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  • 1 # 天高兮雲淡

    這個問題問得不嚴謹,聚變到鐵元素核聚變未必停止,準確的說就是核聚變到鐵元素就不再釋放能量,比鐵元素序數大的元素也可以核聚變。我們都知道恆星都在進行核聚變,透過核聚變釋放能量,氫聚變成氦,再接著聚變下去,生成比氦元素序數更大的元素,所以說恆星是元素的加工廠,恆星透過核聚變釋放能量抵抗恆星內部巨大的引力,但是,比鐵元素序數小的元素聚變時都會發生質量虧損,釋放能量,鐵聚變不能釋放能量,所以從核聚變角度上看,鐵是能量最低的元素,也就是最穩定的元素,像太陽這樣質量的恆星,聚變到鐵元素也就停止核聚變了,沒有能量釋放就不能對抗太陽強大的引力,到時候太陽就會塌縮成紅矮星。一些比太陽大的多的恆星,聚變到鐵元素以後,因為不能繼續釋放能量,在巨大的引力下迅速塌縮,塌縮到一定程度,巨大的殘餘能量推動下,突然會發生爆炸,這就是超新星爆發,超新星爆發的一瞬間,鐵元素吸收能量後,繼續聚變,比鐵元素序數大的元素,比如銅,金,銀等瞬間聚變出來,隨著超新星爆發這些重元素,散播到宇宙各個角落,我們今天地球上看到的金,銀,銅等元素,就是來自遙遠的某些超新星爆發的產物,他們把重金屬散播到地球上,聚變出這些重元素需要吸收能量,因此從原子核角度看,他們就不如鐵元素穩定,因此好多重元素比如鈾,釷等都有放射性,也就是透過核裂變釋放能量,從而變得穩定。所以核聚變到鐵未必就停止了。

  • 2 # 醉花音

    謝邀。恆星核聚變到鐵元素就進行不下去了,其根本原因還是恆星的質量太小了,鐵元素的形成是行星形成核心的關鍵,我們以太陽系中的太陽為例子;再經過50億年,太陽中的氫元素被消耗完,其核心慢慢地從氫變成氦,這是開始燃燒氦元素,同時其尺寸將膨脹達到火星軌道,變成一顆紅巨星,如果連氦元素也燃燒完了,那麼恆星的外層就開始消散,只留下核心本身,從而變成和地球一樣大的白矮星。

    1:由於質量不夠大,白矮星內部只能產生元素週期表中鐵以前的元素,這時太陽就成了宇宙中的一顆死星。現在開始擴大質量,如果恆星的質量是太陽的40倍或更高,那麼以上的過程就會更加迅速,此時恆星叫做超紅巨星,恆星內部自然可以產生鐵元素以前的元素,並且是一顆混合星,但是當產生元素的程序到達鐵元素時,熔合過程不能產生大量能量,經過幾十億年後這個巨大的核熔爐就會關閉;

    2:但此時的恆星質量還是非常大,在巨大的引力下,恆星內部開始坍縮,電子將倍被壓進原子核,這時恆星的密度是水密度的4000億倍,溫度將達到萬億度,由此恆星開始爆炸形成超新星,巨大的熱量將合成鐵以後的重元素,這就是重金屬元素的形成過程。

    在這裡我們可以想到,地球上有大量的鐵礦石,在地球形成之前,就有一顆已經死亡了的超新星,其丟擲的隕石碎片內含有鐵礦石,然後被太陽的引力俘獲形成今天的地球。所以,地球上的重金屬元素基本都是死亡的恆星合成的,只有當恆星的引力大到可以將電子壓入原子核時,恆星的核聚變程序才能持續到鐵以後的元素。

