恒星核聚變最多只能到鐵，那么比鐵更重要的元素又是如何出現(xiàn)的？

目前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的元素總共有118種，其中92種屬于自然元素，其他26種元素都是人造的元素。

上初中化學(xué)時，我們都學(xué)過元素周期表，甚至背得滾瓜爛熟（可能現(xiàn)在都已經(jīng)忘了吧），那么你知不知道，宇宙中這么多的元素到底是怎么來的呢？

在要從宇宙大爆炸發(fā)生初期開始說起。宇宙大爆炸之后，當(dāng)時的宇宙沒有任何物質(zhì)，只能純能量，就像“能量湯”一樣，溫度極其高。隨著宇宙不斷膨脹，溫度開始下降，宇宙中出現(xiàn)了亞原子粒子。在大約38萬年之前，形成了第一批原子核，之后便形成了原子，宇宙開始進入物質(zhì)世界。

早期的宇宙基本上都是由氫和氦構(gòu)成的，很少有更重的元素出現(xiàn)，事實上即便到了今天，氫和氦仍舊占據(jù)了宇宙的絕大部分。

那么更重的元素是如何形成的呢？

我們必須感謝恒星，因為恒星就是元素的“煉丹爐”！

恒星主要是由氫組成的，拿我們的太陽舉例子，太陽核心溫度高達1500萬度，內(nèi)核呈現(xiàn)等離子態(tài)，因為溫度足夠高，電子早已拜托原子核的束縛到處亂竄，無數(shù)個電子，氫原子核（質(zhì)子），光子等攪拌在一起。

理論上講，要想發(fā)生核聚變，就需要足夠多的能量輸入，比如說人類制造的氫彈，需要達到一億度的高溫才可以，所以在引爆氫彈之前通常會先引爆原子彈來創(chuàng)造高溫條件。

而太陽核心1500萬度的環(huán)境本來是不能發(fā)生核聚變的。但了解量子力學(xué)的都應(yīng)該清楚，微觀世界會表現(xiàn)出與宏觀世界很大的不同，那里隨時會上演“量子隧穿”。

何為量子隧穿？用宏觀世界的現(xiàn)象打比方，假如你面前有一堵5米高的墻，無論如何努力你都翻不過去，但在量子世界就不同了，你有一定的幾率直接穿墻而過，到達墻的另一邊（事實上宏觀世界你也可以做到，但只是理論上，實際上幾率低到可以忽略不計）。

而對于太陽來說，即使溫度沒有達到核聚變條件，仍有一定幾率會發(fā)生核聚變，只是概率比較低。但即使概率低，由于太陽質(zhì)量非常大，氫原子核數(shù)量多到不可想象，所以核聚變總是會發(fā)生的，只是核聚變的速度相對比較慢而已。這也是為什么太陽這顆“超級氫彈”并不會像人類制造的氫彈那樣瞬間爆炸，而是會緩慢地進行核聚變。

氫原子核聚變成氦原子核，同時釋放出能量。如果一顆恒星的質(zhì)量足夠大，核聚變就會繼續(xù)進行，聚變成更重的元素，比如說碳原子核，氧原子核，乃至鐵原子核。

但是一般情況下恒星核聚變到鐵元素就停止了，為什么會停止呢？

需要了解兩個概念：結(jié)合能和比比結(jié)合能。

質(zhì)子和中子通過核力結(jié)合成原子核，如果想要把兩者分開就需要能量，而需要的能量多少就是原子核的結(jié)合能。原子核的核子越多，結(jié)合能就越高，也意味著越難把它們分開。

結(jié)合能曲線，Ni-62才是最高的，然后是Fe-58和Fe-56

比結(jié)合能就很好理解了。結(jié)合能與核子數(shù)量的比值就是比結(jié)合能，也就是結(jié)合能的平均值。比結(jié)合能越大，原子核就越穩(wěn)定！而鐵元素的比結(jié)合能是最高的（實際上鎳-62的比結(jié)合能會更高，但鎳-62最終會衰變成鐵元素。）

