著名的哲学命题人生三问“我是谁?我从哪里来？我要到哪儿去？”提出已经千年有余，至今无人从思维逻辑方面交出一个让大多数人满意的答卷，不过任何事物都可以从多方面来研究并解释，今天让我们从物质元素层面阐述我们来自何方以及其形成过程。

物质元素的起源

正如卡尔萨根（美国天文学家、天体物理学家，同时也是非常成功的天文学、天体物理学等自然科学方面的科普作家）的名言：“所谓人者，皆为星尘”。即身体中的所有元素都是在宇宙恒星的核聚变熔炉与其死亡爆炸后所产生聚集形成的。而不仅是人，所有物质的组成元素都是如此。

虽然结论如此简单，不过纵观所有恒星的演变与物质的形成过程却还是比较复杂与有趣的。下面让我们来探究恒星的一生与其创造出的伟大不凡的元素吧。

恒星的命运

一、年轻的恒星

一颗恒星的诞生大多是大量的氢元素在引力的作用下聚集到一起，相互摩擦挤压，达到一定温度最终在高温高压的环境下开启核聚变的链式反应。

H元素聚集在一起互相挤压

年轻的恒星最先聚变H元素，然后是He、Li等等跟着元素周期变向下排，由此产生众多元素形成我们看到的丰富多彩的世界。

二、恒星演变

在元素周期表中越靠前的元素优先发生聚变反应，且占据整个恒星寿命绝大部分时间，而当聚变反应到达C后都是属于恒星生命的最后阶段，一旦开始产生Fe元素便标志着恒星的迅速死亡，因为其聚变需要的能量开始大于产生的能量（核外电子越来越多，需要更多的能量摆脱电子产生核聚变），恒星的死亡便不可避免。而死亡后的恒星一般有三种命运

①白矮星：如太阳般大小与质量的恒星寿终正寝后会形成红巨星或白矮星，这时候他们表面温度仍然很高，密度惊人达到1000t/cm³，有科学家推测其内部为砖石一般的存在，当然其化学排列应该更加紧致规整。在漫长的宇宙岁月中逐渐降温并形成一颗高密度的钻石星球。

②中子星：当一颗约1.4倍太阳质量的恒星死亡时，其内部产生的包含Fe在内的重元素越来越多，物质间的斥力将不能克服互相的引力挤压星核内部使其发生坍缩，在坍缩的一瞬间产生大量的能量爆发，我们将该现象称为超星爆炸。进而形成中子星（强大的引力将其中的质子、电子、中子挤压正负电荷抵消，基本形成中子），之所以称为中子也是因为其性质与中子十分相近。

中子星的密度极大，其密度接近原子核（要知道原子中99％以上都是空的），由上图可知道，在原本的空间内填满原子核大小的物质，质量将成倍增加，1cm³的中子星物质将重达几亿吨甚至10亿吨以上，如果我们的地球达到此密度那么其半径将缩小至22m（原来是6371km）。

③黑洞：当一颗2.44倍太阳质量以上的恒星死亡时，便有可能形成黑洞，根据自旋旋速率不同形成条件可能会不一样（自旋速度小的质量要求会低一些，反之则大，大的有可能到10倍）。该过程是在中子星的的环境下进一步压缩，此时中子间的斥力不能抵抗自身的引力便会进一步坍缩形成黑洞。由于其内部引力过于强大（光都无法逃脱）进入其中的物质都被分解转换成能量的基本形式，由于包含光在内的一切物质都被黑洞所吞噬，我们对其知之甚少，仅能通过在其吞噬其它物质所释放出的辐射进行了解。

