大約140億年前，在所謂的宇宙“大爆炸”形成期間，只形成了最輕的元素——氫和氦以及微量的鋰和鈹。隨著宇宙塵埃雲和來自大爆炸的氣體冷卻，恆星形成，然後它們聚集在一起形成星系。

自然界中發現的其他86種元素是在這些恆星的核反應和被稱為超新星的巨大恆星爆炸中產生的。

在恆星生命的大部分時間裡，恆星融合元素氫在它們的核心變成氦。兩個氫原子結合成一個系列製造氦- 4的步驟。這些反應占太陽能量的85 %。剩下的15 %來自產生鈹和鋰元素的反應。

這些核反應產生的能量以各種輻射形式發射，如紫外線、x光、可見光、紅外線、微波和無線電波。此外，中微子和質子等帶電粒子被釋放出來，正是這些粒子構成了太陽風。

地球正處在這股能量流的路徑上，這股能量流溫暖著地球，驅動著天氣，為生命提供能量。地球大氣層能夠遮蔽掉大部分有害輻射，地球磁場能夠偏轉太陽風的有害影響。

當恆星的核心耗盡氫時，恆星就開始消失。垂死的恆星膨脹成紅巨星，現在開始透過融合氦原子製造碳原子。

更多的大質量恆星開始了更遠的距離系列核燃燒或反應階段。這些階段形成的元素從氧到鐵不等。

超新星爆發時，恆星釋放出大量的能量和中子，從而產生比鐵重的元素，如鈾和金。在超新星爆炸中，所有這些元素都被排入太空。

我們的世界實際上是由恆星核心深處形成的元素組成的，這些元素早已死亡。正如英國皇家天文學家馬丁·里斯爵士所說，“我們實際上是逝去的恆星灰燼。”當你買一個氣球時，氣球裡充滿了氦氣——其中大部分是在宇宙只有3分鐘大的時候產生的！

以下是氦元素參與反應制造新元素的例子:

3個氦原子融合成一個碳原子

碳原子+氦原子融合產生氧原子

氧原子+氦原子融合形成氖原子

氖原子+氦原子熔合生成鎂原子

116種已知元素中只有90種是自然產生的，那麼另外26種來自哪裡？

答案可以在被稱為粒子加速器的核電廠和機器的發展中找到:

科學家發現，透過讓快中子在核反應堆中與鈾的常見同位素鈾- 238碰撞，產生了“新”元素鈽。透過在被稱為粒子加速器的機器中將原子粉碎在一起，人們發現可以製造新的元素。例如，用氖原子轟擊鋦元素的原子，形成元素106——釒喜（Sg）。

106號元素，是一種人工放射性元素，化學符號106或Unh，屬週期系VIB族。半衰期最長的同位素是質量數為263的106號元素。已發現質量數為259、260、261和263的四種同位素。

1974年蘇聯杜布納聯合核子研究所的弗廖羅夫和奧加涅相等用加速器加速的鉻離子轟擊鉛靶，反應合成了質量數為259的106號元素的同位素。他們鑑定259以自發裂變的方式衰變，半衰期為千分之七秒。幾乎同時，美國加利福尼亞大學勞倫斯—伯克利實驗室的吉奧索等用加速器加速的氧離子轟擊259微克的鉲靶，反應合成了263，並用測量263衰變鏈子體的方法進行了鑑定。