  • 3 # 星宇飄零2099

    原因很簡單,鐵聚變釋放的能量小於使其發生聚變所需的能量。

    也就是說它越聚變恆星的能量反而越小了,這樣就沒有產生能量來抵禦引力坍縮,所以恆星直接就坍縮了。

    元素核聚變產生的能量來自質量虧損,元素越輕,核聚變產生的質量虧損越大,也就是產生的能量越大。而元素越重,原子核所包含的質子越多,由於電磁力的同性相斥,因此越難發生聚變。越重的元素,需要點燃核聚變的溫度越高,產生的能量轉化的溫度越低,到了鐵,剛好就產生核聚變所需的能量剛好大於核聚變釋放的能量。

  • 4 # 科學探秘頻道

    這個涉及的能量的釋放和吸收問題。以鐵原子為界限,原子序數小於鐵的核聚變是釋放能量的,此時的核聚變稱為氫核聚變,也稱為熱核聚變。恆星釋放光熱能量,發生的就是可控熱核聚變。

    而大於等於鐵核聚變的核聚變是吸熱的,屬於重核聚變。在恆星星核內,氫核聚變的末期,已經產生了很多的重核(鐵核),這個時候下,可反應的氫核數量較少,釋放的核能量也較少。或許這時候釋放的能量可以支援少量的重核發生核聚變,但是隨著氫核的完全反應,已經沒有能量支援重核反應了。所以,恆星的核反應也就聚變到鐵核為止。當然了,這個過程中還是有少部分比鐵核重的元素形成,要不宇宙中怎麼會有鐵核以上的元素呢?

    當然,更重的元素,就需要極端的天體事件才能形成。例如金元素,據猜測就是在中子星合併已經超新星爆炸的時候產生的,因為只有這種極端環境下,才有足夠能量和壓力,支援重核聚變產生重金屬元素。

  • 5 # 老卡2020

    恆星核心聚變到鐵元素的時候,釋放的能量不足以讓鐵元素繼續進行聚變反應,也就是說此時的核聚變是一種“吸熱反應”,導致核心的輻射壓力不能抵抗重力,恆星核心進一步收縮,達到1.4倍太陽質量的時候,電子簡併力無法再抵抗重力,鐵核心突然崩潰急劇收縮,溫度瞬間上升到幾十億度,湧出大量高能中微子,將鐵原子核炸裂並分解成質子和電子,壓力急劇上升,瞬間又把電子擠壓進質子內變成中子,於是一箇中子化核心形成。恆星外層物質在重力作用下以30000km/s的速度墜向中子化核心並反彈形成衝擊波,將整個恆星外層全部炸碎吹散到宇宙中,形成II型超新星爆發,留下一個高速旋轉的中子星(脈衝星)。

  • 6 # 科技和生活

    就像我們的太陽一樣,所有恆星都是透過核聚變來發光發熱的,這是因為聚變的過程中會釋放能量,恆星通常都是從氫元素開始聚變,由氫元素聚變成氦元素,通常為四個氫原子聚變成一個氦原子,但是鉅變之後的氦原子比4個氫原子的質量要小,這說明在這一過程中會有質量損失,而損失的質量正是轉變成了能量。

    通常大質量恆星從氫元素開始聚變成氦元素之後,會順著元素週期表一路向上聚變,因為氦元素可以聚變成鋰元素,接著鈹元素,硼元素等一直聚變下去,直到出現鐵元素的時候,這個恆星的死亡時刻就會到來,因為一旦鐵元素在恆星內部開始出現,就代表著超新星爆發要開始了,這顆恆星會發生劇烈的爆炸,之後轉變成一顆中子星或者黑洞。

    那麼為什麼進行的鐵元素的時候,恆星內部的核聚變就不能再進行下去了呢?原因說起來也簡單,就是鐵之前的元素再聚變成鐵元素的時候已經不是能量釋放狀態了,而是需要吸收能量才可以做到。

    為什麼鐵之前的元素聚變的時候可以釋放能量,但是鐵元素就不能再釋放能量而需要吸收能量了呢?這裡就必須得說一下中子的形成了,當一個質子和一個電子合成中子的時候,它是需要吸收能量的,因此中子的質量通常要比一個質子和一個電子相加之和要大。

