12.15 40.原子的一生


40.原子的一生

同学们家长们大家好,这里是王木头讲科学的《万物简史》系列,也是第40次内容的1.2更新版本。

之前讲了很多有关原子的知识,今天我们就来一起回忆一下。我们都知道了世界上所有的东西只要是看得见摸得着的,都是由原子组成的。

原子很多种,但是也没有那么多,一共也就100多种。不过这些原子会先组合成一些小的分子。分子就非常多了,能有几百万种,再由它们组成世界万物。比如说我们喝水,它就是由很多水分子组成的。而水分子是由2个氢原子和1个氧原子组成的,这三个原子拼在一起以后组成的水分子看起来还很像米老鼠的脑袋。

在我们世界上虽然有100多种原子,但是它们并不是一开始就有的,甚至一开始一个原子都没有。宇宙大爆炸之后最先出现的是夸克和电子的海洋,随着宇宙的膨胀和冷却,夸克们才聚在一起形成了质子。然后质子又吸引了电子组成了最简单的原子,氢原子,它只有一个质子和一个电子。在很长的一段时间里面,宇宙中只有这么一种原子,其他的原子都还没有出现。

这些氢原子因为万有引力互相吸引,相互聚集在一起形成了一颗颗的星球。而且还越聚越多,越来越大,越多当然就会越挤。最后因为太挤了,2个氢原子就会挤在一起变成有2个质子和2个电子的新原子,同时还会放出巨大的能量。

如果我们远远地看的话,这一团氢原子组成的星球就像一团火球,这其实就是恒星了。其实我们的太阳就是这个样子,在它的上面正有很多的氢聚合生成复杂的新原子。

由简单原子生成复杂原子的过程并不会停止,会一直地持续。在这个持续过程中,原子里面的质子和电子会越来越多。1个变成2个,2个变成3个,3个变成4个……(真实的情况并不是1、2、3这样顺序增加的),但是这个过程并不是无限的,等到了26个的时候,也就是到了铁原子的时候就进行不下去了。

因为在26号原子之前,从简单原子到复杂原子的变化,这个过程是会释放能量的,而到了26号铁原子之后,要想再变成27号原子就不再是释放能量了,反而是需要吸收能量。正是这个原因,所以就没办法像以前一样继续在恒星内部合成了。

不过,一些比较大的太阳,至少要比我们的太阳要大8倍,到了这个时候它们就会爆炸。这个爆炸也就会产生巨大的能量,这时候铁原子就可以吸收爆炸时产生的巨大能量,而变成更复杂的原子了。

我们现在地球上就有很多比铁还要复杂的原子,它们都是这样形成的。比如说黄金的原子、还有用来制造核武器的铀原子和钚原子。它们都是因为刚才说的那种爆炸,也就是超新星爆炸而形成的。

可是最后为什么只有100多种原子呢?按照刚才的想法,应该是只要能提供足够的能量,就可以让更多的原子合并。既然有了100号原子,那我们就可以变出101号原子,有了101号原子就可以变出102号原子。这样子200号,300号,甚至是1000号原子应该都不是问题。

这个想法当然没有错,可是现实却有另外一种情况让这个想法没办法实现。那就是在后面越来越复杂的原子会越来越不稳定。就像是我们玩积木,垒高了之后容易塌掉一样。好不容易提供了大量的能量,把原子像堆积木一样给堆的复杂了,结果很容易摔下来,变成了简单的原子。其实这个从复杂原子摔下来变成简单原子的过程,就叫做衰变。这里的『衰』可不是摔倒了的那个摔,而是衰弱、衰老的那个衰。

其实我们所说的现在发现了100多种原子,而在自然界中天然存在的并没有这么多,只有94种,最复杂的就是钚原子。凡是比钚原子还复杂的,它们都是科学家在实验室里人工创造出来的,自然界中是没有的。

这些原子虽然被创造出来,但是极其不稳定,很多原子存在的时间不到1秒,一眨眼的功夫就会衰变,变成更简单的原子了。所以,比94更复杂的原子我们只是知道有这样的原子,它们是可以存在一刹那的,但是始终没办法把它们保存起来。

人造出来的复杂原子很快就衰变成简单原子了。并且在自然界中,一些比较复杂的原子,它们也是不稳定的,也是会衰变的,不过对于有些原子来说这个过程非常的缓慢。

比如有一种碳原子,就需要好几千年才会减少一半,有一种铀原子更夸张,要好几十亿年才会减少一半。也就是说,它们的半衰期分别是几千年和几十亿年。

它们变化的这么慢,于是正好可以成为我们去衡量地球年龄的好东西。

今天的内容就到这里了,这次我们一起回顾了一下有关原子的知识,原子是怎么从无到有的?又是为什么只能有100多种,不能是几百上千种呢?把你知道的知识讲给身边朋友们吧,让他们可以和你一起享受获得知识的快乐。


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