为什么1、2号元素在宇宙中到处都是，3、4、5号元素却极为罕见？

从微观层面来看，每一种元素都是由电子、质子和中子构成，而决定它们元素种类的，则是它们原子核内的质子数，例如原子核内只有一个质子，它就是1号元素氢、有两个质子就是2号元素氦、三个质子就是3号元素锂。

按常理来说，结构越简单的元素就越容易形成，因此我们似乎可以认为，各种元素在宇宙中所占的比例就应该是越简单的越多，而越复杂的元素越少，然而事实却并非如此。

上图为宇宙元素丰度表，我们可以看到，1、2号元素（即氢和氦）的丰度确实是宇宙中的前两名，可以说是在宇宙中到处都是，但接下来的3、4、5号元素（即锂、铍、硼）的丰度却非常低。

那么问题就来了，为什么1、2号元素在宇宙中到处都是，3、4、5号元素却极为罕见呢？要解释这个问题，我们需要从宇宙诞生之初讲起。

原初核合成期

根据科学界的主流理论“大爆炸宇宙论”，宇宙诞生于一个温度极高又极为致密的“奇点”，在大约138亿年前，这个“奇点”发生了“大爆炸”，在这个过程中，物质密度以及温度不断地降低，最终演化成了现在我们所看到的宇宙。

在宇宙的演化过程中，有一个被称为“原初核合成期”的时期，其时间跨度大约为“大爆炸”发生后的10秒至35分钟之间，在这段时期里，宇宙中已经形成了大量的质子、中子以及电子，物质的密度以及温度也满足了质子聚变的条件，于是大量的质子就开始发生聚变，并生成了约占宇宙质量25%的轻元素，其中绝大部分都是氦。

我们知道，质子其实就是氢原子核，由此可见，在宇宙诞生之初，1、2号元素就已经在宇宙中到处都是了。那么其它的元素又是怎么形成的呢？

“元素制造工厂”——恒星

当宇宙演化到一定程度的时候，宇宙中的物质开始在引力的作用下互相吸积，并形成一个个巨大的天体，它们像“滚雪球”一样越来越大，内部的温度和压力也会因为不断增长的重力而不断提升，当达到某个临界点时，其核心就会发生核聚变，这些天体也因此在宇宙中绽放出耀眼的光芒，而它们也是宇宙中的第一批恒星。

核聚变就是较轻的元素聚变成较重的元素的过程，要聚变出更重的元素，就需要更高的温度和压力，所以那些质量较轻的恒星，只能聚变出比较“初级”的元素，比如红矮星只能将氢聚变成氦，而像太阳这样大的恒星，也最多只能聚变出氧。

只有质量足够大的恒星，其内部才会发生一轮接一轮的核聚变，聚变出越来越重的元素，这样的进程将一直持续到26号元素铁。由于铁原子核就算发生聚变也不会释放出能量，因此当恒星核聚变进行到铁时，就会因为内部失压而发生超新星爆发，而宇宙中更重的元素，则会在这一阶段生成。

顺便讲一下，当宇宙中的白矮星或中子星互相碰撞之时，也可能会发生超新星爆发，进而生成大量的重元素。

需要注意的是，尽管恒星能够聚变出很多种类的元素，但锂、铍、硼却是例外，而这也是“宇宙中的3、4、5号元素极为罕见”的原因。

为什么恒星不能聚变出3、4、5号元素？

正如前文所言，原子核内有三个质子就是3号元素锂，从理论上来讲，只要一个氦原子核与一个质子发生聚变就可以生成锂原子核，但问题是，这种聚变只能生成锂-5，这是一种很不稳定的同位素，它会很快发生衰变。

除此之外，只要温度高于240万K，锂原子核与质子就很容易发生聚变反应，然后生成两个氦原子核，而恒星核心的温度基本上都会高于这个温度。

那么4号元素铍呢？从理论上来讲，只要两个氦原子核聚变就可以生成铍，然而这种聚变所生成的铍-8，同样也是一种极不稳定的同位素。

也就是说，即使恒星聚变出锂或铍了，也不能长时间保存，而5号元素硼则更“惨”，因为在恒星的内部，连聚变出硼原子核的路径都没有。

聚变出硼原子核，需要两个氦原子核聚变成铍-8原子核，然后再与一个质子发生聚变，而氦发生聚变是属于恒星内部的第二轮核聚变，只有当恒星核心的质子耗尽之后发生了坍塌，其核心温度和压力随之进一步提高的时候，才可以点燃氦原子核的核聚变，也就是说，当进行到这一步时，恒星核心的质子已经没有了。

那6号元素碳又是怎么聚变出来的呢？其实碳是三个氦原子核聚变而来，具体过程为两个氦原子核首先聚变成铍-8，然后再与另一个氦原子核聚变成碳-12，这也被称为“3α过程”，是恒星核聚变的重要一步。

既然如此，那宇宙中的3、4、5号元素是哪来的呢？

根据科学家的推测，宇宙中的3、4、5号元素应该是由高能粒子撞击重原子核形成的。

简单来讲就是，宇宙中存在很多能量很高的粒子，它们可能来自于超新星爆发、脉冲星、大质量黑洞以及活跃星系等等，这些高能粒子可能会将重原子核撞成“碎片”，而假如这些“碎片”中的质子数正好是3、4、5，而中子数与正好能够让其形成稳定的同位素，那么3、4、5号元素就可以长时间地存在于宇宙中了。

值得一提的是，在前文提到的“原初核合成期”，宇宙中也生成了极为少量的锂元素。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。