40.原子的一生


40.原子的一生

同學們家長們大家好,這裡是王木頭講科學的《萬物簡史》系列,也是第40次內容的1.2更新版本。

之前講了很多有關原子的知識,今天我們就來一起回憶一下。我們都知道了世界上所有的東西只要是看得見摸得著的,都是由原子組成的。

原子很多種,但是也沒有那麼多,一共也就100多種。不過這些原子會先組合成一些小的分子。分子就非常多了,能有幾百萬種,再由它們組成世界萬物。比如說我們喝水,它就是由很多水分子組成的。而水分子是由2個氫原子和1個氧原子組成的,這三個原子拼在一起以後組成的水分子看起來還很像米老鼠的腦袋。

在我們世界上雖然有100多種原子,但是它們並不是一開始就有的,甚至一開始一個原子都沒有。宇宙大爆炸之後最先出現的是夸克和電子的海洋,隨著宇宙的膨脹和冷卻,夸克們才聚在一起形成了質子。然後質子又吸引了電子組成了最簡單的原子,氫原子,它只有一個質子和一個電子。在很長的一段時間裡面,宇宙中只有這麼一種原子,其他的原子都還沒有出現。

這些氫原子因為萬有引力互相吸引,相互聚集在一起形成了一顆顆的星球。而且還越聚越多,越來越大,越多當然就會越擠。最後因為太擠了,2個氫原子就會擠在一起變成有2個質子和2個電子的新原子,同時還會放出巨大的能量。

如果我們遠遠地看的話,這一團氫原子組成的星球就像一團火球,這其實就是恆星了。其實我們的太陽就是這個樣子,在它的上面正有很多的氫聚合生成複雜的新原子。

由簡單原子生成複雜原子的過程並不會停止,會一直地持續。在這個持續過程中,原子裡面的質子和電子會越來越多。1個變成2個,2個變成3個,3個變成4個……(真實的情況並不是1、2、3這樣順序增加的),但是這個過程並不是無限的,等到了26個的時候,也就是到了鐵原子的時候就進行不下去了。

因為在26號原子之前,從簡單原子到複雜原子的變化,這個過程是會釋放能量的,而到了26號鐵原子之後,要想再變成27號原子就不再是釋放能量了,反而是需要吸收能量。正是這個原因,所以就沒辦法像以前一樣繼續在恆星內部合成了。

不過,一些比較大的太陽,至少要比我們的太陽要大8倍,到了這個時候它們就會爆炸。這個爆炸也就會產生巨大的能量,這時候鐵原子就可以吸收爆炸時產生的巨大能量,而變成更復雜的原子了。

我們現在地球上就有很多比鐵還要複雜的原子,它們都是這樣形成的。比如說黃金的原子、還有用來製造核武器的鈾原子和鈈原子。它們都是因為剛才說的那種爆炸,也就是超新星爆炸而形成的。

可是最後為什麼只有100多種原子呢?按照剛才的想法,應該是隻要能提供足夠的能量,就可以讓更多的原子合併。既然有了100號原子,那我們就可以變出101號原子,有了101號原子就可以變出102號原子。這樣子200號,300號,甚至是1000號原子應該都不是問題。

這個想法當然沒有錯,可是現實卻有另外一種情況讓這個想法沒辦法實現。那就是在後面越來越複雜的原子會越來越不穩定。就像是我們玩積木,壘高了之後容易塌掉一樣。好不容易提供了大量的能量,把原子像堆積木一樣給堆的複雜了,結果很容易摔下來,變成了簡單的原子。其實這個從複雜原子摔下來變成簡單原子的過程,就叫做衰變。這裡的『衰』可不是摔倒了的那個摔,而是衰弱、衰老的那個衰。

其實我們所說的現在發現了100多種原子,而在自然界中天然存在的並沒有這麼多,只有94種,最複雜的就是鈈原子。凡是比鈈原子還複雜的,它們都是科學家在實驗室裡人工創造出來的,自然界中是沒有的。

這些原子雖然被創造出來,但是極其不穩定,很多原子存在的時間不到1秒,一眨眼的功夫就會衰變,變成更簡單的原子了。所以,比94更復雜的原子我們只是知道有這樣的原子,它們是可以存在一剎那的,但是始終沒辦法把它們保存起來。

人造出來的複雜原子很快就衰變成簡單原子了。並且在自然界中,一些比較複雜的原子,它們也是不穩定的,也是會衰變的,不過對於有些原子來說這個過程非常的緩慢。

比如有一種碳原子,就需要好幾千年才會減少一半,有一種鈾原子更誇張,要好幾十億年才會減少一半。也就是說,它們的半衰期分別是幾千年和幾十億年。

它們變化的這麼慢,於是正好可以成為我們去衡量地球年齡的好東西。

今天的內容就到這裡了,這次我們一起回顧了一下有關原子的知識,原子是怎麼從無到有的?又是為什麼只能有100多種,不能是幾百上千種呢?把你知道的知識講給身邊朋友們吧,讓他們可以和你一起享受獲得知識的快樂。


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