就要买买买▲那么创造物质的能量是哪来的?,爱因斯坦告诉我们质能是守恒的( 二 )


就要买买买▲那么创造物质的能量是哪来的?,爱因斯坦告诉我们质能是守恒的
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中子捕获和衰变过程
所以我们了解了从元素的产生过程 , 那么元素不会变吗?
物质会永远存在吗?
其实这里有两个问题 , 需要拆分出来理解 , 物质是永恒不变的吗?组成物质最关键的质子和中子一直都不变?
物质是会改变的!
上文我们说了在恒星内核中物质时时刻刻都在改变 , 从氢聚变成氦 , 从氦聚变成铍 , 再变聚成碳氧等 。 不过除了恒星 , 我们地球上的核电站中的物质也在改变 , 比如铀-235裂变成了氪-92和钡-141 , 在它们之后又会继续衰变成其他元素 , 导致铀-235裂变的是中子 , 获得了一个中子的铀-235原子核不稳定 , 裂变成了氪-92和钡-141 , 而这两种同位素又会继续通过β衰变的方式转变为更为稳定的钕和钇 。
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U-235裂变过程
裂变和衰变是重元素变成轻元素的一种途径 , 过程中伴随着能量释放 , 这是因为让质子和中子聚合在一起的强作用力在并不能无限叠加 , 在重核中强力维持不稳所导致 。
质子会衰变吗?
物质聚变的终极元素是铁 , 重元素裂变和衰变的终极元素也是铁 , 所以铁是物质中最稳定的元素 , 当然指它的原子核 , 常见的铁元素是铁-56 , 它由26个质子和30个中子组成 , 结构非常稳定 。 所以恒星聚变到铁后再高的能量也无法让铁再聚变 , 因此随着外壳坍缩会引发超新星爆发 。
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恒星内部的铁核
那么铁元素真的就不会改变了吗?上文中我们说了中子和质子捕获以及光致蜕变是几种方式 , 那么组成它的质子和中子就不会改变了吗?
在标准粒子模型中 , 质子的重子数大致守恒 , 因此质子不会以摄动的形式衰变成其他粒子 , 因为质子已经属于能量最低的重子了 , 中子倒是会衰变 , 自由中子的半衰期大约15分钟 , 但在铁原子核中 , 中子也是稳定的 。
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有理论根据物质比反物质多推导出质子也会衰变 , 但缺少证据支持 , 不过即使按推测计算 , 质子的寿命也高达10^31年 , 到那会宇宙早已到达了热寂状态 。 而近来日本的超级神冈探测器在水中探测切连科夫辐射的实验中得出结论:如果质子完全衰变 , 半衰期至少长达10^34年 。
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猜测中的质子衰变方式:衰变后产生正电子和中性π介子 , 而中性π介子会再度衰变产生两个单位的伽马射线(γ):
p→e+和π0
π0→2γ
物质是来自哪里的?
问题已经到达了本源 , 现代科学认为宇宙中的所有物质都来自于138.2亿年前的大爆炸 , 当然这有广义相对论的背书以及无数科学家推导出来的宇宙膨胀和原初物质丰度和微波背景辐射站台 , 我们姑且信之 , 因为暂时还没有发现比这个更贴合观测的理论 。 大爆炸诞生物质的过程:
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138.2亿年前的某个时刻 , 炽热致密的奇点发生爆炸 , 随着这团物质的膨胀 , 宇宙中的四大基本作用力:引力、强力和弱力先后从中分离出来 , 随后暴胀开始 , 这个极速的膨胀将一切都抹平 , 即使现代仍然可以从微波背景的各向同性中仍然可以观测到 。
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暴胀结束后宇宙中充满了夸克胶子等离子体 , 温度的继续降低足以让夸克和胶子构成质子和中子 , 这是未来构成原子核的重要粒子 , 但必须等到讲到足以维持原初核聚变 , 原初物质的丰度就是这个时候决定的 , 这个时间持续了大约十几分钟 , 简单的说这个时期决定了早期宇宙物质比例 , 氢、氦以及少量的锂元素在此时诞生 。


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