    鐵原子的構成是26個質子26個電子和30箇中子,合成如此多的中子需要吸收大量的能量,因此合成鐵元素需要吸收的能量已經超過了低階元素據變成鐵元素原子核釋放的能量,所以當恆星內部出現鐵元素的時候,就代表著這顆恆星內部需要吸收的能量已經超過了其釋放的能量。

    當恆星內部不再釋放能量的時候,它的內部輻射壓將陡然減少,巨大的引力壓縮之下,所有的物質都會向核心集中,因此恆星塌縮現象就發生了,而且這樣的事情只發生在一瞬間,巨大的質量會將恆星的中心元素進一步聚變,所以這一瞬間也會產生鐵以及鐵以上的很多元素,而且這些元素都是需要吸收能量的,恆星的中心會產生1000億度的高溫,在劇烈的高溫高壓之下就形成中子星,而當中子星形成之後,繼續坍縮的物質撞擊到中子星的表面就會被反彈出去,從而也就會發生劇烈的超新星爆發現象了。

    如果恆星中心但溫度更高壓力更大,溫度超過3000億度,那麼很可能就會產生黑洞了,產生黑洞的超新星爆發的時間通常都很短暫,因為黑洞會迅速吸收發生超新星爆發的恆星的物質,幾乎會將整個恆星都吸入其中。

  • 7 # 火星一號

    關於這個問題,需要了解什麼是比結合能。除了氕原子核外,其他原子核均是由質子與中子(統稱核子)透過強核力結合在一起。為了使原子核中的核子分開,需要克服它們之間的強核力,對應所需的能量被稱為結合能。把原子核的結合能比上核子數(質子和中子數之和)就是比結合能,比結合能越高,原子核越穩定。各原子核的比結合能如下圖所示:

    從上圖中可以看到,鐵-56的比結合能在所有原子核中最高,這意味著它最為穩定,它很難發生核聚變,也很難發生核裂變。比鐵更小的原子核發生核聚變之後,結合為更重的原子核,其反應釋放出的能量大於吸收的能量,所以這種放熱反應很容易進行下去。但到了鐵核聚變之時,其反應釋放出的能量則會小於吸收的能量,所以這種反應會不斷消耗能量。

    對於那些最初質量在太陽8倍以上的恆星,它們的核聚變從氫核聚變開始,能夠持續合成重元素。透過核聚變反應產生的巨大能量來對抗自身的引力坍縮,恆星能夠保持平衡的狀態。但一旦開始鐵的核聚變反應,恆星內部的能量會被大量消耗,從而迅速導致恆星內部失衡,在引力坍縮的作用下而發生超新星爆發。因此,恆星核聚變到鐵元素並不是進行不下去,而只是鐵的核聚變很快會引發恆星毀滅。事實上,透過氦核作用,鐵還能進一步聚變為鎳:

    在超新星爆發的過程中,鐵還會透過俘獲中子合成各種超鐵元素。

  • 8 # 阿中芳1

    這需要了解一下“結合能”。氕原子核的結合能為0 ,從氕到鐵結合能增大,鐵的結合能最大,原子量繼續增加,單個粒子的結合能下降。就是說,鐵繼續聚合是吸收能量的過程,沒有超級能量供應的話繼續聚合是進行不下去了

  • 9 # 譚宏21

    物質是一層一層組成的。宏觀物體之間的碰撞,要麼互相撞碎,分成各種不規則碎塊,要麼小物體嵌入大物體中,兩者粘在一起。

    通常我們隨手應用的是原子層次的碰撞形成的物質結合和離散,即化學反應。

    實際上,物質還有原子核之間的碰撞形成的物質變化,這就是核反應。兩個原子核一碰,互相撞散了,這就是核裂變反應(原子彈原理);兩個原子核一碰,互相粘一起了,這就是核聚變反應(氫彈原理)。

