蒋铎
构成我们的物质从何而来，为何铁元素是核聚变的终结者？
这个话题还是非常值得讨论一下的，世间万物包括地球上的动植物、微生物等生命体，岩石矿物、大气层、水等非生命体，以及仰望星空看到的繁星、星系，等等这一切都源头都是138.2亿年前的那个奇点，经过漫长时间的演化，最终形成了各种各样的物种，或者说不同的元素构成不同的物质。那么本质出来了，只要去寻找元素从哪里来就可以了。
宇宙大爆炸
按照目前的主流科学观点，宇宙起源于138.2亿年前的奇点大爆炸，经过漫长时间的膨胀演化，宇宙变成了我们现在看到的模样。但是认识宇宙大爆炸的过程是曲折的，因为老一派物理学家不喜欢这样的模型，一直以来宇宙都被认为是稳态的，既不膨胀也不收缩。
甚至爱因斯坦也深受这样的思想影响，在他提出广义相对论后曾用自己的场方程来研究宇宙演化的问题，最后得出一个没有人愿意看见的结论，那就是动态宇宙模型。为了消除这样的影响，爱因斯坦在自己的方程中加入了宇宙学常数，让宇宙重归稳定。但是后来哈勃横空出世，通过望远镜观测到了宇宙红移现象，这意味着这些星系都在远离我们不断的退行。爱因斯坦知道后来到哈勃工作的天文台亲自查看，最后又把宇宙学常数给去掉了，因为宇宙是在膨胀的。
在后来爱因斯坦的自转中他曾评价过这件事情，认为这是自己一生中最大的错误。因此星系红移现象成了宇宙大爆炸的一个证据，而后来发现的宇宙背景微波辐射，宇宙大爆炸后的一缕余晖，被认为是第二个证据。
宇宙大爆炸的一秒钟之内统一场开始分解为强力、电弱力和引力，质子、中子和中微子开始形成，随着时间的推移质子和中子的比重开始下降，正负电子湮灭反应出现，在极高温的反应下核聚变开始进行，生成氢、氦以及极少量的锂，当然还有其它重元素，但是宇宙大爆炸之处主要的元素还是氢和氦。
元素生产机-恒星
恒星是宇宙中最重要、最常见的一类天体，它们的主要构成就是氢和氦，例如在银河系中就有2000多亿颗恒星，而宇宙中类似于银河系的星系有2万亿个，当然这并不是我数出来的，是根据哈勃太空望远镜的深空场预估出来的。那么最终宇宙中的恒星数量就是数不胜数了。
恒星在自身的引力塌陷作用下，在内核处形成了高温高压的环境，氢核在这样的极端条件下，距离近了、运动速度变快了，最终碰撞融合的几率也就高了，在某个临界点“砰”的一声核聚变就开始了。一般前期的核聚变对象主要是氢，氢核聚变最后生成氦，但是在恒星的后期随着氦含量的增高，达到一定程度就会发生氦核的聚变，但是氦聚变生成碳氧元素过程很剧烈，这也就是大刘《流浪地球》中提及到的氦闪。
当然太阳这样的黄矮星，核聚变的结局就是白矮星，主要是碳和氧构成的。但是当恒星质量较大的时候，核聚变会继续进行，只要条件满足就可以进行，因此碳氧元素可以继续进行核聚变。
尤其是超大质量恒星演化到生命后期，一波超新星爆炸，那个瞬间的高温高压环境会生成比铁更重的元素，但是一般这种情况很少发生。
为何把铁元素称之为核聚变的终结者？
目前已知宇宙中共有118个元素化学元素，世间万物都是由这些元素构成的。恒星演化并不能把这些元素全部生成，一般认为只进行到铁56，就很难再继续核聚变下去了。
为什么铁-56这么特殊哪？
在这里要提到一个新的概念-比结合能，物质都是由微观粒子构成的，原子内包含原子核和核外电子，原子核主要是由中子和质子构成，这些粒子仅仅的聚在一起，甚至那么多带正电的质子挤在一起，相斥的电磁力都没有把它们分开，主要就是因为核子之间存在强相互作用。如果想要抵消这种力把核子分开，就需要提供很大的能量，我们把这种所需要的能量就称为结合能。
