组成宇宙的物质来自哪里!元素是如何产生的!

问题描述:

组成宇宙的物质来自哪里!元素是如何产生的!

最初三分钟里形成的氢和氦,构成了宇宙中99%以上的物质。形成行星和生命的丰富多彩的重元素,只占宇宙总质量的不到1%,它们大部分是在大爆炸之后很久于恒星的内部形成的。

宇宙本来是没有东西的 有了正反物质【相当于0=+1+-1】 才有了今天 不过我也不明白为什么要产生一个宇宙 有什么意义

宇宙的组成物质来自黑洞,元素就是被逼出来的。 回答请采纳。虽然很YY,但是不YY就木有意思了。

氢是元素之母,所有元素都源于氢的核聚变

对于第一个问题,组成宇宙的物质:组成恒星、行星、星系--当然还有我们--的物质,或者叫普通物质,只占宇宙总质量的不到5%。他们估计,另外25%,可能是由尚未发现的粒子组成的暗物质。剩下的70%呢?天文学家认为那可能是暗能量--让宇宙加速膨胀的力量。
然后,组成普通物质的是元素。
宇宙中的元素通过宇宙核素合成、恒星核素合成以及银河宇宙线与星际物质相互作用生成。
宇宙核素合成 元素起源与宇宙起源密切相关。宇宙大爆炸模型认为,宇宙起源于极热和密度很大(温度高于1013K,密度约1015克/厘米3)的原始火球,一次大爆炸使得宇宙不断膨胀,辐射温度和物质密度不断降低,这个膨胀过程今天仍在继续。当温度降到低于1010K时,中子开始失去*存在的条件,发生衰变或与质子结合,按下面反应生成H、D、3He、4He和少量7Li:
反应式中,n为中子,p为质子,e-为电子, ve为电子中微子,γ为伽马射线,v 为中微子。温度下降至低于3000K时,物质逐渐凝聚形成恒星,宇宙进入恒星演化的时代。
恒星核素合成 伴随恒星的演化,宇宙核素合成的轻元素经由恒星核素合成过程,逐步生成宇宙的各种重元素。
恒星中的氢燃烧,氢燃烧,静态碳、氧和硅燃烧,爆炸碳、氧和硅燃烧,以及e过程合成铁峰元素(见元素宇宙丰度)和铁峰元素之前的元素;铁峰元素以后的重元素由s过程、r过程和p过程合成。
①氢燃烧 恒星内H核(质子)聚变为 He核的过程。这个过程的结果是4个H核转变为1个4He,两个正电子(e+)和两个中微子(v)。 质量和太阳相当的恒星中发生的H燃烧叫质子-质子循环,它可通过下面3个分支反应过程分别完成:
发生反应的温度为1.0×107~2.0×107K,密度约100克/厘米3。反应持续时间大于1010年。在质量较大的恒星内部(中心温度和密度较高)发生的是碳-氮-氧(CNO)循环:
C、N和O在反应中起催化剂的作用。到达反应平衡后,这个循环使大部分的C、N、O核素转变为14N,因此也是恒星合成14N的主要过程。
②氦燃烧 3个4He核直接聚合为稳定12C的核过程,又称三α反应。这个过程在恒星核心的H耗尽之后,温度接近108K,密度为105克/厘米3时发生。在上述条件下,生成的12C可与4He反应生成 16O。氦燃烧的主要结果是生成12C和16O。
③静态碳、氧和硅燃烧 两个12C聚变为20Ne、 23Na和23Mg;两个16O聚变为28Si、31P和31S;28Si发生光分裂放出中子、质子和α 粒子,随后这些粒子与28Si和由28Si生成的更重核素反应生成直至铁峰核素(见元素宇宙丰度)的核过程,依次称为碳燃烧、氧燃烧和硅燃烧。碳燃烧在温度为5×108~8×108K时发生,反应式为:
上面反应式中,α为α粒子。温度约 2×109K时发生氧燃烧反应:
此时,12C和16O之间也可发生核反应。静态碳和氧燃烧生成质量数为 20~40的各种核素。静态硅燃烧在温度约3×109K,密度约108克/厘米3的环境下发生。