恒星如何产生元素？

一、轻元素的形成（H到Fe）

由上可知，对于恒星来说元素周期表中C到Fe的元素都是由大质量恒星生命最后阶段的核聚变形成的。而比Fe更重元素的形成则由超星爆炸形成。

二、重元素的形成（Fe以后）

①超星爆发（中子星的形成）

当质量足够大，引力足够强，死亡后的恒星内核继续坍缩，质子与电子被挤压正负电荷抵消形成中子。超星爆炸核心外的物质被炸飞剩下Fe与Ne的内核心。被轰飞物质的原子核接收捕获到中子爆的中子（快中子捕获r-process，意为中子的捕获快于原子核的衰变，当然还有慢中子捕获s-process）后又转变为质子，这样便形成了元素周期表Fe以后的元素。

以前大多数科学家都是这么认为的，该理论从物理规律与现实发生的情况来说都没问题。不过就目前的重元素测量与统计中发现，星系间应该有更多的快中子捕获过程也就是r-来产生新的重元素。这就让科学家们猜测也许重元素的形成除了超星爆发之外还有其它形式，也就是下面讲到的中子星的融合。

②中子星融合（主要的重元素形成方式）

直到LIGO与VIRGO引力波天文台对准并测量了一对中子星合并时产生的时空涟漪，在强烈的电磁闪光后，两颗中子星内部的物质被抛洒出来，两座望远镜观测到巨量的快中子捕获r-光谱信号。而后据统计中子星融合产生的重元素占量占所有重元素的绝大部分。

融合过程中两颗互相缠绕的中子星随着引力波辐射消耗轨道能量，边旋转边慢慢靠近，引力波也逐渐增强，两者外层物质飞溅进入正在合并的中子星内部铁与中子的漩涡之中。当合并完成后其核心几乎能肯定抵抗不了引力的极限值进而在极短的时间内坍缩为黑洞。而我们的重元素就在融合之时孕育而生。

物质的转化：

①融合中子星的外层涡流

此时环绕核心的中子星涡流正在经历一些疯狂的转化，这些原本在中子星内部受到引力约束的粘稠核子团飞溅出来后会膨胀脱离稳定状态变为中子滴。中子滴为中子经历β衰变（释放出一电子与一中微子变为质子）的半稳定元素（不稳定的原子核）。

内部液态中子飞溅出形成中滴子

②融合中子星的涡流内层

由于引力的原因，内层物质依旧存在为中子粘稠海洋的状态。

这时候外层的中子滴（新生不稳定的原子核）经历β衰变并捕获内层的铁核中子，吸收一部分中子转换为质子，这一过程持续发生，进而产生越来越多的重元素。

乘着中微子之风逃逸到外层空间的重元素

当然在两颗中子星合并如此强大的作用力下，一些新产生的重元素便被推到外层空间中脱离引力的束缚（虽然绝大多数都被吸入新生的黑洞中去），同时大量的β衰变释放出的中微子波（我们可以简单的把中微子理解为不与任何元素反应的特殊物质）也能将新生的重元素吹到外层空间。

各种元素对我们的作用

虽然宇宙间万物的元素都是由恒星演变而来，不过我们最关心的还是元素与我们自身的关系了。我们所生存环境的地壳所富含的90多种元素基本都能在我们身体中找到，从某种意义上说的确是一方水土养一方人。我们一般将元素分为三类：常量元素、微量元素与年龄元素。又根据在人体中的含量不同划分为：宏量元素（占人体总重量万分之一以上）、微量元素（仅占人体总重量万分之一以下）。

细胞的种类与数量繁多，是人体的重要组成部分，可以说我们就是由一个个细胞组成的，让我们来看看细胞的主要元素构成：

可以知道，无论是鲜重还是干重，轻元素的含量占据了绝对的大多数，而重元素仅为微量元素，也可以理解宇宙中如此多的H元素形成了大量的恒星，而真正能形成中子星，且中子星间能有机会融合产生中元素的几率本来就是极低的，符合身体中各元素含量的占比。