用结合能除以核子总数最后得到的就是“比结合能”，而比结合能越大的原子，种子和质子的结合就更加的紧固，要想把它们分离需要非常大的能量。而在118种元素中铁56的比结合能是最大的，这也就意味着铁56是最稳定的。比铁56更重的会核裂变成铁56，而比铁56更轻的就会核聚变成铁56。总之铁56就像是一座大山，两边的元素会更容易向它靠拢。因此有科学家提出过这样的设想，在未来宇宙可能会趋向于变成“铁”的世界。
总结
可以说构成这个宇宙的一切物质能量从根源上来讲都源自于138.2亿年前那个奇点，而随着宇宙的不断演化，一代恒星、二代恒星的不断进行，宇宙中的元素含量也会不断的变化，最终全部都趋向于铁56。当然这种情况即使发生也是在很久很久之后，至少数百亿年都不止。
届时随着太阳变成白矮星，地球被吞噬，人类如果侥幸延续到那个时代，就需要寻找新的家园了，银河心中数千亿颗恒星还是足够我们选择的，但前提是我们需要有足够高的科技，这才有选择的机会。
科学黑洞
构成我们的物质从何而来，为何铁元素是核聚变的终结者？
这个问题不错，涉及到了对宇宙的起源、发展演化、物质循环的系统性认知。从我们所生活的地球上的物体，再拓宽视野进入太阳系，然后是银河系，再到更加广袤的河外星系，共同组成了我们可观测宇宙的一部分，而这些宏观物体都是由微观原子构成，而微观原子又由于质子和中子的不同组合，形成了丰富多彩的物质世界。那么，我们追根溯源，这些物质都是怎么来的呢？
宇宙大爆炸－所有物质的起源
其实在人类刚开始探测宇宙的奥秘时，并没有意识到我们的宇宙到底从何而来，直到科学家们相继观测到宇宙微波背景辐射时，应用现有理论体系根本无法进行合理解释。后来，随着哈勃利用天文望远镜长期观测到目标星体与地球的距离在逐渐远离，距离越远的星系红移现象越明显，科学界才逐渐形成了宇宙逐渐膨胀的事实，然后以现在的时间点进行倒推，提出了现在的宇宙来源于最初质量无限大、体积无限小、能量无穷高的奇点大爆炸假说。
大约138亿年前，在奇点大爆炸的瞬间，随着巨大能量的释放，宇宙空间呈现大暴涨，以指数级体积增长的方式奠定了原始宇宙的基础。在大暴涨之后，能量在真空环境下发生衰变，逐渐产生质子、中子、电子、夸克等所有基本粒子。几十万年之后，通过真空衰变的长时间酝酿，质子和中子才慢慢地结合形成原子核，然后又过了几十万年，这些原子核和电子才进行了结合，从而诞生了宇宙中第一批中性原子，其中占比最高的为氢、其次为氦，氢的比例可以达到90%以上，从而为宇宙中星体的诞生创造了最基本的条件。
恒星核聚变－接纳大爆炸后产生的物质并且创造新物质
根据科学家推测，在宇宙奇点大爆炸之后的几亿年时间里，星际空间中充斥着的物质主要是氢和氦等质量非常轻的气体，宇宙中没有一点光明。随后，在星际气体相互之间引力的作用下，这些气体开始抱团，有些规模较大的气团又相互聚合，形成原始星云团。
这些星云团与星云团之间开始发生了比较明显的引力扰动现象，促使一部分区域形成气体密度更大的空间，从而可以吸聚更多的星际气体，而且吸聚的速度越来越快，在气体相互撞击和引力压缩的影响下，形成了温度逐渐上升的核心区，恒星的“胚胎”逐渐登上了历史舞台，因此宇宙中最原始的一批恒星，是诞生于宇宙大爆炸之后5-6亿年左右的。
当核心区积聚的物质规模达到一定程度，使得核心区温度上升到700-1000万摄氏度时，就会触发之前吸聚大量氢元素的核聚变临界点，核心区就会开启氢元素的核聚变进程，从而拉开了恒星的序幕。之后，通过4个氢原子核聚变形成1个氦原子核、同时释放若干光子和相应能量的链式反应，恒星内部持续进行着氢元素的消耗，而向外源源不断地释放着光子和能量。