由于鐵元素的比結(jié)合能最高，所以比鐵更輕的元素核聚變時會釋放出能量，理論上比鐵更重的元素也可以進行核聚變，但核聚變時并不釋放能量，而是吸收能量的，而且吸收巨大能量，普通的恒星無法提供重元素核聚變需要吸收的能量。

所以，理論上雖然比鐵更重的元素仍舊能發(fā)生核聚變，但由于這個過程是吸收能量的，不再釋放能量，所以這樣的“恒星”已經(jīng)不再屬于恒星了。

為何核聚變吸收能量時，就無法再進行下去了呢？

我們都知道太陽為何能持續(xù)發(fā)光發(fā)熱幾十億年，原因就是兩種力量的平衡：核聚變釋放的巨大能量產(chǎn)生的向外的壓力，還有太陽巨大質(zhì)量產(chǎn)生向內(nèi)的萬有引力，兩種力量的平衡才讓太陽能夠持續(xù)發(fā)光發(fā)熱，而且還會一直進行下去，起碼還有幾十億年時間。

而一旦核聚變不再釋放能量，就不會產(chǎn)生向外的壓力，兩種力量的平衡就被打破了，萬有引力占據(jù)了統(tǒng)治地位，恒星開始急速向內(nèi)坍縮，實際上就是恒星死亡的開始。

恒星死亡后會變成什么？質(zhì)量較小的恒星會變成白矮星，比如我們的太陽。而質(zhì)量比較大的恒星會坍縮成為中子星甚至黑洞。

而在坍縮成中子星或者黑洞的過程中，就有了讓鐵繼續(xù)進行核聚變的條件了。

大質(zhì)量恒星燃料耗盡之后急劇向內(nèi)坍縮，在強大萬有引力的作用下，恒星外部物質(zhì)猛烈急速撞擊中心的鐵核，這種超強撞擊給鐵核提供了巨大能量，足以讓鐵元素吸收足夠的能量繼續(xù)聚變下去，聚變成更重的元素。

這就是重元素的由來（當(dāng)然只是一部分還有其他方式）。

撞擊鐵核的瞬間會產(chǎn)生超強的反作用力，而巨大的反作用力足以把恒星外層物質(zhì)拋灑到浩瀚的宇宙星際空間，實際上這就是超新星爆發(fā)，場面非常壯觀，釋放出超乎想象多的能量，在超新星爆發(fā)的一瞬間釋放出的能量比太陽一生釋放的能量總和還要多100倍！

而拋灑到星際空間的恒星物質(zhì)也成為了下一代恒星行星形成的原材料，宇宙也就是這樣不斷循環(huán)的。

除了超新星爆發(fā)之外，還有第二種形成重元素的方式，那就是中子星碰撞合并。

恒星死亡之后會形成白矮星，中子星，黑洞。通常情況下，質(zhì)量介于1.44倍到3倍太陽質(zhì)量之間的恒星死亡后會形成中子星，大于太陽質(zhì)量3倍的恒星會形成黑洞。

科學(xué)家們通過不斷地觀測發(fā)現(xiàn)，宇宙中存在數(shù)量眾多的中子星，很多時候中子星會相互環(huán)繞運行，在運行的過程中有可能會發(fā)生碰撞，這種碰撞是非常非常猛烈的，堪稱宇宙大爆炸發(fā)生之后宇宙間最猛烈的碰撞。

碰撞瞬間產(chǎn)生劇烈的能量，足以聚合成更重的元素。事實上，宇宙中比鐵更重的元素大部分都來自中子星之間的碰撞合并。比如今天我們佩戴的金銀首飾，其實多數(shù)都是來自中子星的碰撞。我們應(yīng)該感謝宇宙中這些猛烈的自然事件，創(chuàng)造了如今我們看到的豐富多彩的世界。

總結(jié)就是：氫和氦源自宇宙大爆炸發(fā)生不久的那段時間。比鐵更輕的元素源自像太陽那樣的主序星的核聚變。而比鐵更重的重元素源自大質(zhì)量恒星死亡后的超新星爆發(fā)，還有中子星碰撞。