大元素使,以太阳的质量最多聚变到第几位元素?
以太阳的质量最多聚变到第几位元素?现在聚变到什么元素了?
恒星从诞生的那一刻开始,就不停的用自身所拥有的氢元素按恒星演化的不同进程而制造出不同的元素来,或者说光合热也许就是恒星大工厂的副产品,但对于地球或者其他宜居行星来说,需要的是光和热,因此那些生产出来的物质才是副产品!但对于我们来说这并没有什么不同,唯一的差别是这些不同质量的恒星所制造的物质是不一样的!
上图就是恒星发展的不同命运,大质量的恒星的最终归宿是黑洞,中等质量恒星的结局是中子星,而小质量比如像太阳这样的,未来发展是白矮星,而像比邻星这样的红矮星未来还是红矮星,再未来它还是红矮星,1000亿年后它还是红矮星,抱歉它寿命实在太长一句话实在不忍心说完,所以还是红矮星哈!
根据恒星演化发展的规律,像太阳这样的恒星寿命是比较长的,整个生命周期长达100亿年!但其质量上明显不足,因此它未来的聚变生成的元素最多只能到碳、氧元素,最终形成的白矮星是一颗碳氧白矮星!很明显我们了解到了太阳最终生成哦元素,那么它是现在就已经有碳氧元素了呢还是到最后才生成?
上图是太阳的光谱元素成分比例,除了氢、氦、碳、氧意外还有铁、氖、氮、硅等多种元素,前文说明太阳只能生成碳氧元素,为什么现在的太阳有那么多其他元素呢?其实这因为太阳形成于上一颗恒星超新星爆发后的尘埃云,现在太阳上除了部分氦元素以外其他都来自于上一代恒星的遗产!
这就是太阳上有那么多其他元素的真正原因!那么太阳上真正能生产的元素现在到哪个阶段了呢?我们先来了解下太阳的结构!
上图是太阳的结构,中心是热核反应区域,这是太阳工厂的真正核心,在这个区域外是辐射层,请注意这层非常关键,再往外是对流层,这层也很关键,外面我们就不关心了!核心的热核反应区域中核反应如下:
两个氢原子(氕)聚变成氘(氢同位素),氘再与一个氢原子聚变成氦三,氦三和氦三再聚变成氦四,基本上氘元素聚变和氦三元素聚变还是比较容易达到的,我们从月球表面沉降了大量的氦三也可以了解到,太阳上已经聚变到了氦元素的阶段,但氦三和氦三的聚变条件仍然比较容易满足,因此太阳的中心堆积了氦四是可以预期的!但再往后的聚变,太阳条件并不能满足,而且太阳的辐射层阻挡了这些氦元素对流到其他区域,因此在中心累积的氦元素将等待一次点燃的条件!这个时间约在太阳脱离主序星约十二亿年后,堆积的氦元素与辐射压减低的外层坍缩能,将会点燃氦元素,最终达到碳和氧元素,而这次爆燃的氦元素则会导致太阳的氦闪!
从第一次氦闪之后太阳会经历多次,一直到太阳沉寂成为白矮星!太阳的外壳将被抛弃,中心的碳氧就成为一颗传说中的钻石星!
而更大的恒星,比如中等质量和大质量的恒星未来则是会引起超新星爆发,在超新星爆发前夕,内核结构将形成上图这样的洋葱结构,而从外到内也就是元素聚变的顺序!
但太阳无法达到这个层次,现在的太阳只到了生产氦元素的阶段,未来最多只能到达氧和碳,您是不是无法相信,连我们呼吸的氧都是太阳生产的?
为什么核聚变的最终元素是铁?