④爆炸碳、氧和硅燃烧 在恒星的富C、O和Si带中发生的爆炸核素合成过程。这些过程可生成静态C、O和Si燃烧过程不能生成的24Mg、25Mg、29Si和 30Si等稀少核素。在温度约2×109K和密度约105克/厘米3时,在富碳带发生爆炸碳燃烧,生成20Ne、23Na、24Mg、25Mg、26Mg、27Al、29Si和30Si;温度为2.6×109K和密度约为2×105克/厘米3时,在富氧带发生爆炸氧燃烧,生成28Si、32S、34S、35Cl、36Ar、40Ca和46Ti;温度约4.7×109K和密度约2×107克/厘米3时,在富硅带发生爆炸硅燃烧,生成32S、36Ar、40Ca、52Cr和54Fe等核素。氦燃烧生成的12C和16O为爆炸碳和氧燃烧提供了物质基础,而爆炸硅燃烧的初始物质是静态氧燃烧的产物。静态核燃烧是爆炸核燃烧的预过程。
⑤ e过程 恒星原子核反应的统计平衡过程。e是equilibrium(平衡)的缩写。当质量大于 8Mo(太阳质量)的恒星中心温度T≥5×109K,密度ρ>3×106克/厘米3时,高能光子和恒星前期合成的核素发生大量的碰撞,结果导致核的碎裂,同时生成的碎片又很快和其他粒子结合,最终在核的瓦解和形成之间建立起统计平衡,生成最稳定的铁峰元素(V、Cr、Mn、Fe、CO、Ni等)。
⑥s过程 以56Fe为起始物质,通过逐级慢中子俘获反应生成质量数A直至 209的核素的核过程如图。s过程在恒星演化的红巨星阶段产生。反应所需的中子主要由恒星内的氦燃烧过程产生的核反应提供:
s过程在A=209处,由于209Pb发生衰变而截止。过程持续的时间约为104年。
⑦r过程 以56Fe为起始物质,通过连续快中子俘获反应生成富中子核素的核过程。质量数 A>209的全部核素都是由r过程合成的。r过程由于生成的重核发生裂变而截止,一般认为截止点在质量数A为260附近(见图)。r过程在超新星爆炸时产生,持续时间为数秒钟。反应所需的大量中子由超新星爆炸提供。
⑧p过程 超新星激波通过其外层富氢气圈时,以s过程和r过程核素为起始核,通过(p,γ)反应或(γ,n)反应生成富质子核素的核过程。生成较轻的富质子核素(A150)以(γ,n)反应为主。过程发生的温度约1010K。
Li、Be和B核素的合成 在温度约106K下,Li、 Be和B可被恒星中发生的(p,γ)或(p,α)反应销毁。在氦燃烧阶段,4He通过三α反应跨越Li、Be和B元素直接生成12C和16O,因此恒星内的核过程不能生成Li、Be和B。
宇宙的6Li、9Be、10B和11B核素由银河宇宙线的高能粒子(106~1020电子伏)与星际物质(主要为C、 N和O)的相互作用生成。这个核过程在历史上曾称为x过程,它是一个高能吸热核反应。这个过程分两步进行:①高能粒子(质子和α粒子)轰击星际物质,穿入靶原子核中与核内的数个核子碰撞,这些核子又与核内的更多核子碰撞,产生级联反应,其中一些核子在碰撞过程中获得足够的能量与入射粒子一起离开靶核。②处于高激发态的残留核通过发射数个核子释放剩余能量,这个阶段称为破裂阶段。整个过程叫做核散裂反应。银河宇宙线中的低能粒子与星际物质的核反应可以生成7Li。另外,在宇宙大爆炸中,在新星和超新星爆炸时,以及红巨星中的核过程也可生成一部分7Li。
核素合成的发生区域 不同的核素合成过程发生在不同的区域中。宇宙核素合成发生于高温、致密的早期宇宙中,散裂核反应生成轻元素发生于星际介质中,其他的核素合成过程发生于恒星中。
恒星核素合成过程与恒星演化阶段是相互对应的。氢燃烧发生于主序恒星中,它是恒星能量的主要来源。红巨星内部发生氦燃烧,表面是s过程的发生区域。爆炸碳、氧和硅燃烧、e过程、r过程和 p过程发生在恒星演化末期。
超新星是爆炸核素合成的主要区域。它具有层状结构,各层物质是各静态核燃烧过程的产物。新星是爆炸核素合成13C、15N、17O和19F的区域。
恒星由弥漫的星际介质凝聚而成,在其生命的后期又通过爆炸把核素合成产物抛向星际空间,返回星际介质。由此新的恒星又从星际介质中诞生。恒星的寿命与其质量相关,质量越大,演化越快,寿命越短。太阳(年龄约为46亿年)和质量比太阳大的恒星,寿命比银河系年龄(约 120亿年)短得多。表明银河系目前的元素分布特征是若干代恒星核素合成产物的综合结果。太阳系的元素分布特征,反映了太阳系形成之前活跃在银河系中的各种核素合成过程产物的累计平均状况。

