'地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?'

地球 宇宙 太陽系 核聚變 歷史 科學探索菌 2019-09-08
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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

這裡需要說明一下,同一種元素可能存在好幾種同位素(質子數相同,中子數不同),其中的一種我們稱之為核素,一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素,它是宇宙中最簡單的元素,它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在,其中氕作為氫元素的一種核素,其在自然界中的相對丰度大約為99.985%,我們通常所說的氫原子就是指的氕,它由一個質子和一個電子構成,質量數為1,它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一箇中子及一個電子構成,質量數為2,相對丰度約為0.015%;至於氚的相對丰度則低於0.001%,質量數為3,原子核中含有一個質子、兩個中子。

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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

這裡需要說明一下,同一種元素可能存在好幾種同位素(質子數相同,中子數不同),其中的一種我們稱之為核素,一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素,它是宇宙中最簡單的元素,它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在,其中氕作為氫元素的一種核素,其在自然界中的相對丰度大約為99.985%,我們通常所說的氫原子就是指的氕,它由一個質子和一個電子構成,質量數為1,它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一箇中子及一個電子構成,質量數為2,相對丰度約為0.015%;至於氚的相對丰度則低於0.001%,質量數為3,原子核中含有一個質子、兩個中子。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為氕和氘的原子結構示意圖

原子的壽命有長有短

原子的壽命並不是無限的,不同種類的原子的壽命是不同的。穩定原子的壽命,理論上與宇宙的壽命相當。不穩定的原子的壽命是不同的,長的可達幾十億年,短的不過數秒。

原子由質子、中子和電子構成,穩定元素的原子的壽命,可以用這些粒子的平均壽命來估計。其中,電子的平均壽命無限,自由質子的平均壽命至少為10^35年,自由中子的平均壽命約15分鐘。不過中子在原子核的束縛下,壽命會變得非常長,中子同樣能夠穩定原子核。通常認為質子非常穩定,不易發生衰變,壽命比宇宙的壽命還長。由此可見,由這些粒子構成的穩定元素的的原子的壽命也是非常長的,如果不發生意外,幾乎與宇宙的壽命一樣長。

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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

這裡需要說明一下,同一種元素可能存在好幾種同位素(質子數相同,中子數不同),其中的一種我們稱之為核素,一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素,它是宇宙中最簡單的元素,它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在,其中氕作為氫元素的一種核素,其在自然界中的相對丰度大約為99.985%,我們通常所說的氫原子就是指的氕,它由一個質子和一個電子構成,質量數為1,它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一箇中子及一個電子構成,質量數為2,相對丰度約為0.015%;至於氚的相對丰度則低於0.001%,質量數為3,原子核中含有一個質子、兩個中子。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為氕和氘的原子結構示意圖

原子的壽命有長有短

原子的壽命並不是無限的,不同種類的原子的壽命是不同的。穩定原子的壽命,理論上與宇宙的壽命相當。不穩定的原子的壽命是不同的,長的可達幾十億年,短的不過數秒。

原子由質子、中子和電子構成,穩定元素的原子的壽命,可以用這些粒子的平均壽命來估計。其中,電子的平均壽命無限,自由質子的平均壽命至少為10^35年,自由中子的平均壽命約15分鐘。不過中子在原子核的束縛下,壽命會變得非常長,中子同樣能夠穩定原子核。通常認為質子非常穩定,不易發生衰變,壽命比宇宙的壽命還長。由此可見,由這些粒子構成的穩定元素的的原子的壽命也是非常長的,如果不發生意外,幾乎與宇宙的壽命一樣長。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

而不穩定的原子,其壽命千差萬別。所有的放射性核素都是不穩定的,它們會自發的以向外界發射出粒子或者射線的形式,衰變成穩定的原子。元素週期表中原子序數(或質子數)84及以後的元素都是放射性元素,許多穩定元素也都擁有放射性同位素,它們會通過衰變轉變為穩定的元素。

對於放射性元素的壽命,即不穩定原子的壽命,我們可以用半衰期來描述。

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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