铁元素
要了解这个问题,首先我们就应该对原子核有一定的了解。不过,这之前,我们先来回顾一下:原子结构。其实初高中的时候,我们也学过,原子由电子和原子核构成,而原子核则是由质子和中子构成。
其中,化学反应是在原子层面,这句话应该如何理解呢?说白了就是,元素的化学性质取决于核外电子,整个反应并不会触及到原子核。
了解这些之后,我们再来说一说恒星的燃烧,它其实是内核在发生核聚变。那为什么恒星的内核可以聚变呢?说白了,就是因为恒星都很大,尤其是质量很大,比如太阳的质量就占到了整个太阳系总质量的99.86%以上。
在太阳内核引力作用下,温度急剧上升,压强也急剧上升,导致它的内核温度达到了1500万℃,压强是200多万个大气压。
这时候,恒星内核的物质就不再是简单的气态,固态,液态了,而是一种叫做等离子态的状态。啥意思呢?你可以理解成,温度特别高,高到电子都受不了,自己玩自己的去了,所以,整个恒星内核就是原子核和电子在乱跑。
而核聚变说白了是在原子核层面进行的,而不是在原子层面进行的,这是和化学反应有区别的。
所以,铁元素原子本身并不算稳定(这里指的是化学性质的不稳定),但是铁原子核特别稳定(这里指的是核聚变和核裂变层面的稳定。)。意思是说:如果你想掰碎一个原子核,是需要能量的,我们管这个叫做比结合能,而在整个元素周期表中,想要掰碎铁原子核是最难的,所以,铁原子核是比结合能最高的原子核。
科学家发现,在大自然中,原子序数在铁之前的元素原子核都可以聚变成原子序数更高的元素原子核,并且释放出大量能量,这就是核聚变反应,氢弹就是这个原理。而比铁原子序数更高的元素原子核有裂变的倾向,可以通过核裂变使得自身的原子序数降低,并释放能量,原子弹就是这个原理。
唯独铁原子核,你要让铁来发生核聚变反应,条件是十分苛刻的,而且最后发生反应所需要的能量,比核聚变后产生的能量还少得多。发现没有?上面我们提到的核聚变和核裂变其实都是在释放能量,只有到了铁原子核这里,需要吸收能力,变成了一个入不敷出的过程,这就使铁原子核成为了最稳定的元素原子核。
巨型洋葱头那么问题来了,恒星真的会最后变成一个大铁球么?实际上,这个观念也对也不对。具体是这样的,恒星的核聚变反应都是在恒星内核发生的,也就是说,如果最后无法触发铁原子核发生核聚变反应,那么理论上应该是恒星的内核是铁元素原子核,而不是说整个恒星都是铁元素原子核。
不仅如此,那些最终可以走到铁元素原子核的核聚变反应的恒星,一般都是质量大于10倍太阳质量的恒星。这时候的恒星有个外号叫做:巨型洋葱头。该如何理解呢?
其实是这样的,由于原子序数的上升,元素发生核聚变反应的条件就会变得艰难,氢核聚变反应只需要1000万度,而到了氦核的核聚变反应需要2亿度,而生成铁原子核的核聚变呢?则需要30亿度。
如果一颗恒星的内核达到了30亿度,实际上,它的外层的温度也会特别特别高,所以,这一类恒星是分层的,每一层都在发生核聚变反应,这就像洋葱一样,一层一层 的。
而当反应条件达到了铁核聚变时,恒星的内核就会在引力的作用下,收缩成一个中子星或者黑洞,而外层则被核聚变反应一下子炸开,也就是超新星爆炸。
因此,恒星最终并不都是铁球,这取决于恒星的质量,质量小的会停在原子序数比较小的程度,比如太阳未来是无法触发碳、氧核聚变的,它的内核核聚变就到了氦核聚变就结束了。
只有少数10倍太阳质量以上的恒星,它们的内核是会核聚变反应一步步走到铁,并最终超新星爆炸,变成一颗中子星(也可能是黑洞,黑洞内部是什么我们还无法得知,在这里就不讨论了。),而此时的中子星内部的结构我们现在还无法完全确定,但我们能确定的是,它绝对不是铁球,更像是一颗中子球。
大蒜第一次上肥上什么化肥最合适?
