为什么恒星核聚变到铁就停止了？更重的元素是如何产生的？

发布者：闲云悠雨 2023-1-8 22:18

铁元素后，核聚变依然能进行。只是聚变将不再释放能量，而是吸收能量。

所以恒星内的核聚变当聚变到铁后（准确的说应该是镍-62，但镍最后都会变成铁），因为不再释放能量，恒星的平衡被打破，核聚变也就进行不下去了。

为什么铁之后的聚变要吸收能量？因为铁的比结合能最高。

解释比结合能前，先了解什么是结合能？

原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能（binding energy）”――摘自人教版高中物理选修3-5教科书。

结合能不是元素原子核拥有的能量，只是要拆开（裂变）或组合（聚变）原子核时需要吸收或释放的能量。原子核里核子数（质子与中子都是核子）越多，结合能越高。

而比结合能=结合能÷核子数，也叫平均结合能。结合能与比结合能之间的关系，相当于GDP与平均GDP之间的关系。

就像GDP再牛也没什么意义，主要得看平均GDP一样，所以核聚变的重点是看比结合能而不是结合能。

铁的比结合能最高，意味着铁是最稳定的元素。

由于铁元素最稳定，所以如果还要往铁原子核里面挤核子（聚变）就会变得很困难，所以要消耗大量的能量。

上图是元素比结合能曲线图（很多引用说成结合能是错误的，一字之差完全不一样）。从这个图你还可以知道为什么氢弹（氢聚变）比原子弹（铀裂变）威力大。

其实还可以通过爱因斯坦的质能方程：E=MC²，来解释铁之后聚变为什么会吸收能量。

因为铁之前的元素，也就是轻元素的聚变会损失质量，所以释放能量，而铁之后的元素，也就是重元素聚变会增加质量，所以会吸收能量。

因为恒星是引力与核力之间微妙平衡的产物。

核聚变释放能量对外形成压力，与恒星自身引力平衡，恒星才能稳定存在。

从氢元素开始，引力的压缩使得恒星内部达到了开始聚变所需的高温，核心先吸收能量再聚变释放出更大的能量，释放的能量再为下一次聚变提供能量再释放，循环往复。

但当恒星内部发生铁聚变时，不仅不会释放能量，还会迅速消耗掉恒星的能量，造成恒星坍缩然后引发核爆炸，就是超新星爆发。

而最小规模的超新星爆发所释放的能量比太阳100亿年中放出的能量总和的100倍还多。

强大的能量瞬间在宇宙中形成一个超级反应炉，聚变出所有的元素，包括铁以后的重元素。

然后在恒星的原地会出现一颗中子星或黑洞。

恒星一旦铁了心想死，拦都拦不住。

在科学界，铁聚变被称为“恒星杀手”，终止的是恒星内的核聚变，但开启的是生命起源的超新星爆发，反而加速了宇宙产生所有元素并抛撒元素的进程，把孕育生命的时间大大缩短，不然又怎么会有今天的地球，和地球上的我们。