這裡需要說明一下,同一種元素可能存在好幾種同位素(質子數相同,中子數不同),其中的一種我們稱之為核素,一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素,它是宇宙中最簡單的元素,它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在,其中氕作為氫元素的一種核素,其在自然界中的相對丰度大約為99.985%,我們通常所說的氫原子就是指的氕,它由一個質子和一個電子構成,質量數為1,它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一箇中子及一個電子構成,質量數為2,相對丰度約為0.015%;至於氚的相對丰度則低於0.001%,質量數為3,原子核中含有一個質子、兩個中子。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為氕和氘的原子結構示意圖

原子的壽命有長有短

原子的壽命並不是無限的,不同種類的原子的壽命是不同的。穩定原子的壽命,理論上與宇宙的壽命相當。不穩定的原子的壽命是不同的,長的可達幾十億年,短的不過數秒。

原子由質子、中子和電子構成,穩定元素的原子的壽命,可以用這些粒子的平均壽命來估計。其中,電子的平均壽命無限,自由質子的平均壽命至少為10^35年,自由中子的平均壽命約15分鐘。不過中子在原子核的束縛下,壽命會變得非常長,中子同樣能夠穩定原子核。通常認為質子非常穩定,不易發生衰變,壽命比宇宙的壽命還長。由此可見,由這些粒子構成的穩定元素的的原子的壽命也是非常長的,如果不發生意外,幾乎與宇宙的壽命一樣長。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

而不穩定的原子,其壽命千差萬別。所有的放射性核素都是不穩定的,它們會自發的以向外界發射出粒子或者射線的形式,衰變成穩定的原子。元素週期表中原子序數(或質子數)84及以後的元素都是放射性元素,許多穩定元素也都擁有放射性同位素,它們會通過衰變轉變為穩定的元素。

對於放射性元素的壽命,即不穩定原子的壽命,我們可以用半衰期來描述。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為部分核素的半衰期

那什麼是半衰期呢

半衰期是針對放射性元素(更準確一點,應該稱之為放射性核數)而言的,只有放射性元素才具有半衰期。比如碳元素的同位素碳14,它的放射性半衰期大約為5730年,這意味著,1千克的碳14原子經過5700年之後,就只剩下0.5千克的碳14原子了,另外0.5千克會衰變成穩定的氮14原子。

同種元素的不同核素的壽命也是天差地別,比如釙元素的同位素釙210和釙215,一個半衰期長達三個月,另一個僅為0.00018秒。在氫的三種同位素中,氚就具有放射性,它的半衰期為12.33年。

原子的創生與毀滅

一種原子可以通過核反應變成另一種原子,核反應的方式包括核聚變、核裂變、原子核的衰變、粒子轟擊。

宇宙中最早的一批原子源於宇宙大爆炸,那時的宇宙中的主要元素是氫,氫在萬有引力的作用下會形成恆星。宇宙中的第一批恆星在衰老死亡之後,會將大量新元素(比如碳、氧等元素)拋出。

宇宙中的星系主要由恆星構成,每一顆恆星就是一個核聚變反應堆,無時無刻不在製造著新原子,除了氫元素以外,包括鐵等輕元素幾乎都是在恆星的大熔爐中產生的。當一顆恆星走到了生命的盡頭,就有可能會在引力的作用下發生超新星爆發,鐵之後的重元素就是在這短短的幾秒鐘時間內形成的。

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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

這裡需要說明一下,同一種元素可能存在好幾種同位素(質子數相同,中子數不同),其中的一種我們稱之為核素,一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素,它是宇宙中最簡單的元素,它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在,其中氕作為氫元素的一種核素,其在自然界中的相對丰度大約為99.985%,我們通常所說的氫原子就是指的氕,它由一個質子和一個電子構成,質量數為1,它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一箇中子及一個電子構成,質量數為2,相對丰度約為0.015%;至於氚的相對丰度則低於0.001%,質量數為3,原子核中含有一個質子、兩個中子。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為氕和氘的原子結構示意圖

原子的壽命有長有短

原子的壽命並不是無限的,不同種類的原子的壽命是不同的。穩定原子的壽命,理論上與宇宙的壽命相當。不穩定的原子的壽命是不同的,長的可達幾十億年,短的不過數秒。

原子由質子、中子和電子構成,穩定元素的原子的壽命,可以用這些粒子的平均壽命來估計。其中,電子的平均壽命無限,自由質子的平均壽命至少為10^35年,自由中子的平均壽命約15分鐘。不過中子在原子核的束縛下,壽命會變得非常長,中子同樣能夠穩定原子核。通常認為質子非常穩定,不易發生衰變,壽命比宇宙的壽命還長。由此可見,由這些粒子構成的穩定元素的的原子的壽命也是非常長的,如果不發生意外,幾乎與宇宙的壽命一樣長。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