    實際上兩原子核碰撞很不容易發生。首先,你得“裸核”,將原子外電子剝離掉,形成等離子體物質;其次,你得給它們機會(機率),讓它們碰撞;再次,原子核帶正電,你還得有能量讓其克服電磁斥力。

    恆星核聚變反應能自持進行,主要是恆星巨大的引力場,將氫、氦等輕元素聚集在一起,形成了非常高的物質密度。這樣氫、氦原子之間很容易“裸核”,形成等離子體。相應地,在高密度情況下等離子體之間的,原子核之間的碰撞也容易發生。密度到一定程度,總有若干能量高(費米子動能大)的原子核碰撞到一起,形成核聚變反應,同時放出能量;這個能量又進一步加熱體系,讓其密度更高,核碰撞反應更容易進行。這就形成了核聚變反應的自持機制。

    核聚變反應常規應用為什麼不容易實現?因為人們沒法形成一個等離子體的、自持的,高密度體系。反應溫度太高(1億度),沒有容器盛等離子體。目前就是用磁約束方法(託卡馬克裝置)形成容器來實現可控核聚變反應。這種“虛容器”法似乎解決了反應場所問題,但是其虛容器的維持卻需要非常高的能量,結果能量的“輸入產出比”倒掛了,或效益太低了。目前的情況就是如何降低輸入能量,則熱核聚變反應常規應用就實現了。

    核聚變反應是質子、中子、原子核碰撞到一起,剛好“粘一塊”,而且,必須同時有質子、中子,因為形成原子核需要強力把質子、中子“間隔開”地結合,這樣才能形成膠子,膠子才能生出強力把質子、中子結合成原子核,而且,質子、中子比例還得適中,否則就是“劣質鋼筋水泥體”,不僅穩定性差,關鍵是“倒貼”,“陪嫁”還多一些,即要吸收能量才能形成原子核。鐵原子核再被質子、中子碰撞形成更重元素的核聚變反應就是這種“劣質水泥體”了,需要吸體系能量,相當於對體系核聚變反應減速。這裡的過程很複雜,關鍵看體系的反饋機制的走向和變動情況。人們觀察到超新星爆發,就是星體核反應進入到鐵核聚變階段,導致星體爆炸的現象。也就是說,星體核燃料演進到鐵元素,星體壽命就到了,即將死亡。有的一炸就碎成渣,成了岩石行星,有的只把外殼炸飛了,核心在引力作用下繼續收縮、緻密,原子核壓碎成中子、質子、電子混合體系,電子又進一步碰撞結合進質子裡形成中子,這時,就形成了純中子物質----中子星。中子星的密度極大,時空曲率極大,內部引力極強,導致中子星密度進一步加強,但是,中子被壓碎非常難,還有進一步緻密空間,這時,中子星引力進一步加強,達到黑洞量級,將光也“彎曲”到它的星體時空中了。

    初級的黑洞核心就是緻密中子物質。由於其都是中子,有序性是很高的,熵值應該不高,導致黑洞的溫度不是很高,玻色子運動趨於停滯,光子很難跑出來,但是,資訊是守恆的,黑洞要發出其時空拓撲的存在資訊,因此,它一定要發出高能玻色子(X射線),將其資訊發給其它物質。

    目前的問題是,物質到黑洞級以後的演化之路。物質如何迴歸星雲狀物質?這個線路圖才是我們迫切需要知道的,而不是在宇宙起源上瞎炸,炸瞎!

