讲科学堂

大家都知道，如果从氢元素开始聚变，那么最终会停在铁元素。但是宇宙中本来就存在铁之后的元素，比如我们熟悉的黄金和白银。宇宙最后会变成铁，当然这个说法就是有问题的了。

在恒星内部，通过核反应最高只能聚变出铁元素。铁56的比结合能最大，再要合成更重的元素，就不是放热反应，而是吸热反应了，因此更重元素无法通过核聚变来产生。那是不是所有重元素都来自超新星或双中子星合并呢？也不尽然，在恒星内部，也有一条持续稳定的路径，让比铁重的元素逐一生成，这就是“慢中子俘获”。

第一代超新星爆炸出一些重元素的碎屑，有些飘荡在宇宙空间，凝结成行星，也有些被其他恒星吸引过去，成为进一步核反应的母核。在恒星内部，有着各种各样的辐射，其中就有中子辐射。偶然的机会，“贪吃蛇”母核将中子俘获过去，“吃”进肚里，变成更大的原子核。这个过程很漫长，可能要一年，甚至十年，才会发生一起俘获事件，所以称为“慢中子俘获”。

这些原子核就如同滚雪球一般，越来越大。然而雪球毕竟是有限度的，吃胀肚子的不稳定原子核会发生β衰变，吐出电子和中微子，变成了原子序数+1、原子量相同的其他元素。

▲原子核吃进中子，吃多了会“消化不良”，发生β衰变，中子变成质子。

比如银109“吃”掉一个中子，变成不稳定的银110，立刻衰变成镉110。镉元素比较能“吃”，连吃五个中子一直吃到镉115，才衰变成铟115，然后是铟116，又衰变成锡116。偶数位的锡也是个“吃货”，接连吃掉五个中子，到了锡121才撑不住，衰变成锑121。

原子核就是这样通过“慢中子俘获”过程，如同滚雪球一样越来越大，最终到了铊元素，遇到了问题。

▲从银到锑的慢中子俘获过程。

铊的稳定同位素铊203“吃”下一个中子，又衰变成铅204，和它的小弟“锡”一样，铅也是个大吃货，它继续吃中子到铅209，这是一种不稳定的同位素，它迅速衰变成铋209。铋209吃掉一个中子就撑不住，衰变成钋210。到了这里，偌大的原子核终于吃中子吃到吐，于是发生α衰变，直接吐出一个氦核（α粒子），原子序数-2，原子量-4。

▲“铅铋钋循环”，其中红线为中子俘获，蓝色为β衰变，绿色为α衰变，青色为电子俘获。

不信你看，铋以后的元素全都是放射性元素，钋210的半衰期只有136天，发生α衰变，直接掉到铅206。就这样，从铅206，到铅207，铅208，铅209，铋209，铋210，钋210，再回到铅206，恰好组成了一个循环。“慢中子俘获”滚雪球的游戏玩不下去了，重元素一步一步向上爬格子，最终撞到了天花板——铅。

正是如此，虽然铅“重”达82号，在地壳里却比很多轻元素——如碘、溴甚至五金之一的锡——都要多，是重元素里最多的一个存在。

稍微偏题一下，恒星里的“慢中子俘获”只是铅元素的一部分来源，在超新星爆炸和双中子星合并事件中也会产生铅的兄弟姐妹们，只是这其中的机理叫做“快中子俘获”。

超新星爆炸和双中子星合并的时候，伴随着高密度的中子流，每秒每立方厘米高达100万亿亿个中子。在如此之多的中子碰撞下，较轻的原子核如同沐浴在中子的“沙尘暴”里，各种各样的富中子原子核被制造出来，而又迅速发生β衰变，最终变成较稳定的原子核。铱、锇、铂等贵金属、其他重元素以至放射性元素都可以通过“快中子俘获”制造出来，铅元素也不例外。