而不穩定的原子,其壽命千差萬別。所有的放射性核素都是不穩定的,它們會自發的以向外界發射出粒子或者射線的形式,衰變成穩定的原子。元素週期表中原子序數(或質子數)84及以後的元素都是放射性元素,許多穩定元素也都擁有放射性同位素,它們會通過衰變轉變為穩定的元素。

對於放射性元素的壽命,即不穩定原子的壽命,我們可以用半衰期來描述。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為部分核素的半衰期

那什麼是半衰期呢

半衰期是針對放射性元素(更準確一點,應該稱之為放射性核數)而言的,只有放射性元素才具有半衰期。比如碳元素的同位素碳14,它的放射性半衰期大約為5730年,這意味著,1千克的碳14原子經過5700年之後,就只剩下0.5千克的碳14原子了,另外0.5千克會衰變成穩定的氮14原子。

同種元素的不同核素的壽命也是天差地別,比如釙元素的同位素釙210和釙215,一個半衰期長達三個月,另一個僅為0.00018秒。在氫的三種同位素中,氚就具有放射性,它的半衰期為12.33年。

原子的創生與毀滅

一種原子可以通過核反應變成另一種原子,核反應的方式包括核聚變、核裂變、原子核的衰變、粒子轟擊。

宇宙中最早的一批原子源於宇宙大爆炸,那時的宇宙中的主要元素是氫,氫在萬有引力的作用下會形成恆星。宇宙中的第一批恆星在衰老死亡之後,會將大量新元素(比如碳、氧等元素)拋出。

宇宙中的星系主要由恆星構成,每一顆恆星就是一個核聚變反應堆,無時無刻不在製造著新原子,除了氫元素以外,包括鐵等輕元素幾乎都是在恆星的大熔爐中產生的。當一顆恆星走到了生命的盡頭,就有可能會在引力的作用下發生超新星爆發,鐵之後的重元素就是在這短短的幾秒鐘時間內形成的。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

如果沒有恆星,也就沒有足夠的原材料形成地球,更不會誕生生命。宇宙中最早的一批原子便是氫原子,其它的原子都是在此基礎上由氫原子聚變而成的。

宇宙射線中89%都是自由質子,10%是阿爾法粒子(即氦4原子核),質子和電子會自發地結合成氫原子,此外宇宙射線還有可能會和其它原子發生核反應。

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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

這裡需要說明一下,同一種元素可能存在好幾種同位素(質子數相同,中子數不同),其中的一種我們稱之為核素,一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素,它是宇宙中最簡單的元素,它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在,其中氕作為氫元素的一種核素,其在自然界中的相對丰度大約為99.985%,我們通常所說的氫原子就是指的氕,它由一個質子和一個電子構成,質量數為1,它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一箇中子及一個電子構成,質量數為2,相對丰度約為0.015%;至於氚的相對丰度則低於0.001%,質量數為3,原子核中含有一個質子、兩個中子。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為氕和氘的原子結構示意圖

原子的壽命有長有短

原子的壽命並不是無限的,不同種類的原子的壽命是不同的。穩定原子的壽命,理論上與宇宙的壽命相當。不穩定的原子的壽命是不同的,長的可達幾十億年,短的不過數秒。

原子由質子、中子和電子構成,穩定元素的原子的壽命,可以用這些粒子的平均壽命來估計。其中,電子的平均壽命無限,自由質子的平均壽命至少為10^35年,自由中子的平均壽命約15分鐘。不過中子在原子核的束縛下,壽命會變得非常長,中子同樣能夠穩定原子核。通常認為質子非常穩定,不易發生衰變,壽命比宇宙的壽命還長。由此可見,由這些粒子構成的穩定元素的的原子的壽命也是非常長的,如果不發生意外,幾乎與宇宙的壽命一樣長。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