我们这里是鲁西南大平原,是大量种植大蒜的地方,除非种植小麦以外,其余土地全种大蒜。
现在正是种植大蒜的季节,如果不是连续下雨,9月底10月初就开始种植大蒜,今年由于土地存水,要延期种植啦!
种大蒜到底上什么肥好呢?蒜农都有一套成功经验。他们多选用农家肥与复合肥混合使用,每亩增施农家肥2000千公斤左右,复合肥每亩30公斤左右。
大蒜是一种喜水喜肥作物,只要水肥充足,相当高产,亩产在4千一6千斤。如果水肥充足,沒有自然灾害,是一种高产作物。
大蒜收获季节,如果蒜头个大就能卖个好价钱。所以,蒜农每年种蒜季节施足底肥,然后来年大蒜膨大期再用尿素追肥。
有人说无穷大是不存在的?
无穷大到底存在不存在?这个问题的答案只能是见仁见智了,我只是来论述一下历史上人们对这个问题所给出的答案。
古希腊时期,具有极高思维水平的哲学家们就开始思考无穷大这个问题,包括巴门尼德,赫拉克里特,芝诺等人,到亚里士多德时代达到了顶峰。亚里士多德在历史上第一次明确区分了“实无限”与“潜无限”。实无限认为,无限是一个已经完成了的,实实在在存在着的,可以被当成独立的东西来看待的一个整体;而潜无限则认为,无穷是一个不断延续的,永不停止的过程,因此它不能被当成独立的整体来看待。比如自然数这个概念,潜无限主义者认为,当我们说“全体自然数”时是没有意义的。因为我们永远不可能穷尽所有的自然数,每当你写一个自然数,我都可以找到它的下一个自然数(加上1即可),所以它是一个永远延续的过程,人类理性无法把握“全体自然数”这个概念。而实无限论者则认为,说“全体自然数”是有意义的,它们整体构成一个集合,而这个集合是存在的,我们可以对这个集合进行各种操作,学过高中数学的我们自然就知道了,它其实就是N。
古希腊哲学家群像
亚里士多德只承认潜无限的存在,而随后的人们也在一直围绕着这两个概念展开激烈争论。不过所有争论都是基于哲学层面的,而真正从数学的意义上思考无穷,则是因为微积分的产生而带来的。微积分中对无穷小量的处理方式引起了人们巨大的争议,甚至引发了第二次数学危机,为了解决这次危机,人们深刻意识到,必须给无穷下一个精准的数学定义。经过波尔查诺(Bolzano),柯西(Cauchy),魏尔斯特拉斯(Weierstrass)等人不懈的努力,我们终于有了现在高等数学课本上通用的对于无穷大的定义。
柯西(Cauchy,Augustin Louis 1789-1857)
一般认为“无穷小量”和“无穷大量”不是某个具体的数字,也不是一个可以参与常规运算的数量,它的本质是一个具有特殊特征的数列。这里我们就需要运用到数列极限的概念:
利用上面这个定义,我们将极限等于0的一个数列称之为无穷小量,因此上面的定义就可以改写成如下形式:
比如说,以下数列就是一个无穷小量:
1,1/2,1/3,1/4,…
当然无穷小量不止一个,以下数列也是一个无穷小量
0.1,0.01,0.001,0.001 …
遵循相同的思路,我们可以定义无穷大量,它本质也是一个数列:
同样无穷大量也不止一个,下面两个数列都是无穷大量:
1,2,3,4,…
1,10,100,1000,…
可以看出用,这种方式来理解无穷,本质上是一种“潜无限”。因为任何数列都是无穷无尽,永远写不完的。因此只要你承认数列这个东西存在,那么无穷也是存在的。
当然,上面对无穷小与无穷大的研究是为了使微积分更为严谨的需要,而真正对无穷小与无穷大这两个概念本身从数学的角度来研究的则是德国数学家康托。
康托是集合论的创始人,它运用集合这个工具,给出了无穷大精准的数学描述。康托是从一个集合所包含的元素的个数,来思考这个问题的。
我们知道,集合分为有限集和无限集,顾名思义,有限集指的就是元素的个数为有限个的集合,无限集指的就是元素的个数为无限的集合。但其实这两个概念本身目前来看就是有问题的,因为我们现在还不知道无限是什么,那你又怎么能说一个集合包含的元素个数是无限的呢?