维持恒星内部核聚变进程的主要因素在于内核的温度，温度的维持依赖着参与核聚变物质的不断输入，而恒星内核在核聚变的过程中，会向外产生一定的辐射压，这个辐射压在一定程度上阻止了恒星继续从外界吸收星际气体的能力，所以恒星的核聚变能够进行到什么程度，取决于在发生聚变前的原始质量。在聚变过程中，随着氢元素的不断消耗，内部温度逐步下降，向外的辐射压不足以支撑重力作用引发坍缩，而在坍缩过程中，恒星外层原来没有参与核聚变的氢元素，补充进内核，从而又提升了内核的温度和压力，确保恒星内聚变的持续。可见，恒星之所以能够维持相对稳定的形态，与辐射压和重力相互之间的博弈有直接关系。
然而，当恒星质量较小时，在反复的坍缩之后，外层也没有多作的氢元素了，恒星内部的温度就会逐渐降低，恒星的核聚变就会慢慢终止，此时恒星核聚变的产物就以氦为主，慢慢过渡到红矮星行列。当恒星的质量较大时，可以维持内部核聚变温度条件的物质基础就比较雄厚，可以满足支撑到氦到碳、碳到氧等等后续的核聚变条件。也就是说，不同质量的恒星，其最终核聚变的产生不尽相同，于是就相应地在产生氦、碳、氧、氖、镁、硅、磷、硫、铁之后完成恒星主序期的使命。
而一旦聚变形成铁元素，因为其比结合能在所有元素中是最高的，其发生核聚变所释放的能量要低于需要输入的能量，无论恒星质量多大，都不能再引发后续的核聚变，聚变也到达了终点。
超新星爆发－推动更重元素的产生
当恒星在完成所有的核聚变之后，如果残余的质量仍大于钱德拉塞卡极限（1.44倍太阳质量），则恒星外壳的引力将会超过简并压，恒星发生剧烈收缩，使得内部某些区域的温度和压力迅速升高，电子简并气体中电子会被原子核俘获，引发电子俘获反应，进一步减小简并压，使得坍缩更为加剧。
另一方面，电子俘获反应相应释放一定量的伽马射线（光子），使得区域温度迅速升高，达到重新启动核聚变的条件，不过这个核聚变是处于失控状态的，会在局部区域产生高能量的激波向外层反弹，从而将恒星的部分组成物质从内向外与恒星本体剥离，引发超新星爆发，根据激波能量的大小，这种爆发持续的时间有长有短，也有可能短时间内就将恒星炸毁。
由于超新星爆发时温度超高，可以达到1000多亿摄氏度，所激发的超高能量可以释放大量的高能中子，这些高能中子如果与其它同时被释放的其它元素相结合，就会在高温环境下形成比铁元素更重的其它元素。
总结一下
通过恒星的这种从吸聚物质、核聚变、释放聚变物质、合成新物质的周期性变化过程，从而形成了目前宇宙中丰富多彩的元素，而这些元素又作为其它恒星、行星、卫星以及星际尘埃的重要组成部分。因此，构成地球以及我们人体的所有物质，其元素来源即可以追溯到最初的宇宙大爆炸，也来源于这一区域上一任恒星的发展演化以及超新星的爆发，同时也是太阳系形成过程中对这些物质的吸聚和重组的过程。
优美生态环境保卫者
其实真是一个很好的问题，它主要涉及到宇宙大爆炸、恒星内部的机制以及超新星爆炸，我们可以按时间线捋一捋这个问题到底是咋回事。
宇宙大爆炸
话说，我们的宇宙起源于一次大爆炸。
这是目前主流的看法，主要的证据有宇宙微波背景辐射，氦丰度，以及哈勃观测到的星系的退行。详细点说，就是哈勃发现了宇宙里的星系正在远离我们，但是不是星系在动，而是它们所在的空间在膨胀，我们观测就会感觉好像是在退行。如果把时间往回追溯，那宇宙最早不就是一个点？