氫是所有宇宙中存在元素的“祖宗”，元素週期表上的所有元素，在最開始，都是氫。

而氫是宇宙中最多的元素，雖然氫原子是最輕的原子，但是它的總重量卻佔到了宇宙總質量的75%，而從數量上來說，它更是佔整個宇宙的90%。

那麼，宇宙中的氫元素是如何產生的呢？

這要從宇宙的誕生說起，137億年前的一次大爆炸，宇宙開始了它的膨脹步伐，在極端的高溫高壓環境中，第一批構成粒子最基本的單位夸克、電子等產生了。

但這時候，因為高溫高壓，粒子們都紛紛處於遊離的狀態，我們可以稱之為“夸克湯”。

隨著溫度的下降，高能夸克們開始冷卻下來，並開始出現“夸克禁閉”的現象，它們互相結合，形成了質子。

在質子誕生的那一刻起，我們就可以說，氫元素已經誕生了，因為一種元素的屬性是由其原子核中的質子數決定的。這時候宇宙剛剛誕生0.00001秒；

但這時候宇宙仍然處於等離子體狀態，直到38萬年之後，宇宙終於涼了一點，此時終於有一個質子成功俘獲了一個電子，電荷中和，形成了不帶電的氫原子。

之後，透過聚變，氫生氦，氦生碳，粒子們互相聚集，最終形成了物質的宇宙。

為什麼氫是萬物之源，只因為它足夠簡單。

氫是這個宇宙中最簡單的元素，它由一個質子和一個電子構成。原子量為1.00794u（u為統一原子質量單位，1u為碳原子質量的十二分之一）。它是宇宙中最為常見的元素，佔重子數量的75%。它有三種同位素，分別是：氕、氘和氚。氕的丰度為99.9885%。其他兩種較為稀有。

圖：氫原子

氫原子是恆星的主要燃料，它在恆星中發生核聚變反應，生成了其他的重元素，並在這個過程中降低質量，轉換成能量釋放出來。

在138億年前，一個“奇點”突然發生了“爆炸”，為什麼爆炸，目前所有的理論都無法解釋。目前，科學只能瞭解普朗克時間以後的事情。

10∧−36秒開始發生了暴漲，暴漲大約只持續到10∧−33～10∧−32秒之間。暴脹結束後，宇宙繼續膨脹，但速度就低得多了。這時宇宙中的物質包括了夸克-膠子等離子體和其他的基本粒子。此時的宇宙非常的炙熱，所有的粒子都在以接近光速的速度運動著。

此時的物質和反物質數量是相等的，但是，某一種破壞這種平衡的的反應出現，它使得物質的數量超過了反物質的數量，超過的數量大約只有3000萬分之一。

宇宙誕生10∧-6秒之後，夸克和膠子開始結合成質子（反質子）和中子（反中子）。此時的溫度已經不足以形成質子～反質子對、中子和反中子對，物質和反物質之間發生湮滅，最後只剩下了大約十億分之一的物質。

宇宙誕生1秒以後，電子和正電子也經歷了這一切，湮滅反應後，只剩下了電子。

大約在宇宙大爆炸後的第三分鐘，隨著宇宙的進一步膨脹，溫度降低到大約10多億度，物質密度大約降低到海面大氣的密度。一小部分質子和中子開始結合形成了氘（氫的同位素），其他的質子形成了氫，氫進一步的聚變形成了氦，並且還生成了極微量的鋰和鈹。這個過程大約進行了17分鐘，即宇宙誕生的第20分鐘。這就是太初核融合。

隨著宇宙的膨脹並冷卻，核融合就停止了下來，也幸好宇宙能夠以極高速進行膨脹，晚一點這個宇宙的核融合就可能進行到後面的較重元素，這樣的宇宙就不大可能會誕生出生命來了。

1）輕原子的形成：按照主流的大爆炸學說，在大爆炸的瞬間沒有物質，只有純能量。隨即發生了快速的暴漲，之後宇宙則一直處於膨脹之中。隨著空間膨脹，體積增大，溫度也隨即下降，純能量開始產生了最初的基本粒子，例如光子、中微子、正負電子對、正反夸克對，不斷地產生與湮滅。由於人類尚沒有完全弄明白的機制，發生了CP破壞，宇宙中的正物質多於反物質（約十億分之一的多出率），出現了質子、中子、電子、光子與中微子。在宇宙產生之後約三分鐘，在高溫高能環境中，中子衰變成了質子與電子形成了氫核，或者與質子一起形成了氦核，也包含很少量的鋰核，但此時電子沒有被核捕捉，因此沒有形成原子。宇宙處於等離子體的相態。

一直膨脹到約38萬年，溫度下降到足夠低，此時的原子核可以捕捉到電子而形成了穩定的原子。宇宙中的光子及中微子可以自由穿行了，到今天則形成了宇宙微波背景輻射（CMB），而中微子背景輻射尚未被發現。這一切的詳細論述可以拜讀諾獎獲得者S.溫伯格的名著《最初三分鐘》