▲超新星也是重元素的制造工厂。

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其实宇宙在刚刚诞生的时候，只产生了两种元素，一种是氢元素，一种是氦元素，前者占75%，后者大约是25%。

这两种元素随着恒星的聚变，就产生后面的元素，例如碳，氧，钙，氮等等，那么一直到第26号元素铁为止，恒星的聚变才算真正结束。

按照这个理论，宇宙中的氢和氦，终有一天会全部变成铁，而铁既不能聚变，也不能裂变，所以我们这个宇宙，终有一天会走向死亡。

到时候没有恒星，没有生命，当然也就没有人类了，但这个过程非常的漫长，大概需要10的14次方（100万亿年），宇宙中的氢才会用完。

但这里还有一个问题，就是如果不考虑质子衰变，在大一统理论当中，质子是会衰变的，但衰变的周期及其漫长。

大概在10的36次方年之后，宇宙中有一半的质子衰变光子和轻子，而在10的40次方年之后，所以的质子都衰变完毕。

这个时候宇宙中的物质，只会存在两种，一种是轻子，一种是黑洞，而黑洞则会缓慢蒸发，大概在10的100次方年之后后，99%的黑洞都会蒸发完毕。

而一些超大质量的黑洞，则会在10的150次方年之后蒸发完毕，最后在10的1000次方年之后，宇宙彻底进入热寂。

这个宇宙基本已经死亡，没有生命，甚至连天体都没有，但宇宙是否会变成这样，一切还只是人类的猜测......

种植恒星

氢元素聚变为氦，氦聚变为碳和氧，碳聚变成为铁，宇宙中绝大多数的聚变反应到此就结束了，体积小，质量极大的中子星从某种意义上而言，就是由铁变换而成的。

在100多种元素周期表中，铁是相对靠前的一种元素，铁前面的元素通过聚变在变成铁，而铁后面，比它的元素又可以通过裂变，也变成铁。

不因为别的，铁是宇宙中最为稳定元素。

所以，用“老铁”来称呼对方，真的是很科学的说法了。

正因为如此，有一种宇宙宿命论说，将来宇宙的命运就是一切元素都会变为铁，进而最终稳定、热寂。

这种说法看起来玄乎又可靠，其实么有什么根据。

首先，正如不是每一个老铁都是真铁一样，铁也是会变的。它也会发生聚变，在宇宙诞生初期，或者当宇宙边缘的超新星爆炸时，因为高温高压的存在，铁元素也会发生聚变，铁后面的金属元素就是这样产生的。

而且，相较于铁较轻的元素，因为达不到再次聚变的条件，最终也不可能变成铁，毕竟核聚变条件是苛刻的。

其次，你听说过宇宙中的核聚变，但你没听说过宇宙核裂变吧？除了人为，在宇宙中应该没有核裂变的发生。

宇宙中只存在衰变，重元素会通过衰变，变成元素周期表里前面的元素，比如，铀235衰变为铅。很多元素会衰变，但不是铁后面的所有元素都会衰变，只有放射性元素才能衰变。

所以，宇宙的结局绝对不是只有一个主角：铁！

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从理论上可以解释宇宙中所有元素最终都将变成铁-56.

在整个元素周期表中，元素按质子数从小到大排列，铁是第二十六号元素。在所有的元素中铁56的结合能最大，最稳定。简单的说元素周期表中排在铁元素前边的通过核聚变变成铁56，排在铁元素后边的经核裂变变成铁56。而铁56因结合能最大，无论是核聚变还是核裂变都需要巨大的能量，无论是人力还是自然都难以提供。

根据热力学第二定律，一个孤立的系统熵会随着时间而增大（有序变无序），最终宇宙熵变成最大值达到热寂的状态，这也是科学家对于宇宙终极命运的一种假说。而量子穿梭效应的存在会导致的质子数小于铁的物质核聚变融合成铁56，而自发裂变和核衰变也会使质子数大于铁的物质衰变成铁56。但是这个时间是10^1500年之后。

