生成氢气需要什么条件?要了解这个问题,首先要从氢原子本身入手,仔细研究形成氢原子所需的条件。目前,根据原子模型,我们知道氢原子是由电子和原子核组成的,原子核中有一个质子。
但这还没有结束。根据粒子物理的标准模型,质子仍然可以细分。质子由夸克组成。
一共有3个夸克,2个上夸克和1个下夸克。上夸克的电荷为2/3,下夸克的电荷为-1/3。因此,质子的电荷为:2/3+2/3-1/3=1。
但其实这里还有一个问题,那就是夸克为什么能形成质子,这涉及到强相互作用。
强力是通过胶子传递的,胶子用于将夸克束缚在一定范围内。夸克距离越远,强相互作用就越强。所以,夸克其实有点像被囚禁,被困在圣子里面。这也称为夸克禁闭。
另外,当我们描述一个粒子时,我们经常会用到三个物理量,即电荷、自旋和质量。至于质子的自旋,其原理尚未完全了解。质子的质量99%来自于强相互作用产生的能量(根据爱因斯坦质能方程E=MC^2,质量和能量是等价的,可以换算成质量。),1%来自于夸克的质量。根据希格斯机制,夸克的质量来自希格斯场,希格斯玻色子就是希格斯场的振动。所以,最后,我们可以总结:形成氢原子需要:
由夸克和电子传输的强相互作用胶子希格斯场(希格斯玻色子)粒子的起源。所以,事实上,科学家们通过粒子物理的标准模型,统一了除重力之外的四大力中的三种。传递这些的是基本粒子,也称为玻色子。组成物质的粒子称为费米子。
因此,氢元素的产生问题在这里转化为寻找基本粒子起源的问题。而这个问题实际上是从大爆炸开始的。据说大爆炸发生在138.2亿年前。
在大爆炸的第一秒发生了很多事情。一开始,宇宙开始冷却,空间距离扩大,四大力量逐渐分解。这时,宇宙中出现了各种基本粒子,包括夸克、胶子、电子、希格斯玻色子。
后来,各种基本粒子在希格斯场中获得了质量,在胶子的作用下,发生了夸克禁闭,这意味着质子形成了。质子1%的质量来自夸克和希格斯场的相互作用,99%的质量来自强相互作用。
不过,此时的温度仍然很高,仍然是等离子体。随着温度进一步下降,大约在大爆炸后38 万年,电子和原子核结合形成原子。
因此,其实在宇宙诞生之初,宇宙中的主要元素是氢,占70%以上,其次是氦,其他元素不足1%
除了氢之外,恒星内部其实也合成了其他元素,因此恒星也被称为元素炼金炉。具体来说,恒星的主要成分是氢和氦。然后在恒星的核心发生核聚变反应。这种核聚变反应有两条路径:质子-质子反应链和碳-氮-氧循环。
结果是4 个氢融合成1 个氦-4。你找到了吗?这时候排名就提升了。因此,恒星实际上总是在提炼元素并与更高的原子序数发生反应。
但这并不意味着你可以一直做出反应。由于铁的比结合能非常高,这意味着核聚变所需的能量大于反应输出的能量,即入不敷出,大多数恒星都停在了铁元素面前。如果质量特别大,可能会发生超新星爆炸,此时可以合成铁之后的元素。
我们地球上的元素是高级的。以木星为例,它的成分实际上与太阳非常相似。因此,科学家认为,太阳系周围曾经发生过一次超新星爆炸,而地球和地球上的一切都是那次超新星爆炸的遗迹。
最后,总而言之,氢是早期大爆炸的残余物。高级元素依赖于恒星和超新星爆炸。