而不穩定的原子,其壽命千差萬別。所有的放射性核素都是不穩定的,它們會自發的以向外界發射出粒子或者射線的形式,衰變成穩定的原子。元素週期表中原子序數(或質子數)84及以後的元素都是放射性元素,許多穩定元素也都擁有放射性同位素,它們會通過衰變轉變為穩定的元素。

對於放射性元素的壽命,即不穩定原子的壽命,我們可以用半衰期來描述。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為部分核素的半衰期

那什麼是半衰期呢

半衰期是針對放射性元素(更準確一點,應該稱之為放射性核數)而言的,只有放射性元素才具有半衰期。比如碳元素的同位素碳14,它的放射性半衰期大約為5730年,這意味著,1千克的碳14原子經過5700年之後,就只剩下0.5千克的碳14原子了,另外0.5千克會衰變成穩定的氮14原子。

同種元素的不同核素的壽命也是天差地別,比如釙元素的同位素釙210和釙215,一個半衰期長達三個月,另一個僅為0.00018秒。在氫的三種同位素中,氚就具有放射性,它的半衰期為12.33年。

原子的創生與毀滅

一種原子可以通過核反應變成另一種原子,核反應的方式包括核聚變、核裂變、原子核的衰變、粒子轟擊。

宇宙中最早的一批原子源於宇宙大爆炸,那時的宇宙中的主要元素是氫,氫在萬有引力的作用下會形成恆星。宇宙中的第一批恆星在衰老死亡之後,會將大量新元素(比如碳、氧等元素)拋出。

宇宙中的星系主要由恆星構成,每一顆恆星就是一個核聚變反應堆,無時無刻不在製造著新原子,除了氫元素以外,包括鐵等輕元素幾乎都是在恆星的大熔爐中產生的。當一顆恆星走到了生命的盡頭,就有可能會在引力的作用下發生超新星爆發,鐵之後的重元素就是在這短短的幾秒鐘時間內形成的。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

如果沒有恆星,也就沒有足夠的原材料形成地球,更不會誕生生命。宇宙中最早的一批原子便是氫原子,其它的原子都是在此基礎上由氫原子聚變而成的。

宇宙射線中89%都是自由質子,10%是阿爾法粒子(即氦4原子核),質子和電子會自發地結合成氫原子,此外宇宙射線還有可能會和其它原子發生核反應。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

對於穩定的原子,我們無法測定它的年齡;只有放射性核素的原子才能測定年齡

世界上沒有兩片完全相同的葉子,可從微觀世界看來卻不是這樣子的。

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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

這裡需要說明一下,同一種元素可能存在好幾種同位素(質子數相同,中子數不同),其中的一種我們稱之為核素,一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素,它是宇宙中最簡單的元素,它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在,其中氕作為氫元素的一種核素,其在自然界中的相對丰度大約為99.985%,我們通常所說的氫原子就是指的氕,它由一個質子和一個電子構成,質量數為1,它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一箇中子及一個電子構成,質量數為2,相對丰度約為0.015%;至於氚的相對丰度則低於0.001%,質量數為3,原子核中含有一個質子、兩個中子。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為氕和氘的原子結構示意圖

原子的壽命有長有短

原子的壽命並不是無限的,不同種類的原子的壽命是不同的。穩定原子的壽命,理論上與宇宙的壽命相當。不穩定的原子的壽命是不同的,長的可達幾十億年,短的不過數秒。

原子由質子、中子和電子構成,穩定元素的原子的壽命,可以用這些粒子的平均壽命來估計。其中,電子的平均壽命無限,自由質子的平均壽命至少為10^35年,自由中子的平均壽命約15分鐘。不過中子在原子核的束縛下,壽命會變得非常長,中子同樣能夠穩定原子核。通常認為質子非常穩定,不易發生衰變,壽命比宇宙的壽命還長。由此可見,由這些粒子構成的穩定元素的的原子的壽命也是非常長的,如果不發生意外,幾乎與宇宙的壽命一樣長。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

而不穩定的原子,其壽命千差萬別。所有的放射性核素都是不穩定的,它們會自發的以向外界發射出粒子或者射線的形式,衰變成穩定的原子。元素週期表中原子序數(或質子數)84及以後的元素都是放射性元素,許多穩定元素也都擁有放射性同位素,它們會通過衰變轉變為穩定的元素。

對於放射性元素的壽命,即不穩定原子的壽命,我們可以用半衰期來描述。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為部分核素的半衰期

