恒星核聚变到铁为何就停止了（恒星核聚变最多只能到铁）

恒星核聚变到铁为何就停止了（恒星核聚变最多只能到铁）而太阳核心1500万度的环境本来是不能发生核聚变的。但了解量子力学的都应该清楚，微观世界会表现出与宏观世界很大的不同，那里随时会上演“量子隧穿”。理论上讲，要想发生核聚变，就需要足够多的能量输入，比如说人类制造的氢弹，需要达到一亿度的高温才可以，所以在引爆氢弹之前通常会先引爆原子弹来创造高温条件。那么更重的元素是如何形成的呢？我们必须感谢恒星，因为恒星就是元素的“炼丹炉”！恒星主要是由氢组成的，拿我们的太阳举例子，太阳核心温度高达1500万度，内核呈现等离子态，因为温度足够高，电子早已拜托原子核的束缚到处乱窜，无数个电子，氢原子核（质子），光子等搅拌在一起。

目前科学家发现的元素总共有118种，其中92种属于自然元素，其他26种元素都是人造的元素。

上初中化学时，我们都学过元素周期表，甚至背得滚瓜烂熟（可能现在都已经忘了吧），那么你知不知道，宇宙中这么多的元素到底是怎么来的呢？

在要从宇宙大爆炸发生初期开始说起。宇宙大爆炸之后，当时的宇宙没有任何物质，只能纯能量，就像“能量汤”一样，温度极其高。随着宇宙不断膨胀，温度开始下降，宇宙中出现了亚原子粒子。在大约38万年之前，形成了第一批原子核，之后便形成了原子，宇宙开始进入物质世界。

早期的宇宙基本上都是由氢和氦构成的，很少有更重的元素出现，事实上即便到了今天，氢和氦仍旧占据了宇宙的绝大部分。

那么更重的元素是如何形成的呢？

我们必须感谢恒星，因为恒星就是元素的“炼丹炉”！

恒星主要是由氢组成的，拿我们的太阳举例子，太阳核心温度高达1500万度，内核呈现等离子态，因为温度足够高，电子早已拜托原子核的束缚到处乱窜，无数个电子，氢原子核（质子），光子等搅拌在一起。

理论上讲，要想发生核聚变，就需要足够多的能量输入，比如说人类制造的氢弹，需要达到一亿度的高温才可以，所以在引爆氢弹之前通常会先引爆原子弹来创造高温条件。

而太阳核心1500万度的环境本来是不能发生核聚变的。但了解量子力学的都应该清楚，微观世界会表现出与宏观世界很大的不同，那里随时会上演“量子隧穿”。

何为量子隧穿？用宏观世界的现象打比方，假如你面前有一堵5米高的墙，无论如何努力你都翻不过去，但在量子世界就不同了，你有一定的几率直接穿墙而过，到达墙的另一边（事实上宏观世界你也可以做到，但只是理论上，实际上几率低到可以忽略不计）。

而对于太阳来说，即使温度没有达到核聚变条件，仍有一定几率会发生核聚变，只是概率比较低。但即使概率低，由于太阳质量非常大，氢原子核数量多到不可想象，所以核聚变总是会发生的，只是核聚变的速度相对比较慢而已。这也是为什么太阳这颗“超级氢弹”并不会像人类制造的氢弹那样瞬间爆炸，而是会缓慢地进行核聚变。

氢原子核聚变成氦原子核，同时释放出能量。如果一颗恒星的质量足够大，核聚变就会继续进行，聚变成更重的元素，比如说碳原子核，氧原子核，乃至铁原子核。

但是一般情况下恒星核聚变到铁元素就停止了，为什么会停止呢？

需要了解两个概念：结合能和比比结合能。

质子和中子通过核力结合成原子核，如果想要把两者分开就需要能量，而需要的能量多少就是原子核的结合能。原子核的核子越多，结合能就越高，也意味着越难把它们分开。

结合能曲线，Ni-62才是最高的，然后是Fe-58和Fe-56

比结合能就很好理解了。结合能与核子数量的比值就是比结合能，也就是结合能的平均值。比结合能越大，原子核就越稳定！而铁元素的比结合能是最高的（实际上镍-62的比结合能会更高，但镍-62最终会衰变成铁元素。）

由于铁元素的比结合能最高，所以比铁更轻的元素核聚变时会释放出能量，理论上比铁更重的元素也可以进行核聚变，但核聚变时并不释放能量，而是吸收能量的，而且吸收巨大能量，普通的恒星无法提供重元素核聚变需要吸收的能量。

所以，理论上虽然比铁更重的元素仍旧能发生核聚变，但由于这个过程是吸收能量的，不再释放能量，所以这样的“恒星”已经不再属于恒星了。

为何核聚变吸收能量时，就无法再进行下去了呢？

我们都知道太阳为何能持续发光发热几十亿年，原因就是两种力量的平衡：核聚变释放的巨大能量产生的向外的压力，还有太阳巨大质量产生向内的万有引力，两种力量的平衡才让太阳能够持续发光发热，而且还会一直进行下去，起码还有几十亿年时间。

而一旦核聚变不再释放能量，就不会产生向外的压力，两种力量的平衡就被打破了，万有引力占据了统治地位，恒星开始急速向内坍缩，实际上就是恒星死亡的开始。

恒星死亡后会变成什么？质量较小的恒星会变成白矮星，比如我们的太阳。而质量比较大的恒星会坍缩成为中子星甚至黑洞。

而在坍缩成中子星或者黑洞的过程中，就有了让铁继续进行核聚变的条件了。

大质量恒星燃料耗尽之后急剧向内坍缩，在强大万有引力的作用下，恒星外部物质猛烈急速撞击中心的铁核，这种超强撞击给铁核提供了巨大能量，足以让铁元素吸收足够的能量继续聚变下去，聚变成更重的元素。

这就是重元素的由来（当然只是一部分还有其他方式）。

撞击铁核的瞬间会产生超强的反作用力，而巨大的反作用力足以把恒星外层物质抛洒到浩瀚的宇宙星际空间，实际上这就是超新星爆发，场面非常壮观，释放出超乎想象多的能量，在超新星爆发的一瞬间释放出的能量比太阳一生释放的能量总和还要多100倍！

而抛洒到星际空间的恒星物质也成为了下一代恒星行星形成的原材料，宇宙也就是这样不断循环的。

除了超新星爆发之外，还有第二种形成重元素的方式，那就是中子星碰撞合并。

恒星死亡之后会形成白矮星，中子星，黑洞。通常情况下，质量介于1.44倍到3倍太阳质量之间的恒星死亡后会形成中子星，大于太阳质量3倍的恒星会形成黑洞。

科学家们通过不断地观测发现，宇宙中存在数量众多的中子星，很多时候中子星会相互环绕运行，在运行的过程中有可能会发生碰撞，这种碰撞是非常非常猛烈的，堪称宇宙大爆炸发生之后宇宙间最猛烈的碰撞。

碰撞瞬间产生剧烈的能量，足以聚合成更重的元素。事实上，宇宙中比铁更重的元素大部分都来自中子星之间的碰撞合并。比如今天我们佩戴的金银首饰，其实多数都是来自中子星的碰撞。我们应该感谢宇宙中这些猛烈的自然事件，创造了如今我们看到的丰富多彩的世界。

总结就是：氢和氦源自宇宙大爆炸发生不久的那段时间。比铁更轻的元素源自像太阳那样的主序星的核聚变。而比铁更重的重元素源自大质量恒星死亡后的超新星爆发，还有中子星碰撞。