康托是从两个集合之间的映射来思考的。我们高中都学过映射,或者也称函数,这个概念:
关于映射,我们还需要明确以下几个概念
1.如果对于任意两个不同的数a和b,f(a)和f(a)也不同,那么就说f是一个单射(injective)
2.f为从A到B的映射,如果对于B中的每一个元素y,都有A中的元素使它作用过来得到y,那么就说f为从A到B的满射(surjective)。
比如y=x³,它既是单射又是R到R的满射。而y=x²,不是单射,因为1≠-1,但是f(1)=f(-1),同时它也不是满射,因为对于-1来说,在R里就没有数x使得f(x)=-1。
既是单射又是满射的映射称之为双射(bijective)
其实,双射就是我们所理解的一把钥匙开一把锁。
对于两个集合A和B,如果我们可以在他们之间找到一个双射,那么我们就称这两个集合是等势的。通俗的来讲,就是这两个集合包含的元素个数相同。
比如我上面图中举的两个集合{1,2,3,4}和{2,3,4,5},因为他们之间存在一个双射f(x)=x+1。
对于等势的集合,我们用一个符号来表示这些集合的势(cardinality),通俗的理解就是集合所包含的元素的个数。比如我们用符号4来表示上面提到的那两个集合的势。
那么我们接下来考虑一个问题,所有自然数的集合{1,2,3,4,…},和所有正偶数的集合{2,4,6,8,…},是否是等势的呢。很多人的第一印象是,这怎么可能是等势的呢?正偶数集合只包含了自然数集合中一部分的东西,那无论如何它包含的元素个数应该只有自然数集合元素个数的一半呀。但是康托却给出了一个惊世骇俗的结论:这两个集合包含的个数是一样多!即他们是等势的。原因很简单,因为我们可以很轻松地在两个集合之间找到一个双射f(x)=2x。
之所以称这个结论惊世骇俗,是因为它打破了我们一个很直观的观念,一半儿竟然和整体是相等的!我们仔细分析一下,这一结论产生的原因是因为我们针对的是无限集,如果是有限集的话,我们就绝对不可能得到这一结论。比如,我想在{1,2,3,4}和{2,4}之间找一个双射则是不可能的,这点是由奥数中大名鼎鼎的抽屉原则所保证的。
于是我们就找到了有限集与无限集的一个基本分野,那就是能不能和自己的一部分相等。我们有如下定义:
一个集合,如果它与自己的所有真子集都不等势,则这个集合称为有限集。
不是有限集的集合,称为无限集。无限集合的势我们称之为无穷大。
以上就给出了无穷大这个概念的定义。
可以看出,自然数集就是一个无限集,实数集也是一个无限集。那么自然数集所代表的无穷大与实数集所代表的无穷大又是否一样呢?康托给出了答案,二者是不一样的,实数集的无穷大比自然数级的无穷大要高一级。这就涉及到可数集和不可数集的概念,具体的论证方法不是本文所讨论的内容。
至此,无穷大这个概念在数学上就有了精确的定义。但是这一套理论明显违背了人们的直觉,因而被当时的许多数学家所反对,其中就包括康托的老师克罗内克。克罗内克认为所有的数学对象必须是符合直觉的,因此他激烈地反对康托的这一套理论,甚至利用自己的职权对他进行打压,最终竟导致康托精神失常住进了疯人院,这也是数学史上的一大丑闻。
所幸还是有一些人是支持康托的,其中就包括德国大数学家,20世纪初数学领袖希尔伯特(Hilbert)。我们常常听到的“希尔伯特旅馆”的例子,就是为了阐述康托的这套理论。关于希尔伯特的旅馆已经有很多文章介绍了,故在此就不再赘述。
1960年代初,另一位德国数学家亚伯拉罕·鲁滨逊提出所谓的非标准分析理论,把无穷小量和无限大量也当成一个具体的数量来看待,当他们加入到实数集中变成广义实数集,从而建立了一套新的数学分析理论。
不管是康托的理论还是鲁滨逊的理论,实际上都是在“实无限”的存在,因此不管无穷大是否是真的存在的,至少在数学里它是存在的,并且为我们很多数学理论提供了基础。
不要让同事太了解你你怎么看?