2）鐵以下的其它元素的形成：由貝特首創，經過福勒、霍伊爾、伯比奇夫婦等人的不斷完善，恆星內部的核合成學說日趨完善。從碳至鐵的所有元素都是在恆星的內部透過核聚變鏈而形成

3）鐵以上的元素形成：大質量的恆星，其內部完成了鐵聚變之時，也開始了它的死亡之旅。沒有力量能阻止巨大引力而產生的恆星塌縮，而且極為迅速。在塌縮時，引力不斷壓縮恆星核心，同時向外的能量不斷拋射恆星的外表物質。但引力是最終的羸家，在最後的死亡來臨時，大質量恆星將發生宇宙中最大的能量爆炸：超新星。爆炸產生的巨大的能量可以再次點發核聚變，產生了鐵以上的元素。由於時間短，因此量（丰度）也很少

可見宇宙的初期只能產生輕元素，主要是氫和氦，它們的丰度比約3：1，這與人類的觀測一類。而其它的元素都是在恆星內部透過核聚變形成的。從這個意義上說，人類就是恆星的餘輝！

開始也是暗物質，經長期演變化合而成，暗物質又是怎麼產生的呢？它來自虛無空渺的世界，虛無空渺的世界又是怎麼來的呢？空即是形，形即是空，虛無飄渺，空奧厡真，一個細菌，能無限繁殖，一點星火又如汪洋火海，濛濛沌沌，是是非非，皆為空起，起而又空，無窮盡也。

其實我只能解釋高階物質分解出低階物質，宇宙中物質與空間來源四維物質的分解。一沙一世界瞭解。這其中包含瓶子能裝多少水，不在於瓶子大小。而在於瓶子中有多少空間。空間也是一種物質或能量。當空間也是可以分割與壓縮的。比如黑洞中空間因為引力原因，可能層層疊壓，而且是空間很大很大。不是我們想像中的一個小點。

答：氫元素和氦元素是宇宙中丰度最高的兩種元素，其他元素佔比不到1%，其中氫元素就佔了大約75%；按照宇宙大爆炸理論的說法，宇宙中的氫元素和氦元素，是大爆炸開始10秒後大量形成的。

太陽有45.7億年的歷史，在這期間，太陽中的氫元素進行核聚變反應，生成了氦元素，並釋放大量能量；目前太陽的元素中，氫元素質量大約是71%，氦元素質量大約是27%，其他元素大約2%。

目前，宇宙大爆炸理論對宇宙元素丰度的預言，和實際觀測情況高度吻合，使得宇宙元素丰度成為宇宙大爆炸理論的重要證據之一。

根據宇宙大爆炸理論的觀點，138億年前，我們宇宙從一個半徑無窮小的奇點開始暴漲，起初的溫度高達10^32度（普朗克溫度）數量級，然後宇宙溫度隨著宇宙膨脹逐漸降低。

在大爆炸後大約10秒，溫度降至30億度，此時核力可以束縛質子和中子，於是質子和中子結合成穩定的氦元素，而大量的自由質子，則極易和自由電子結合成氫元素（氕），於是宇宙中形成了大量的氫元素和氦元素，雖然經過138億年的時間，大量氫元素在恆星中燃燒成了氦元素，但我們宇宙中的氫元素還是比氦元素高出很多。

而在我們地球上，氫元素含量只有0.75%，這是因為地球屬於固體星球，地球的引力難以束縛住氫元素和氦元素，在地球大氣層外層，每天都有大量的氫元素和氦元素逃逸到宇宙空間中；對於像木星這樣的氣態行星，就擁有高達75%的氫元素，以及大約25%的氦元素組成。

宇宙中的氫元素是怎麼產生的？

如果不認可宇宙誕生於一場大爆炸的話，確實有點難以解釋氫元素來自哪裡，一直就有？當然它肯定有一個來歷，下面來簡單介紹下氫元素的誕生！

相傳宇宙在138.2億年前發生了大爆炸，一個無限小的起點開始了無窮的的膨脹；

10^- 35 秒之後，大統一作用力瓦解成了成了支撐整個宇宙的四種基本作用力；

此時宇宙中溫度極高，儘管宇宙已經開始暴漲，但如此高溫下膨脹的仍然是一團能量，尚未有物質出現！當然大爆炸論認為此時是一團自由夸克和膠子的濃湯，即可夸克膠子等離子體！