从宇宙大爆炸出发，科学家不断地完善宇宙模型。而按照目前的理论，宇宙大爆炸之后，1秒内特别精彩，如果总结一下就是：
空间：宇宙膨胀得超级快，在10^-33秒内，经历100次加倍，空间变大为原来的10^30倍，这也被称为大暴胀。
物质：一开始宇宙充满能量，没有任何物质，慢慢地，各种比原子尺寸小的粒子出现了，诸如：质子、电子、夸克等等
作用力：四大作用力也分离了出来，分别是：强相互作用力、弱相互作用力、电磁力，万有引力。它们是万物的粘合剂，如果没有四大作用力的柞村，就不会有物质的存在，不会有太阳，更不会有地球和我们，宇宙万物将成为一片散沙。
这些事情都发生在宇宙大爆炸的第一秒内，宇宙的温度，密度都降了下来，在大概30万年后，质子俘获电子形成了中心的原子。
所以，我们宇宙当中，大量的元素都是氢和氦，这是前两个顺位的元素，原子核内的质子数都特别少，氢只有一个，而氦只有两个。氢和氦的占比超过了99%。那其他大号的元素到底从哪里来呢？
恒星
而产生更大顺位的元素就需要更强的外界作用才行，在宇宙大爆炸之后的5亿年之前，宇宙是一片漆黑的，因为没光源。宇宙中的主要成分就是一些气态物质。这些气态物质在引力下慢慢地形成了密度稍微高一些的气体云块，然后再逐渐形成了恒星。所以，第一代恒星大概出现在宇宙大爆炸之后的5亿年前后。
那恒星为什么会发光呢？
这其实是因为核心内部有聚类的核聚变反应。
发现没有核聚变反应前后，有可能会造成原子序数变大，说白了就是产生更高顺位的元素。不过，恒星内部的核反应要比普通的氢核聚变复杂一下。主要是有两种方式，
一种叫做：质子-质子反应链（简称P-P链），最终生成氦-4
另外一种叫做：碳氮氧循环，最终也是生成氦-4，其中碳氮氧以及少量氟在这个过程中会充当反应的催化剂。
这两种反应是汉斯贝特等科学家提出来，并且得到了观测的验证。他们的理论还影响了粒子物理标准模型，并且获得了诺贝尔奖，可以说是相当坚实的理论。
所以，恒星在主序星时期，会燃烧氢（核聚变），生成氦-4。质量不同的恒星，其实内部的情况或多或少有些差异，主要就是PP反应链多一点，还是少一点的问题。而之所以可以发生核聚变反应，是因为自身引力导致中心温度升高，加上量子隧穿效应，最终达到了可以点燃氢的水平，就会发生核聚变反应。
元素炼丹炉&超新星爆炸
恒星在主序星时代结束时，会变成红巨星或者超红巨星。
这是因为由于质量的减少，自身引力减弱，导致引力无法与核心核聚变反应产生向外的压力抗衡，所以会膨胀起来。我们以太阳为例来分析，就是下面这样：
紧接着，恒星会继续燃烧氦，然后是碳，氧等，发现没有，开始有其他元素的出现了。大多数的恒星其实都停在了铁元素之前，这是因为铁元素太稳定了，它核聚变反应所需的能量比所释放的能量还要多，这不是入不敷出了么？所以，如果质量不够大的恒星，一般来说说就会停在铁之前。
如果质量足够大，那恒星由于自身引力足够大，还会继续压缩核心，温度不断升高，最终达到铁核聚变反应的条件，然后发生超新星爆炸。
超新星爆炸由于能量巨大无比，就会可以合成顺位在铁之后的元素，宇宙中大号的元素基本上都来自于一场场超新星爆炸。
所以，我们可以来总结一下，
宇宙大爆炸之后，宇宙中主要的元素是低顺位的氢和氦。
随后，恒星出现了，他们是元素的炼丹炉，在恒星核心处可以合成铁元素之前的元素。
而铁元素之后的元素要依靠超新星爆炸的能量才能够合成。
铁并非是终结者，它只是很稳定，它的核聚变反应所需要的能量比反应产生的能量高，因此只有超新星爆炸才足以引发铁的核聚变反应。