  • 10 # 夜裡挑燈看劍

    第一部分:狹義相對論的問題。

    可信之一:若測量儀在高速運動,測量讀數是相對測量值,要折換成絕對測量值。

    良心警告:相對測量值只是一種參照系效應,純屬數學遊戲的幻覺。

    愛因斯坦借用洛倫茲的參照系變換因子:γ=1√(1-v²/c²),其中的v是作為參照系的測量儀的速度。例如,原子鐘是作為參照系的測量儀。宇宙飛船原子鐘讀數為t",地球原子鐘讀數t,有如下關係:t"=γt。

    設相對於絕對參照系的飛船速度v=0.1c,則其原子鐘時間讀數是:t"=γt=t/√(1-0.1²)=t/0.995=1.005t。比地球原子鐘時間延長5‰。但是這只是參照系效應,絕對的地球原子鐘時間t不會延長。

    與此同時,飛船攜帶電子秤測量1kg標準砝碼,其讀數也會增重5‰,這還是參照系效應。當飛船返回地球,依然是絕對的1kg標準砝碼。

    那麼,對於測量值,我們是選擇絕對參照系的還是相對參照系的呢?讀者自有答案。

    再一舉例。質子是極其穩定的粒子,其質量也是極其穩定的。現在有一臺質子加速器,把質子加速到0.99c,若質子果真能攜帶一個原子鐘,γ=1/√(1-0.99²)=2.27。原子鐘時間讀數t"=γt=2.27t,同時,質量增重到m"=2.27m。

    這也是參照系效應,絕對真實的質子並未增重,只不過是它的動能很大而已,一旦這個動能完全發散了,質子就立即恢復到原初狀態。

    顯然,所謂的鐘慢尺縮質增效應純屬數學遊戲,我們必須換算到絕對測量值t=t"/γ,我們只需考慮動能增量ΔEk=½m(Δv)²就行,不必大費周折。

    可信之二:真空光速不變原理。

    這也不是愛因斯坦的發現。真空光速來自麥克斯韋方程組的衍生公式:c=1/√(ε0μ0),其中,ε0是真空場的介電常數,μ0是真空場的磁導率常數,皆由實驗測得。既然二者是常數,那麼光速c就是不變的常數,這才是真正的光速不變原理。

    特別提示:分析c=1/√(ε0μ0)這個公式,光速常數只是真空場的一個固有的特性引數,與電磁輻射或引力輻射毫無關係。

    我的設想:根據量子場論的場量子邏輯,真空場含有大量的量子漩渦場(虛粒子),簡稱漩渦子,它們以光速自旋且無序震盪。

    當漩渦子受到電磁振盪的激發,就會像一石激起千層浪一樣,就會相互依次推湧,形成一圈圈的波陣面,這就是電磁波的傳播機制,與機械波的傳播機制,邏輯上完全一致。

    試想,一個小小的螢火蟲,以極小的細胞電池為代價就可以發射若有神助的光速,不是漩渦子固有自旋光速在作祟,那又是什麼呢?

    最大質疑:質能守恆方程E=mc²。

    嚴重後果:質能方程,把質量與能量混為一談,否定質量守恆定律。把動能與質增效應混為一談,否定能量守恆定律。造成物理學與化學上概念混亂。

    其一,質能方程在數理邏輯上不自洽。質能方程的推導分兩個階段。第一段是微分部分,引用的動力學公式,是以絕對參照係為基準。第二段的積分部分,是以相對參照系為基準。

    最後得出的公式,說有一個絕對參照系下的靜質量m,還有一個相對參照系下的動質量m"。

    可是愛因斯坦早已否定絕對時空參照系,出爾反爾,卻又偷用絕對參照系,說同一公式同時適用兩個參照系,這顯然違背同一律。無非是在搞數學遊戲。

    其二,光子是不可能靜止的,否則就不是光子。可是有太多的愛氏消費者,大肆鼓吹光子有靜質量m=0。請問,光子的“靜”怎麼靜法,怎麼測量?即使有,那麼動質量m"=γm,而m=0,那麼m"=???,皮之不存毛將焉附?