RHIC 科學家制造出“完美的”液態夸克膠子等離子體

10^- 6 秒時，當溫度低於2萬億攝氏度(（175億eV）)（夸克相變溫度），夸克在量子色動力的框架下，上下夸克三個和強作用力媒介的膠子開始形成質子與中子！

宇宙計時3分鐘時，自由質子俘獲電子，構成了最初的氫元素，即氫的同位素氕！此時宇宙中存在大量的自由質子，自由中子以及電子，因此同時聚變形成的還有氦和鋰元素！

從宇宙最初幾分鐘之後，剩下的事情就交給暴漲與引力了，因為這些已經誕生的物質將在未來一億年內在分佈不均勻的宇宙中由引力主導坍縮成恆星，開始了氫元素的聚變之旅！它會一路從氦元素-碳元素-氧元素等一直到鐵元素（其實是鎳）！

至此恆星沒有輻射壓，無法支撐外殼的坍縮，超新星爆發，在這個過程中會有慢中子捕獲（S過程）和快中子捕獲（R過程）快速形成各種重元素，一直到92號鈾元素，當然也有可能形成更高號的元素，但都不長久，很快就會衰變成其他元素！因此穩定留下的僅僅是鈾元素和在它前面的元素！

不過超新星爆發形成的重元素比較有限，而更大質量的中子星合併則會產生更多的重元素，比如現代天文理論認為黃金即主要是由中子星合併產生！比如GW170817這個個由雙中子星合併產生的引力波事件中科學家認為其合成的黃金超過300個地球的質量！

而超新星爆發後的塵埃雲，千百萬年後又將形成新的恆星和行星，將會開啟宇宙熱寂之旅！

構成氫需要哪些條件？

要了解這個問題，我們就得先從氫原子自身出發，仔細研究一下要構成一個氫原子需要具備哪些條件。目前來說，根據原子模型，我們知道，氫原子是由一個電子和一個原子核構成的，而原子核內有一個質子。

但這還沒完，根據粒子物理標準模型，質子還是可以再分的，質子是由夸克構成的。

一共是三個夸克，分別是2個上夸克和1個下夸克，其中上夸克帶2/3個電荷，下夸克帶-1/3個電荷。因此，質子的電荷為：2/3+2/3-1/3=1。

但其實這裡還有一個問題，那就是夸克為什麼可以構成質子，這就要提到強相互作用了。

傳遞強力的是膠子，用來把夸克束縛在一定範圍內。夸克只要距離越遠，強相互作用就會越強。因此，夸克其實有點類似於被關了監獄一樣，被困在之子中。這也被稱為夸克禁閉。

除此自外，我們在描述一個粒子時，常常會用到三個物理量，分別是電荷，自旋和質量。對於質子的自旋，目前還沒有完全搞清楚原理。而質子的質量，99%來自於強相互作用產生的能量（根據愛因斯坦質能方程E=MC^2，質能等價，可以換算成質量。），而1%來自於夸克的質量。而根據希格斯機制，夸克的質量來自於希格斯場，希格斯玻色子則是希格斯場的振動。所以，最後，我們可以來總結一下：構成一個氫原子需要：

所以，其實科學家透過粒子物理標準模型將四大作用力中除了引力之外的三種力統一了起來。而傳遞這些裡的是基本粒子，這一類粒子也被稱為玻色子。而構成物質的粒子則叫做費米子。

所以，產生氫元素的問題在這裡轉換成了尋找基本粒子起源的問題。而這個問題，其實要從宇宙大爆炸說起。話說在138.2億年前，發生了宇宙大爆炸。

在大爆炸第一秒內發生了許許多多的事情。一開始宇宙開始降溫，空間距離膨脹，四大作用力逐漸分解開來。此時，宇宙出現了各種基本粒子，其中就有夸克和膠子、電子、希格斯玻色子。

後來各種基本粒子在希格斯場中獲得了質量，而在膠子的作用下，出現可“夸克禁閉”，也就是說形成了質子。質子中1%的質量來自於夸克和希格斯場的相互作用，99%的質量來自於強相互作用。