那什麼是半衰期呢

半衰期是針對放射性元素(更準確一點,應該稱之為放射性核數)而言的,只有放射性元素才具有半衰期。比如碳元素的同位素碳14,它的放射性半衰期大約為5730年,這意味著,1千克的碳14原子經過5700年之後,就只剩下0.5千克的碳14原子了,另外0.5千克會衰變成穩定的氮14原子。

同種元素的不同核素的壽命也是天差地別,比如釙元素的同位素釙210和釙215,一個半衰期長達三個月,另一個僅為0.00018秒。在氫的三種同位素中,氚就具有放射性,它的半衰期為12.33年。

原子的創生與毀滅

一種原子可以通過核反應變成另一種原子,核反應的方式包括核聚變、核裂變、原子核的衰變、粒子轟擊。

宇宙中最早的一批原子源於宇宙大爆炸,那時的宇宙中的主要元素是氫,氫在萬有引力的作用下會形成恆星。宇宙中的第一批恆星在衰老死亡之後,會將大量新元素(比如碳、氧等元素)拋出。

宇宙中的星系主要由恆星構成,每一顆恆星就是一個核聚變反應堆,無時無刻不在製造著新原子,除了氫元素以外,包括鐵等輕元素幾乎都是在恆星的大熔爐中產生的。當一顆恆星走到了生命的盡頭,就有可能會在引力的作用下發生超新星爆發,鐵之後的重元素就是在這短短的幾秒鐘時間內形成的。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

如果沒有恆星,也就沒有足夠的原材料形成地球,更不會誕生生命。宇宙中最早的一批原子便是氫原子,其它的原子都是在此基礎上由氫原子聚變而成的。

宇宙射線中89%都是自由質子,10%是阿爾法粒子(即氦4原子核),質子和電子會自發地結合成氫原子,此外宇宙射線還有可能會和其它原子發生核反應。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

對於穩定的原子,我們無法測定它的年齡;只有放射性核素的原子才能測定年齡

世界上沒有兩片完全相同的葉子,可從微觀世界看來卻不是這樣子的。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

決定原子種類的是核子數,不同的質子數對應著不同的元素,不同的中子數對應著不同的核素。對於同一種穩定的原子,我們無法對它們進行標記,也就是說它們具有全同性。

比如兩個氫原子,我們無法判斷,究竟哪一個是新產生的,哪一個是後產生的,它們究竟經歷了多少年。

對於放射性核素,我們可以通過測量它的衰變情況,來判斷它的大致年齡。正是基於這個原理,科學家們可以利用放射性同位素對遠古生物進行年代測定,還可以用來鑑定古董。

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太陽系誕生至今已有46億年的歷史,地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的,那麼是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年?

這是一個很有趣的問題,深挖一下,構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎?原子有壽命嗎?它的壽命是多少?

為了解釋清楚這個問題,我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成?

無論是天上飄的白雲,還是地下跑的馬兒,都是由原子構成的,整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的,目前人類已經發現118種元素,而地球上總共存在90多種天然元素,地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成,它們佔據人體總質量的99.9%,此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

這裡需要說明一下,同一種元素可能存在好幾種同位素(質子數相同,中子數不同),其中的一種我們稱之為核素,一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素,它是宇宙中最簡單的元素,它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在,其中氕作為氫元素的一種核素,其在自然界中的相對丰度大約為99.985%,我們通常所說的氫原子就是指的氕,它由一個質子和一個電子構成,質量數為1,它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一箇中子及一個電子構成,質量數為2,相對丰度約為0.015%;至於氚的相對丰度則低於0.001%,質量數為3,原子核中含有一個質子、兩個中子。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為氕和氘的原子結構示意圖

原子的壽命有長有短

原子的壽命並不是無限的,不同種類的原子的壽命是不同的。穩定原子的壽命,理論上與宇宙的壽命相當。不穩定的原子的壽命是不同的,長的可達幾十億年,短的不過數秒。

原子由質子、中子和電子構成,穩定元素的原子的壽命,可以用這些粒子的平均壽命來估計。其中,電子的平均壽命無限,自由質子的平均壽命至少為10^35年,自由中子的平均壽命約15分鐘。不過中子在原子核的束縛下,壽命會變得非常長,中子同樣能夠穩定原子核。通常認為質子非常穩定,不易發生衰變,壽命比宇宙的壽命還長。由此可見,由這些粒子構成的穩定元素的的原子的壽命也是非常長的,如果不發生意外,幾乎與宇宙的壽命一樣長。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

