理查德·費(fèi)曼這位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的著名理論物理學(xué)家，說了那個(gè)如果他只能將一條科學(xué)信息傳給后代，那就是萬物都是由原子組成的。

了解原子是如何形成的是一個(gè)基本而重要的問題，因?yàn)樗鼈冇觅|(zhì)量構(gòu)成了一切。

原子來自哪里的問題需要大量的物理學(xué)才能完全回答——即便如此，像我這樣的物理學(xué)家只有好的猜測來解釋一些原子是如何形成的。

什么是原子？

一個(gè)原子由一個(gè)稱為原子核的重中心組成，由稱為質(zhì)子和中子的粒子組成。一個(gè)原子具有稱為電子的較輕粒子你可以把它看作是圍繞原子核運(yùn)行。

每個(gè)電子都帶有一個(gè)單位的負(fù)電荷，質(zhì)子每個(gè)都攜帶一個(gè)單位的正電荷，并且中子不收費(fèi)。原子的質(zhì)子數(shù)與電子相同，因此它是中性的——它沒有總電荷。

現(xiàn)在，大多數(shù)宇宙中的原子是最簡單的兩種：氫，它有一個(gè)質(zhì)子、零個(gè)中子和一個(gè)電子;氦，它有兩個(gè)質(zhì)子、兩個(gè)中子和兩個(gè)電子。當(dāng)然，在地球上，除了這些原子之外，還有很多同樣常見的原子，例如碳和氧，但我很快就會(huì)討論這些。

元素是科學(xué)家所說的一組原子，這些原子都是相同的，因?yàn)樗鼈兌季哂邢嗤瑪?shù)量的質(zhì)子。

第一個(gè)原子是什么時(shí)候形成的？

宇宙中的大部分氫原子和氦原子是在大約 400,000 年后形成的Big Bang 宇宙，這是科學(xué)家認(rèn)為宇宙開始的時(shí)間的名稱，大約在 140 億年前。

他們?yōu)槭裁丛谀莻€(gè)時(shí)候成立？天文學(xué)家通過觀察知道遙遠(yuǎn)的爆炸星星宇宙的大小一直變得更大因?yàn)?a>Big Bang 宇宙.當(dāng)氫原子和氦原子首次形成時(shí)，宇宙大約是體積小 1,000 倍比現(xiàn)在。

根據(jù)他們對物理學(xué)的理解，科學(xué)家們認(rèn)為，宇宙在更小的時(shí)候要熱得多。

在此之前，電子有太多的能量無法進(jìn)入圍繞氫和氦原子核的軌道。因此，氫原子和氦原子只有在宇宙冷卻到大約 5,000 華氏度（2,760 攝氏度）時(shí)才能形成。由于歷史原因，這個(gè)過程被誤導(dǎo)性地稱為重組? 組合將更具描述性。

氦和氘 -較重的氫? 細(xì)胞核形成得更早，就在Big Bang，當(dāng)溫度高于 10 億華氏度（5.56 億攝氏度）時(shí)。質(zhì)子和中子只有在非常高的溫度下才能碰撞并形成這樣的原子核。

科學(xué)家們認(rèn)為，宇宙中幾乎所有的普通物質(zhì)都是由大約 90% 的氫原子和 8% 的氦原子組成的。

大質(zhì)量原子是如何形成的？

因此，氫原子和氦原子是在復(fù)合過程中形成的，此時(shí)較低的溫度允許電子落入軌道。但是你、我和地球上的幾乎所有東西都是由比氫和氦更多的質(zhì)量原子組成的。這些原子是如何形成的？

令人驚訝的答案是，更多大質(zhì)量原子是由恒星構(gòu)成的.要制造具有多個(gè)質(zhì)子和中子在原子核中粘在一起的原子，需要發(fā)生的高能碰撞類型在非常炎熱的地方.形成較重原子核所需的能量需要足夠大，以克服正電荷（如兩個(gè)質(zhì)子）相互感受到的排斥力。

質(zhì)子和中子還有另一種特性——有點(diǎn)像不同類型的電荷——一旦它們能夠非?？拷妥銐驈?qiáng)大，可以將它們結(jié)合在一起。此屬性稱為強(qiáng)大的力量，將這些粒子粘在一起的過程稱為聚變。

科學(xué)家們認(rèn)為，從碳到鐵的大多數(shù)元素都是融合星星比我們的太陽重，那里的溫度可以超過 10 億華氏度（5.56 億攝氏度）——與宇宙只有幾分鐘時(shí)的溫度相同。

但即使在熱恒星中，也不會(huì)形成比鐵和鎳重的元素。這些需要額外的能量，因?yàn)檩^重的元件更容易碎裂。

在戲劇性事件中稱為超新星，一顆重星的內(nèi)核在燃料耗盡后突然坍縮。在這種坍縮觸發(fā)的強(qiáng)烈爆炸期間，會(huì)形成比鐵重的元素并被噴射到宇宙中。

天文學(xué)家仍在弄清楚其他形成更大原子的奇妙恒星事件的細(xì)節(jié)。例如，碰撞中子星可以釋放大量能量 - 并且金等元素– 在他們前往形成黑洞.

了解原子是如何形成的只需要學(xué)習(xí)一點(diǎn)廣義相對論，以及一些核、粒子和原子物理學(xué)。但更復(fù)雜的是，宇宙中還有其他東西似乎根本不是由正常原子構(gòu)成的，稱為暗物質(zhì).科學(xué)家們是研究什么是暗物質(zhì)以及它可能如何形成。

斯蒂芬·利維， 物理學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)與天文學(xué)副教授，賓漢姆頓大學(xué)、紐約州立大學(xué)

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