但是，此時的溫度還很高，還是等離子體。隨著溫度進一步的下降，大概在宇宙大爆炸之後的38萬年後，電子和原子核結合成為原子。

因此，其實宇宙開始初期，宇宙中主要的元素就是氫元素，佔比達到了70%多，其次是氦，其他元素還不到1%

除了氫元素之外，其實其他的元素是在恆星內部合成的，所以恆星也叫做元素煉丹爐。具體來說，就是恆星的主要分成是氫元素和氦元素。然後恆星的核心發生著核聚變反應。這個核聚變反應有兩條路徑：質子-質子反應鏈和碳氮氧迴圈。

結果就是，4個氫融合成1個氦-4。發現沒有？這時候順位就提高了。所以，恆星其實一直都在煉“元素”，往原子序數高了反應。

但並不是說，可以一直反應下。由於鐵的比結合能很高，意思是核聚變產生所需要的能量比反應輸出的能量還要大，也就是入不敷出的，大多數的恆星都停在了鐵元素之前。如果，質量還特別大，有可能會產生超新星爆炸，這時候就可以合成鐵之後的元素。

我們地球上的元素就屬於順位很高的那種，就拿木星來說，它成分其實和太陽很像。所以，科學家認為，在太陽系周圍曾經發生了超新星爆發，而地球和地球上所有的東西，都是那一場超新星爆炸帶來的留下來的殘渣。

最後，總結一下，氫元素是宇宙大爆炸早期留下來的。而更高順位的元素需要依賴於恆星和超新星爆發。

答“宇宙中的氫是從哪裡來的？”

2021年2月25日

萬物都是由宇宙中存在著的唯一的物質——熱粒子——構成的。氫當然也不例外。除了獨立態熱粒子，宇宙中的萬物都是熱粒子的聚合態。熱粒子由獨立態變成聚合態——萬物，是需要力將獨立態熱粒子擠壓成聚合態——萬物——的。這個力從何而來？是從由獨立態熱粒子構成的高速旋轉的黑洞中形成的。這種可以把熱粒子由獨立態擠壓成聚合態——萬物——的力，我稱之為是宇宙力。在黑洞形成最初的宇宙力時，這樣的宇宙力還不是很大，但已足以將獨立態熱粒子擠壓成電子、中子、質子、原子核這些基本粒子，繼而進一步將這些基本粒子擠壓在一起形成簡單的輕元素，如氫元素和氦元素。這就是氫產生的原因。然而，事物的發展並沒有就此結束，事物繼續發展著。於是，黑洞中的宇宙力會越來越大，被擠壓成的基本粒子和輕元素也就越來越多。但是，這些被擠壓成的基本粒子和輕元素在極高溫度的黑洞中是難以長期存在的，是會再度被分解為獨立態熱粒子的。以熱粒子的緻密狀態為表現的基本粒子和輕元素被分解為獨立態熱粒子時，黑洞中區域性區域中的獨立態熱粒子的密度會驟然增大，導致黑洞內區域性區域中會產生更大的宇宙力，更大的宇宙力又會把更多的獨立態熱粒子擠壓成更多的基本粒子和輕元素。黑洞就處於這種產生把獨立態熱粒子擠壓成基本粒子和輕元素，又將這些基本粒子和輕元素分解為獨立態的迴圈過程中。直至某一時刻因為某一原因（如體積巨大的自由天體撞進黑洞並被黑洞的極高溫度分解為獨立態熱粒子）而使黑洞發生最終的足以使黑洞覆滅和解體的大爆炸（黑洞的覆滅和解體的結果是一個新的星系的產生）。這樣的大爆炸會使黑洞產生超乎想象的更為強大的宇宙力。這種超強宇宙力在把更多的獨立態熱粒子擠壓成更多的基本粒子和輕元素的同時，還會把更多的基本粒子擠壓成元素週期表中的所有物質元素和由這些物質元素組成的萬物。於是，黑洞中的50%左右的獨立態熱粒子透過宇宙力的擠壓而轉化為了包括氫元素在內的輕物質和由重元素組成的萬物。包括氫元素在內的萬物若不是這樣產生，還能是怎樣產生的呢？