以上的前提是假设质子寿命为无限

如果质子的寿命也是有限的，最终所有的元素（主要是铁56）都将发生质子衰变，最终所有的元素都将变成轻子和光子。但是这个时间将会更长，远远超过所有元素都变成铁56的时间。当然上边的质子衰变目前来看只是一种假说，在宇宙中尚未发现这种现象。

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站在客观事实的角度上，“宇宙最后所有的元素都会变成铁”这个观点是不正确的。

核反应分为两种，一种是核聚变，一种是核裂变。轻核聚变与重核裂变都会释放出能量。在所有元素中，以铁元素的平均结合能最大。也就是说铁在核反应中最稳定，很难发生核聚变与核裂变反应，但并不是不能。呵呵！没想到吧，大家平时口中所说的老铁竟然还有这么一层深意。

宇宙诞生之初，氢元素的丰度最大，占宇宙中所有元素含量的75%以上。恒星其实就是一个轻元素制造工厂，构成我们身体的碳氧氮等元素就是诞生于此。通常大质量恒星中的核聚变反应到铁元素就终止了，小质量的恒星根本走不到这一步就玩完啦。其实，铁及以后的元素也可以发生核聚变反应，但需要在超新星爆发这种极端条件下才能发生，美女们身上戴的黄金首饰就来源于此，因此才这么珍贵。

一颗恒星在其整个生命周期中，并不会耗尽所有的氢元素，在恒星生命终结时的超新星爆发过程中还会诞生其他重元素。宇宙相当大，目前宇宙中物质的分布相对来说比较稀疏，恒星发生核聚变反应都是需要一定条件的，当压力与温度不够时就不可能发生。即使宇宙中各种重元素最终会衰变成铁，但宇宙中的轻元素也并不会完全聚变成铁。

宇宙中的元素可能还没演变到终级阶段，宇宙的生命就已经结束了。宇宙的最终命运会如何，就不详细讨论了，简单说明一下。科学家们预测，宇宙未来会存在三种终极命运：大撕裂、大收缩、热寂。目前的天文观测表明，宇宙正在加速膨胀。

不仅放射性元素会衰变，理论上所有元素都会衰变。组成原子核的质子和中子也会衰变，特别是质子，其衰变周期比宇宙的年龄还长。不管宇宙是膨胀还是收缩，亦或是保持平稳。由于宇宙是一个孤立的系统，根据熵增定律，当宇宙的总熵达到最大值时，宇宙最终会发生热寂。

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科学探索菌

据说宇宙最后所有的元素都会变成铁，那不是老了都变成铁，变成“老铁”。难道老铁真的是并非浪得虚名？

科学的解释是：虽然在所有的元素中，铁56的结合能最大，最稳定，最不容易发生核反应，但铁元素并非宇宙的最终归宿。

一、从宇宙的演化角度来看，铁核恒星多是无法稳定存在的。

1、超大质量恒星演化到后期，当内核的硅聚变成铁(56)积攒到一定程度，往往会发生大规模的爆发，将所有物质向外太空抛洒。包括铁元素在内的一切抛洒物，最终又将为新的恒星作嫁衣裳。

2、超大质量恒星将原子核外的电子压入核内，电子与质子结合成中子，形成中子星。

3、或者恒星质量再足够大，引力塌缩直接形成黑洞。

但中子星和黑洞，均不是以质子数概念的元素形式存在。

二、从“熵增原理”考虑

作为孤立系统的宇宙，终有一天熵值会达到最大化而最终稳定，即宇宙万物最终处于热平衡状态——“热寂”。

那时，夸克、轻子和传播子等基本粒子的混沌态才是宇宙最终归宿。

科学Science

因为宇宙中所有的元素其实都诞生于一场大爆炸，而这场爆炸，也就是宇宙诞生之初的那场大爆炸。

既然说到了大爆炸，那么大爆炸的瞬间，其实物质的存在形式还是最基本的粒子状态，爆炸瞬间温度极高，原子核根本无法形成，直到后来随着宇宙不断膨胀，也不断在热寂，所以原子核就慢慢形成了，最开始的时候，那当然是形成氢氦这样的相对原子量小的核子。

