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2 # 螞蟻科學
根據現代科學家對宇宙的觀測與計算,宇宙中的物質大致可以分為3種:普通物質、暗物質、暗能量,其中,普通物質大約佔整個宇宙物質的5%,暗物質佔整個宇宙的25%,暗能量佔據70%。
普通物質-5%
我們周圍所見到的一切物質都是普通物質,均由“基本粒子”構成。站在元素層面上來看,宇宙中最多的元素是“氫”,大約佔據所有物質的90%;其次是“氦”,大約佔據物質的9%;其餘元素的量佔據剩下不到1%。
我們簡單理一下宇宙中物質形成的過程:
宇宙大爆炸之後不久,基本粒子在強、弱核力的作用下綁在一起,形成了質子,質子跟電子組在一起形成了氫原子。後來在萬有引力的作用下,大量的氫組在一起形成了早期的恆星,隨著恆星的質量越來越大,恆星自身的萬有引力也越來越強,最終引發了氫核聚變反應,形成了氦。
對於一些超大質量的恆星,氫核聚變並不足以抵抗強大的萬有引力,於是核聚變反應繼續朝著下一個元素進行,最終形成元素週期表上的這些元素。然而,越往後的核聚變反應,其需要的條件也越來越苛刻,除了一些超級大質量恆星以外,一般恆星上的核聚變反應到鐵元素後則結束。
所以其他元素才佔據物質總量的1%不到,因為形成條件太困難。
暗物質-25%
暗物質是指無法透過電磁波的觀測進行研究,也就是不與電磁力產生作用的物質。人們目前只能透過重力產生的效應得知,而且已經發現宇宙中有大量暗物質的存在。
暗物質的提出來源於一個星系轉速的問題,科學家在觀測星系時發現星系外側的實際旋轉速度遠大於透過牛頓力學所計算出的速度,而這樣的高速會產生強大的離心力導致星系外側的物質脫離星系中心的引力,於是科學家推測星系之中應該還存在大量的”質量“來拉住星系外側的物質,但以目前的手段我們無法直接觀測到這種物質,但它又確實存在,因此稱它們為暗物質。
暗能量-70%
暗能量是一種充溢空間的、增加宇宙膨脹速度的難以察覺的能量形式。暗能量假說是當今對宇宙加速膨脹的觀測結果的解釋中最為流行的一種。
如果宇宙中只存在物質與暗物質,那麼宇宙空間最終會因為萬有引力的作用而變得收縮,但天文學家對宇宙的實際觀測表明宇宙正處於加速膨脹的狀態,這就表示空間中存在一種”負壓",這種負壓將空間受到的萬有引力給抵消甚至使得空間加速膨脹。
因此,科學家推測空間中存在一種能量,能夠產生這樣的負壓來造成宇宙加速膨脹,這種能量就被稱為暗能量。
擁抱科學,終生受益
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這是個好問題,有點天文學知識的都知道,這個元素丰度比對我們理解宇宙非常重要。
但是宇宙元素丰度非常難以確定,因為宇宙實在太大,資料來之不易且準確度不夠令人滿意,目前並沒有全世界公認的“精確”值。這並不奇怪,更重要更關鍵的資料——哈勃常數,都還沒有取得完全一致的意見。
元素丰度值最近的資料很少見到,手裡有的是上世紀末的資料,來自哈佛大學天文學家Ken.Croswell。
以宇宙中最主要的元素氫為基準,如果氫粒子丰度為100,前十名元素的丰度為:
氫——100%
氦——9.7%
氧——0.085%
碳——0.036%
氖——0.012%
氮——0.011%
鎂——0.004%
矽——0.004%
鐵——0.003%
硫——0.002%
從表上看,除了最豐富的氫氦,最多的是氧,然後是碳。化學性質上氫氧是最活潑好動的,而第二名氦是惰性元素。第一第三碰在一起就是水!所以,水,是宇宙中最豐富的化合物,沒有之一。這個宇宙,從來不缺水。
碳含量也不低,排老四。老四有時候跟老三搶老大,產生甲烷是必須的。所以不要詫異為什麼宇宙中居然有大量“有機分子”,為什麼泰坦上有甲烷海洋,宇宙中,這玩意兒多的是。
甲烷乙烷既然很多,再碰上氫氧無處不在,就是——碳水化合物!複雜點就是氨基酸,蛋白質,脂肪,DNA——哇塞,生命!宇宙中沒有生命才是匪夷所思的。
這也同樣說明,為什麼生命選擇了碳基。碳含量是矽的十倍,生命當然選擇更多更容易發生的,當初我是上帝我也選碳,不太可能是矽基。