物质是守恒的,目前已经发现能量可以转化成物质,但如果把能量看成物质的一种形式,那么物质也是守恒的。至少以我们目前所知是这样的。所以物质应该本来就存在,不生不灭,只是经常从一种形态转化为另一种形态。
不同的元素有不同的产生方式,根据现在的宇宙模型,氢和氦两种元素是在宇宙早期温度极高时,由基本粒子合成的。其他元素是恒星产生后才形成的。恒星最普遍的元素产生过程是有氢聚变成氦,但温度更高时,氦可以继续聚变形成比铁元素轻的很多元素,比如碳、氧、氖、硅等等,一直到铁。比铁更重的元素一般是在超新星过程中产生的。超新星爆发时,温度高的不可思议,会使铁元素进一步形成更重的元素,比如金、银等。

宇宙最开始,没有物质只有能量,大爆炸后物质由能量转换而来(质能转换E=mcc),当代粒子物理学告诉我们,在足够高的温度下(称为“阈温”),物质粒子可以由光子的碰撞产生出来.
下面是宇宙进化的详细过程:
】宇宙诞生第1/10000秒(时标),温度达几十万亿开,大于强子和轻子的阈温,光子碰撞产生正反强子和正反轻子,同时其中也有湮灭成光子.在达到平衡状态时,粒子总数大致于光子总数相等,未经湮灭的强子破碎为“夸克”,此时夸克处于没有任何相护作用的“渐进*状态”.宇宙中的粒子品种有:正反夸克,正反电子,正反中微子.最后,有十亿分之一的正粒子存留下来;
】时标0.01秒温度1000亿开,小于强子阈温大于轻子阈温.光子产生强子的反应已经停止,强子不再破碎为夸克,质子中子各占一半,但由于正反质子正反中子不断湮灭,强子数量减少.中子与质子不断相护转化,到1.09秒时,温度100亿开,质子:中子=76:24;
】时标13.82秒,温度小于30亿开,物质被创造的任务完成.中子衰变现象出现,衰变成质子加电子加反中微子.这时质子:中子=83:17;
】时标3分46秒,温度9亿开,反粒子全部湮灭,光子:物质粒子=10亿:1,中子不在衰变,质子:中子=87:13(一直到现在);这时出现了一个非常重要的演化:由2个质子和2个中子生成1个氦原子核,中子因受核力约束而保存下来.宇宙进入核合成时代.(如果没有氦核产生,中子将全部衰变,也没有以后其它的原子核)
】时标30万—70万年,温度4000—3000开,能量和物质处于热平衡状态.开始出现稳定的氢氦原子核,宇宙进入复合时代.在后期宇宙逐步转变为以物质为主的时代.(光子随着温度的降低而可以*穿行,即今天的3开宇宙背景辐射!)
】时标4亿—5亿年,温度100开.物质粒子开始凝聚,引力逐渐增大,度过“黑暗时代”后,第一批恒星星系形成.
】随着第一批恒星的形成,原子在恒星的内部发生了核聚变反应,进而出现了氦,炭、氧、镁,铁等元素原子核.核聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在一定条件下 (如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式.
(值得注意的是,不同质量的恒星能引发的核聚变程度不同,太阳主要为氢—氦聚变,重一点的会引发炭—氧—镁聚变,再重的会引发下一轮聚变.总的顺序简略依次为:氢—氦—炭—氧—镁—硅—铁.但无论恒星多重,最终的聚变结果只能是铁,恒星内部不能产生比铁更重的原子核!)
凡是元素周期表上有的(除人造元素外),都是在恒星大炼炉里形成的,铁以后的原子核,只能在超爆中产生.

宇宙所有物质来源于宇宙空间,原因是由于200亿年前的一次宇宙大爆炸。大爆炸2秒钟后,产生了质子和中子,在随后的11分钟内,*中子开始衰变,形成了重元素的原子核。大约又过了10000年,产生了氢原子和氦原子。 资料来源于《宇宙大爆炸理论》。