而不穩定的原子,其壽命千差萬別。所有的放射性核素都是不穩定的,它們會自發的以向外界發射出粒子或者射線的形式,衰變成穩定的原子。元素週期表中原子序數(或質子數)84及以後的元素都是放射性元素,許多穩定元素也都擁有放射性同位素,它們會通過衰變轉變為穩定的元素。

對於放射性元素的壽命,即不穩定原子的壽命,我們可以用半衰期來描述。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

上圖為部分核素的半衰期

那什麼是半衰期呢

半衰期是針對放射性元素(更準確一點,應該稱之為放射性核數)而言的,只有放射性元素才具有半衰期。比如碳元素的同位素碳14,它的放射性半衰期大約為5730年,這意味著,1千克的碳14原子經過5700年之後,就只剩下0.5千克的碳14原子了,另外0.5千克會衰變成穩定的氮14原子。

同種元素的不同核素的壽命也是天差地別,比如釙元素的同位素釙210和釙215,一個半衰期長達三個月,另一個僅為0.00018秒。在氫的三種同位素中,氚就具有放射性,它的半衰期為12.33年。

原子的創生與毀滅

一種原子可以通過核反應變成另一種原子,核反應的方式包括核聚變、核裂變、原子核的衰變、粒子轟擊。

宇宙中最早的一批原子源於宇宙大爆炸,那時的宇宙中的主要元素是氫,氫在萬有引力的作用下會形成恆星。宇宙中的第一批恆星在衰老死亡之後,會將大量新元素(比如碳、氧等元素)拋出。

宇宙中的星系主要由恆星構成,每一顆恆星就是一個核聚變反應堆,無時無刻不在製造著新原子,除了氫元素以外,包括鐵等輕元素幾乎都是在恆星的大熔爐中產生的。當一顆恆星走到了生命的盡頭,就有可能會在引力的作用下發生超新星爆發,鐵之後的重元素就是在這短短的幾秒鐘時間內形成的。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

如果沒有恆星,也就沒有足夠的原材料形成地球,更不會誕生生命。宇宙中最早的一批原子便是氫原子,其它的原子都是在此基礎上由氫原子聚變而成的。

宇宙射線中89%都是自由質子,10%是阿爾法粒子(即氦4原子核),質子和電子會自發地結合成氫原子,此外宇宙射線還有可能會和其它原子發生核反應。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

對於穩定的原子,我們無法測定它的年齡;只有放射性核素的原子才能測定年齡

世界上沒有兩片完全相同的葉子,可從微觀世界看來卻不是這樣子的。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

決定原子種類的是核子數,不同的質子數對應著不同的元素,不同的中子數對應著不同的核素。對於同一種穩定的原子,我們無法對它們進行標記,也就是說它們具有全同性。

比如兩個氫原子,我們無法判斷,究竟哪一個是新產生的,哪一個是後產生的,它們究竟經歷了多少年。

對於放射性核素,我們可以通過測量它的衰變情況,來判斷它的大致年齡。正是基於這個原理,科學家們可以利用放射性同位素對遠古生物進行年代測定,還可以用來鑑定古董。

地球誕生至今46億年,我們身體內的原子是否也有幾十億年的歷史?

如圖所示,不同放射性元素的測年範圍

結語

人體60%都是水,水是由氫原子和氧原子構成的,而水中的氫原子很有可能就是最近幾百萬年內剛剛誕生的。還有一些其它元素,很有可能也是最近剛剛誕生的。此外,人體中還含有微量的放射性同位素,其實不僅人體內有,自然界中到處都分佈著放射性同位素,只不過輻射劑量非常小,根本察覺不到,對人體本身也沒有危害。這些人體內的放射性元素也會發生衰變,壽命肯定沒有幾十億年。

由此可見,不是所有原子都和地球一樣擁有幾十億年的歷史,原子同樣存在創生與消滅,原子也有壽命,片面的認為我們身體中的原子都有幾十億年的歷史是不正確的。

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