钟时的温度相同。

但即使在热恒星中，也不会形成比铁和镍重的元素。这些需要额外的能量，因为较重的元件更容易碎裂。

在戏剧性事件中称为超新星，一颗重星的内核在燃料耗尽后突然坍缩。在这种坍缩触发的强烈爆炸期间，会形成比铁重的元素并被喷射到宇宙中。

天文学家仍在弄清楚其他形成更大原子的奇妙恒星事件的细节。例如，碰撞中子星可以释放大量能量 - 并且金等元素– 在他们前往形成黑洞.

了解原子是如何形成的只需要学习一点广义相对论，以及一些核、粒子和原子物理学。但更复杂的是，宇宙中还有其他东西似乎根本不是由正常原子构成的，称为暗物质.科学家们是研究什么是暗物质以及它可能如何形成。

斯蒂芬·利维， 物理学和应用物理学与天文学副教授，宾汉姆顿大学、纽约州立大学

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