随着氢氦核子的不断增多，宇宙中开始形成大量的星际尘埃，而这些尘埃，慢慢地聚集在一起，形成原始星云，原始星云又在自身的重力作用下慢慢聚集在一起，由于原始星云带着初始角动量，所以形成的初始恒星，带着自转，不仅仅是恒星，宇宙中几乎所有的物质都会带着自旋。而恒星物质在质量和密度达到了一定的情况下，在自身的引力作用下，就有可能塌缩进而点燃核反应。

像我们的太阳，就是通过这样的形式被点燃了自身的核反应，随后太阳发光发热，不断将氢原子通过核聚变反应聚变更重的原子核，比如说氦。一般来说，氢聚变成氦所需要的条件是很苛刻的，在太阳的核心，稳定达到了1500万摄氏度，而压强也是大得可怕，所以我们也可以看到，氢弹的反应条件是严格的，最重要的一点就是温度了，而点燃氢弹所需要的温度，则需要通过点燃原子弹来提供。

而Fe原子核其实是更重的原子核，一般说来，铁原子核是最稳定的原子核，在这里涉及到一个概念，那就是比结合能，铁的比结合能是人类已知所有原子核里面最大的。宇宙中元素，绝大多数都是通过剧烈的核聚变反应而形成的，而现在人们也掌握用核聚变制造新型重原子核的能力。对于核反应，我们知道有核聚变和核裂变，但是对于铁这么一种元素，它是最稳定的，所以就意味着它轻易不能发生核聚变或者是核裂变。因为想要打开铁原子核，需要巨大的能量。

虽然说铁是最稳定的元素，但是这并不意味着铁就是宇宙中所有元素的终点，铁在元素周期表上排序是很靠前的，在铁之后，还有大量稳定的元素，比如说重元素金和银等，它们一般也不容易发生核反应的，只能说那些相对原子量非常大的核子，不在外力的作用下，就可以自己裂变，分解成更轻的原子核和核子，对于这类元素来说，随着时间的推移，它们的量是会越来越少的，而相对原子量小的，比如说氢和氦，也因为恒星的核聚变反应而不断被消耗，最终宇宙中存在的物质，应该是大都聚集在元素周期表排名中间的地方。

镜像科普

理论上有可能，但现实不可能，因为宇宙有生命，等不了那么久了。宇宙的终极形态不可能是铁。富含铁元素只是宇宙演变过程中的一个较长时间阶段而已。

我们都知道铁元素是元素周期表上第26位，其中以铁56的结合能最大。

这也是宇宙中最稳定的原子结构了。在铁以上的元素很难聚变了，当然理论上也是存在铁聚变的可能。不过需要温度达到上千亿度，不管是人为还是自然都几乎不可能创造如此高的温度。即便是恒星的超新星爆发，其核心温度都达不到千亿摄氏度。这就意味着恒星的聚变的最后元素就是铁。

而在铁元素之上重元素容易裂变，之后裂变到铁就基本停止了。

也就是说，在原子序数26以下的元素会聚变到铁停止。在原子序数26以上的元素会裂变到铁停止。这是因为铁最稳定，元素总是朝向稳定的状态演变。

不过科学家预计，宇宙中的氢要完全聚变殆尽，起码需要百万亿年，要完全聚变到铁起码需要数百万亿年。宇宙的预期寿命才是1500亿年。

在宇宙死亡之前，宇宙中不可能全部元素都变成铁。

有的答主提到了质子衰变，认为宇宙最后会衰变成轻子们的天下，我认为这几乎不可能。因为宇宙中的所有质子衰变一次，起码需要10^30年，也就是100万亿亿亿年，宇宙早凉了。按照费恩曼的宇宙循环理论，还没等到质子衰变完，宇宙已经开启数亿轮周期循环了。

