01.23 宇宙中的元素是有限的嗎？

1869年，俄國化學家門捷列夫將當時發現的66種元素排列成著名的元素週期表，並由此預言了新元素的存在及其屬性。迄今為止人類共發現了118種元素，其中92種是天然存在的，另外26種元素是人工合成的。第92號元素鈾是地球上已知的原子序數最大的天然元素，人工製造出來的、原子序數大於92的超鈾元素都是不穩定的放射性元素。那麼，元素的這張名單，到底有沒有盡頭？會不會再有新元素出現呢？ 　　

宇宙中還有地球上不存在的元素嗎？ 　　

從門捷列夫發明化學元素週期表以來，不斷有新的元素被人們發現。目前尋找新元素的工作,主要從人工合成和在自然界裡尋找兩個方面進行。人工合成新元素是主要的，它主要是利用高能中子長期照射,核爆炸和重離子加速器等現代實驗手段來實現的。另外,也可從宇宙射線,從隕石和月岩中,以及從自然礦物中尋找新元素。

如今，人們已經能夠在實驗室中通過核碰撞創造出新的元素。例如2004年日本利用“RILAC”直接加速器將鋅粒子加速，撞擊一片鉍箔，從而創造出第113號元素“Unt”。然而這些人造元素的壽命極其短暫，113號元素只存在了萬分之三秒，就立刻衰變成其他元素。2006年，科學家用一種人造元素鐦去撞擊鈣製造出一種新的原子，這種原子核中有118個質子。這種新元素僅僅存在了1毫秒，但這卻是人類迄今為止製造的最重的元素。創造新型元素的這一過程在宇宙中也會出現，通常發生在一些年輕的星體上。

然而，直到目前為止，在宇宙中並沒有找到和地球上不同的元素。從理論上來說，任何元素都有一定的特性並遵循一定的形成規律，因此宇宙中的元素在地球上也是存在的。

宇宙中還有多少人類沒有發現的元素？ 　　

宇宙中肯定有我們沒有發現的元素，但是很可能不像各位想象的那麼多，而且它們絕大部分肯定極其不穩定。我們的地球總的來說是宇宙中的一個很普通的角落，我們所處的環境與宇宙中的絕大部分地方沒有什麼不同。要知道，通過光譜研究，我們現在能夠發現幾億光年之外的微量元素，我們的觀測範圍已經很龐大了。

因此，在我們可以觀測到的範圍裡，應該具備宇宙中最普遍的環境，在這種環境中應該產生宇宙中最普遍的物質。當然，宇宙中肯定還存在一些特殊的環境和物質，但是這種環境一定不是普遍的，一定是非常稀有的。因為如果這樣的環境不稀有，那麼在地球的附近就一定能夠觀察到在這種環境下產生的特殊物質。

而且，在這些特殊環境中產生的特殊物質，一定是不穩定的，存在時間極短或者存在條件極其苛刻。因為如果這樣的物質是穩定的，在100多億年的宇宙歷史中，它們一定會在整個宇宙中彌散開，從而被我們觀測到。 　　

宇宙中的元素是為何是有限的？ 　　

元素是由原子核中的質子和中子數目決定的，這兩種粒子要聚攏在一起形成原子核，就必須有力量將它們“捆綁”在一起。不過，都帶正電的質子彼此之間存在有斥力。值得慶幸的是，質子和中子（最強）、中子和中子、質子和質子間存在強力，這種力就將質子和中子粘在了一起。

但是，強力的有效作用距離非常有限，同時，質子之間斥力的“電磁力”有效作用距離則很長。這樣就造成，好不容易被身邊中子粘起來的質子，受到遠處質子的排斥，反而被踢出了原子核。隨著原子序數上升，質子之間的斥力也上升，這也就是高原子序數元素不穩定的原因。

原子序數越高越不穩定，高原子序數的元素即使生成，也會在很短的時間內衰變殆盡。所以，在地球上92號（鈾）以上的元素幾乎不存在，新發現的高原子序數的元素（超鈾元素）都是人工合成的。目前發現序數最高的118號元素壽命只有1毫秒，序數再高壽命可能會更短，從這個意義上說，宇宙中的元素種類應該是有限的。

為什麼宇宙中最多的元素是氫？ 　　

現代意義上的化學元素中，最古老、最輕的元素當屬氫，它是由英國化學家波義爾於1671年在鐵與硫酸的化學反應中發現的。宇宙含量最多的元素為氫元素。根據大爆炸理論，首先產生的是元素中最簡單的元素，而最簡單的元素便是氫了。所以宇宙中氫是首先產生的，而且其含量非常多。有了氫以後，這個氫逐漸在通過原子核的聚變過程不斷生成其他元素。 　　

宇宙的最早期只包含一些運動速度接近光速的基本粒子，如電子、夸克、中微子及其反粒子。在大爆炸之後幾微秒的時間之內，夸克結合成質子和中子，但它們卻無法形成穩定的原子核，原因在於此時質子和中子不斷地受到中微子和反中微子的騷擾。只有當宇宙的年齡接近1秒鐘，溫度下降到大約100億攝氏度，使得中微子和反中微子不再與核子發生相互作用，大爆炸核合成才真正開始。

氫原子核是最簡單的元素，只含有一個質子。當宇宙的年齡接近兩、三分鐘時，氫的同位素、氦元素以及氦的同位素才會出現。但是元素週期表中那些比鋰原子核重的元素卻並非來自大爆炸核合成。它們主要誕生於恆星內部的核合成過程，因此遠遠沒有氫和氦元素那樣長的歷史。 　　

為什麼地球上會有這麼多種元素？ 　　

如果我們銀河系的初始狀態全部是氫，那麼第一代恆星應當全部由氫組成；第一代恆星死亡後，生成的各類元素彌散開來，使銀河系的組成發生變化，於是再凝聚成的第二代、第三代恆星的原始組成就複雜了。我們的太陽現處於氫燃燒階段，但已有鐵等重元素，可以肯定它不是第一代恆星。

而地球也只能是由第一或第二代恆星的殘骸形成，地球的鐵核、地球上的各種元素和放射性物質，都說明了這一點。這就是地球上為什麼有這麼多種元素的原因。 　　

岩石圈中地殼蘊藏有90多種自然存在的化學元素，其中氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂等8種元素的含量，約佔地殼總重量的97.13％，其餘幾十種元素的總含量不足3％。地殼中含量最多的元素是氧，約佔地殼總含量的一半，其次是硅，佔1/4強；上地幔的物質成分為鐵鎂質硅酸鹽類。正是由於地殼中存在著豐富的化學物質，才構成了地球中豐富多樣的礦產資源。