现将今年栽的这些坑总结为5个不要,希望对你也有一些启发:
1、不要把同事当作朋友
因为太相信同事,以为在职场上交到了志同道合的好朋友,结果当工作出问题后,对方一句“我早就跟**说过了,可是他并没有采取任何行动”,就把责任都推给了你。
日常的闲聊和打趣变成了工作信息传递的方式,难免让人出现疏漏,而当问题发生后,一句话就把责任关系撇清,这样的“朋友”相当危险。
职场上并不是没有友情,但一定要明白:有直接工作关系的同事之间尽可能避免友情。
2、不要太相信上司
掏心掏肺的对上司说出自己的想法或同事的想法,没想到反被上司当做教育他人和闲聊时的话题,反让自己陷入矛盾中,还让其他同事以为你从中作梗,搞得里外不是人。
不要因为是你的上司就选择完全相信,特别是跟其他同事有关的事,有时上司的聊天另有目的,一定要做好判断。即便是上司也有不完美不周全的地方,他们也有缺陷,守住原则,不要轻易议论他人。
3、不要去朋友的公司工作
当友情与工作挂钩,很多时候我们很难处理这其中的微妙关系。今年上半年,老板的一位好朋友因为经济问题,向老板询问是否可以来公司上班,老板一听到朋友有困难,就立马答应了这个请求。
好景不长,两个月过去了,这个朋友因不了解行业,不了解公司,很难独立负责工作,就只能跟着老板边做边学。可能是角色没有转变过来的原因,他总是爱跟老板说其他员工的毛病,这看不惯那看不惯的。因为他挑剔又不能解决事情,同事们都不太爱搭理他。
第三个月时,老板终于忍不住了,询问这个朋友是否可以出去找找工作,因为他真的一点都不适合公司。结果这个朋友反怪起老板,说他落井下石,直接走人还删了老板微信,老板气得都吃不下饭。
选择去朋友公司工作,但又无法处理好自己的角色时,结局可能是既丢了友情又丢了工作,还留下不好的口碑。
4、不要喜形于色
把所有的不开心和心思都写在脸上,是不成熟职场人的表现。
有次,老板娘翘着脚在老板的办公桌上看手机,一位合作方敲门进去找老板,她示意对方进门后也参与到老板与合作方的聊天中。起初大家都有说有笑的,在谈到付款方式时,合作方提出需要公司先行垫款,在项目结束时再全额打款给公司。
老板娘听到这里就立马变脸,表现出各种不爱合作的表情,时不时还瞟对方一眼。第二天,合作方跟老板回复暂时不考虑合作,老板就问什么原因,对方很委婉的说“你们的售后服务可能无法满足我们的要求”。
后来通过对方公司的同事了解到,当天来的负责人觉得老板娘的态度很明显是不情愿的,他们也不想勉强。后来合作方找了另一家公司合作,就再也没有跟我们合作过。
也许只是一个表情,就能够让人摸透你的心思,为了一时的解气,却吃了长久的亏。
5、不要给自己找借口
工作中遇到困难时,或者无法达到工作效果时,你会给自己找借口吗?比如:这不是我的问题、是公司的人手不够、是团队不给力等等原因。
其实大多数问题的本身还是源于我们自身,只是我们习惯了给自己的过错找借口,不愿意承认不足罢了。当你狠狠逼自己一把,让自己去做一些惯性思维以外的事情后,结果也许会出乎你的想象。
就拿读书这件事来说,有的人三天就可以看完一本书,有的人要三个月。是真的没有时间看书吗?不一定!正是我们不断的给自己借口,所以书就一直看不完。