科学认识论

所有元素变成铁，是基于铁原子核（铁-56）的结合能最大，原子核最稳定这一事实依据提出来的。推倒过程大致如下：

根据热力学第二定律，能量会自发从高往低的地方传递，直到二者没有能量差。所以如此来说，我们的宇宙能量最终也会平均化，即整个宇宙能量都是相等的。而铁原子核作为能量最低的原子核，理论上所有的物质最终都需要变成铁原子核才能够完全平均宇宙的能量，且保持一个最稳定的物质形态。

上述描述看似有理有据，但其实宇宙中所有元素并不会变成原子。宇宙中分子、原子都是无穷无尽的，两个原子在一起并不会自发聚变或者铁以上元素裂变，然后变成铁。聚变是首先需要巨大能量提供的，没有一定的条件，根本无法发生聚变。另外，虽然铁原子核很稳定，但其实铁元素并不稳定，其电子的活泼性很高，所以很容易失去电子。这样的话，热力学第二定律怎么可能让全宇宙的元素变成铁呢。

比如金子，我看就算宇宙的灭亡了，金子它依然是金子，不会变成其它物质。

科学探秘频道

答：这个说法是热寂学说中，一种可能的宇宙结局；热寂学说本身存在很大争议，所以关于题目说法，大家当做猜想就行。

热寂学说

我们知道，热力学第二定律也叫做“熵增定律”，公式为ΔS≥ΔQ/T，说的是一个封闭系统的熵，只会随时间增加或者保持不变，这条定律非常无情地指出了时间的不可逆转性。

如果把熵增定律用在整个宇宙模型中，就会得到“热寂学说”，指宇宙经过足够长的时间后，宇宙整体达到热平衡，整体的熵也会达到最大值，此时称之为热寂状态。

质子衰变

如果把量子力学用在热寂学说上，就可以得到题目的观点，其中的关键在于质子衰变问题。

在粒子物理学中，理论上预言质子是可以发生衰变的，只不过质子的半衰期非常长，至少为10^35年，比我们宇宙年龄还要长10亿亿亿倍，所以质子一般都视为稳定。

在1983年，日本制造了一个名为“神冈核子衰变实验”的探测器，探测器置于地下1公里处，探测器内装有5万吨超纯水，水中几乎不含任何杂质，周围上万个光电倍增器，用于捕捉超纯水发生质子衰变的事件。

可是经过多年的探测，质子衰变实验并未获得成功，只是得到了质子的半衰期下限值为10^35年；不过在1987年，探测器意外发现了1987A超新星爆发事件释放的中微子。

此后，“神冈核子衰变实验”更名为“神冈中微子探测器”，主要目标也转变为对中微子的研究，并获得了许多成果，还帮助日本拿下好几个诺贝尔物理学奖。

宇宙的未来

根据热寂学说和量子力学观点，宇宙在足够长的时间后，会因为衰变和量子效应，全部物质的熵将变得最大，甚至黑洞也将蒸发殆尽。

在所有物质中，铁原子是最稳定的，也既是熵最大的物质，那么在热寂学说成立的条件下，如果质子不发生衰变，那么宇宙最后就只剩下铁元素，既是题目所说的观点。

如果质子存在衰变现象，那么铁元素中的质子最后会衰变为轻子（比如电子、中微子等等），而中子会先衰变为质子，再发生质子衰变，这个时间数量级长达10^1500年。

艾伯菌的观点

该问题的讨论意义不大，因为质子衰变、霍金辐射、热寂学说等等，都还没有得到证实；甚至粒子物理学也还存在很多未解决的问题，随便一个猜想错误，都会导致题目观点陷入误区，所以大家也不要太当真了。

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關鍵字: 宇宙 铁元素 科学