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元素周期表到底有没有尽头?

要了解这个问题,我们首先要来看一下中子星到底是什么?

中子星

要了解这个问题,我们首先要来看一下中子星到底是什么?

我们先把原子结构搞清楚。19世纪末到20世纪初,历经了4代科学家,人们终于逐渐搞清楚原子结构的真实面貌。

我们上初高中时,常常会看到下面这样的原子结构图。

看起来似乎很形象,但实际上错的一塌糊涂,首先原子核要远比上图小得多,其次电子不是绕圈运动的。正确的的原子结构是下面这样。

原子核小得几乎看不到,而电子在原子核外时呈现电子云的形式。如果原子有一个足球场那么大,那原子核可能就只有蚂蚁那么大。因此,原子几乎是空的,也就是说,原子可以被压缩的空间很大。那中子星是什么呢?

其实这和恒星的演化有关,如果有一颗特大质量的恒星,质量大于8倍太阳质量以上(也有说是9倍,10倍的,反正大致就是这么一个数量级),这个恒星到生命周期的末端时,会像一个巨型的洋葱头,一层一层的,每一层的核聚变反应都不一样。

而当核心都几乎生成铁原子核时,由于自身引力特别大,这时候恒星的核心处的光子就会进入到原子核当中,击穿整个原子核,质子和中子就会被释放出来,质子随后就会和电子发生反应,生成中子和中微子。也就是说,这个时候恒星核心类似于一个个中子排列在一起。同时,反应产生的巨大的能量会促使恒星发生超新星爆炸。

而内核还会在引力的作用下继续向内压缩,由于中子是一种费米子,意思是按照量子理论的泡利不相容原理,这就使得中子必须排排好,一个萝卜一个坑,不能乱来,于是就会产生一个抵抗引力的量子效应,我们也把这个称为中子简并态

而黑洞其实就是中子的简并态也无法抵御引力的压缩,就会继续收缩,最终成为一个黑洞。至于什么情况下成为什么天体,还要看留下的核心的质量,如果大于1.44倍太阳质量,小于三倍太阳质量,就会成为中子星,如果大于三倍太阳质量就会成为黑洞。也就是说,其实中子星就是中子的密集排列。这就使得中子星的密度特别大,一立方厘米就可以达到1亿吨以上。

但中子星也并不完全都是中子,中子星表面存在着大量自由移动的电子。内核由于压强巨大,科学家目前还没有达成共识。但有一点,我们能确定,那就是内核肯定不是某种新元素,具体是为什么呢?

我们都知道分辨元素可以依靠原子的原子序数,而原子序数和原子核内的质子数相同。而我们上文也提到了,中子星其实是一个中子为主导的天体。因此,中子星当中是不会存在我们不知道化学元素。至于中子星内核到底是以什么形式存在的,我们目前还不得而知,但可以确认的是这并不是在原子层面上的事情,而是在小于原子核尺度上的。

存不存在未知的元素?

按照我们目前的认知,元素周期表已经来到了第118位。这是201年,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家以及俄罗斯科学家利用回旋加速器搞出来的。不过,这个元素存在的时间还不足1毫秒。

而按照目前的一些理论,比如:第二个拿到诺奖的女科学家梅耶,就提出了她的原子核模型,后来的人在她的模型之上提出了稳定岛理论,在这个理论中,科学家预言元素周期表的尽头应该是126号元素,也就是说,我们距离这个尽头还有8个元素。

除了这个理论,还有科学家费曼通过精细结构常数推演出来的结果,他认为元素周期表的尽头是137号元素,而通过狭义相对论与量子力学的结合,可以推出元素周期表的尽头是172号元素。无论是哪一种,都预示着我们还没有找全元素,因此,还是存在着我们未知的元素的。

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