轻元素是我们人体组成的重要部分，拥有绝对多的占比优势毋容置疑，那作为微量元素的重元素对我们人体有什么作用呢？

重元素的作用：

其实根据人体对重元素的需求我们又将微量元素分为必需微量元素与非必需微量元素。一般大家公认的微量元素有：铁（Fe）、铜（Cu）、锌(Zn)、钴(Co)、钼(Mo)、锰(Mn)、钒(V)、锡(Sn)、硅(Si)、硒(Se)、碘(I)、氟(F)、镍(Ni)13种。

这些微量元素都融于我们的血液中，一旦缺乏该类元素我们就会患病（例如缺碘会得大脖子病），严重的甚至死亡（记得大航海时代水手患航海病，败血症就是由于缺乏维生素C）。虽然它们在身体中的占比极低，但作用却极大。（从某种意义上中国炒菜用铁锅也是挺科学的）

【铁】：人体中仅有4-5g的铁，不过它却能参与血红蛋白的形成，是造血的重要促进物质。

铁元素在菠菜、瘦肉、蛋黄、动物肝脏中含量较高。

【铜】：一般成人体内有约100—200毫克的铜。同样对造血有重要的功能。同时能形成色素与增强免疫力。

铜在动物肝脏、肾、鱼、虾、蛤蜊中含量较高；果汁、红糖中也有一定含量。

【锌】：参与体内多种酶的合成，进而影响体内各种代谢与生理反应；同时加速生长发育（所以小孩子有很多在补锌）；增强创伤组织再生能力；增强抵抗力；促进性机能，对神经衰弱、心律不齐有一定治疗作用。

【氟】：是骨骼和牙齿的正常成分。可预防龋齿,防止老年人的骨质疏松。

【硒】：成年人每天约需0.4毫克。硒具有抗氧化,保护红细胞的功用,并发现有预防癌症的作用。

【碘】：通过甲状腺素发挥生理作用,如促进蛋白质合成；活化100多种酶；调节能量转换；加速生长发育；维持中 枢神经系统结构。（我们最熟知的便是缺碘造成的大脖子病了）。

【钴】：是维生素B12的重要组成部分。钴对蛋白质、脂肪、糖类代谢、血红蛋白的合成都具有重要的作用,并可扩 张血管,降低血压。

【铬】：可协助胰岛素发挥作用,防止动脉硬化,促进蛋白质代谢合成,促进生长发育。

以上可知，重元素虽然含量极少，却是我们身体中不可或缺的存在（合成各种酶参与复杂的生理反应），没有重元素生命也将不复存在。

形成万物的元素

从元素层面阐释，宇宙中形态各异的元素组成了我们今天看到丰富多彩的世界。其中轻元素占总量的绝大部分，重元素虽少却不可或缺，无论是生命还是物质都是如此，元素的多样化使其能稳定存在。

宇宙中的陨石带来各种元素

理解了所有元素在宇宙星尘中的形成过程后，不免感叹，世间一切的来之不易。以前我们总在感叹人类以及地球上生命几十亿年进化的来之不易。如今看和茫茫宇宙里元素的形成及其之间复杂的化学反应孕育出生命的过程相比便显得过于渺小了。

生命与宇宙的元素：

从物理层面说，只要不是太极端的物理环境，如中子星内部（将质子与核外电子压缩到一起，变为中子与夸克粘稠海洋）或黑洞内部。一切都是由化学元素组成（在此我们不探讨更加微小的物质或量子形态）。物质与生命亦不例外。

元素在宇宙的体现

进一步说我们已然知道生命是由大量氢元素与微量重元素组成，从更广义的角度看，宇宙中元素的组成含量不也是如此？经过不同复杂的化学反应，同样形成了恒星、行星、小行星带、星云、中子星、黑洞、类星体等等不同种类的物质，就像我们体内的细胞与器官，不同星体的具体差异也天壤之别，其形态、结构决定了其特异化。最终组成了宇宙这一庞大的生命体。而这一切都是在我们奇妙物理规则下形成的不同元素间相互作用涌现而来，组成了我们所见到让人叹为观止的世界。

出处：头条号 @风林木鱼