    其三,有人說根據E=hν, E=m"c²,有m"=hν/c²。其中光子的頻率ν千變萬化,即光子的動質量是無法確定的。

    請問①:若伽瑪光子頻率是1e23Hz,其動質量m"=6.63e-34×1e23/9e16=7.4e-28kg≈0.44個質子,有這麼重的光子麼?

    請問②:若電磁波頻率1e7Hz,其光子動質量m"=7.4e-62kg,有這麼輕的光子麼?

    請問④:這些動質量,在理論物理上有何意義?如果廢棄,有何弊端?

    其四,結合電動力學c=1/√(ε0μ0)、粒子物理、量子場論,在絕對參照系下,粒子總能量E=自旋角動能+繞旋角動能=引力勢能Ep+震盪動能Ek,即:E=Ep+Ek=mc²+½mv²。其中,

    引力勢能與質量m對應,例如,電子勢能Ep=mc²=0.505MeV,與電子質量m=9.1e-31kg,mc²與m是內在對應的,可等效代換。

    震盪動能與溫度T對應,可按熱力學原理寫成:mv²=3kT,v是粒子的平均震盪速度。

    因為粒子勢能總是常量即質量守恆,因此,能量守恆其實就是動能守恆,即:ΔΣEk=0。

    附帶兩句句:①“質量虧損”的說法不成立,在此省略500字。②“自旋非自轉”的說法不成立,過度運用ΔqΔp≥h/4π推出自旋=137c不成立,在此省略500字。

    第二部分:廣義相對論的問題。

    癥結之一:否定經典動力學的絕對時空參照系,就視同否定萬有引力定律F=GMm/R²,因為這個實驗公式的測量基準是絕對參照系。光速c=1/√(ε0μ0)的測量基準也是絕對參照系。但是在廣義相對論的引力場方程中,卻引用了引力常數G與光速常數c。

    癥結之二:廣義相對論引力場方程左邊的純幾何時空張量的動機是主觀臆斷。愛因斯坦借用馬赫原理:牛頓的絕對時空不存在,物體周圍的時空是受宇宙所有天體引力的綜合作用。愛因斯坦把這樣的“馬赫時空”設想為“彎曲時空”,這個彎曲時空的張量場R()項,與物體的能量動量張量場T()項,相互抗衡。

    馬赫原理是違揹物理思維的。以“地球系+太陽系+銀河系”三體問題為例。當我們在研究地球系統內的一個物體m的動力學狀態時只需考慮地球對m的作用,不必考慮太陽系而更不必考慮銀河系對m的作用,系統外的影響微乎其微,根本不值一提。馬赫竟然扯到全宇宙,絕對不可能測量,更不可思議。

    癥結之三:與此同時,最致命的是,他否定宇宙真空場張量Λg()項,這與他堅信邁克爾遜莫雷實驗否定以太而光的傳播無需介質的理念一脈相承。量子場論已證明宇宙真空場有零點能,卡西米爾效應已證明機械震盪可使真空場產生電磁波。

    癥結之四:愛因斯坦也是人,他未必正確領會到“參照系與存在性無關”的本質。不管選擇絕對參照系,還是選擇相對參照系,都要依據作為參照系的測量儀所在位置與運動狀態。因此,參照系純屬測量技術基準問題,與時空的絕對存在或相對存在毫無關係。站在不同的參照系,會有等效表述的不同的測量值。

    但是,只有絕對參照系是唯一簡潔的,其座標原點是(0,0,0,0),而相對參照系有無數個,其座標原點是(x/t,y/t,z/t,t),若座標系是彎曲的,將非常複雜而無法求解,而且最終還得迴歸到絕對參照系。因此,絕對參照系是參照系的參照系,是絕對智慧的參照系。

    牛頓的動力學體系,迄今百試不爽,我替牛頓與麥克斯韋鳴不平。愛因斯坦早已作古,把理論物理搞得烏煙瘴氣,錯不在他,而在後人為了某種私利或不求甚解,拉大旗作虎皮,過度消費了他。

    創建於2018.8.11

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