据说“宇宙最后所有元素都会变成铁”，你以为是真的？

最近，很多自媒体科普文章(含视频)表示：质子数低于铁的元素可以聚变释放能量，质子数高于铁的元素可以裂变释放能量，宇宙所有元素最终都会变成铁。

这个说法有哪些依据，结论又是否正确？今天，扒一扒一周刊对该观点的看法，以及宇宙最终形态。

“老铁”并非浪得虚名

铁，老铁，人们常用这些词形容朋友间的关系稳定、牢固。元素周期表第26号元素铁(Fe-56)，也确实有着非同寻常的特性。

宇宙中物质含量最多的是氢，恒星的氢原子数占比在83%以上，这正是恒星核聚变主要原材料。在恒星内部强大压力作用之下，氢元素核聚变成氦，释放能量。

恒星晚年会发生氦闪，氦元素经两次电离聚变成碳，同样释放能量。其后，还可以继续聚变出氧、硅、铁等稳定元素，依然释放能量。当到达铁元素时，原子核若要继续增加，其不但不能释放能量，反而要吸收能量。

反过来我们也知道，质子数≥84的重核元素，基本都有自发衰变特性。铀-238可以衰变出钍-234，并释放一个α粒子(释放能量)；而钍-234又可以衰变成镤-234，并释放一个β粒子(释放能量)。

人们发现核子数太多或太少的原子，其核子结合的牢固程度都不是太高。把原子核中核子结合(或拆开)所需(或释放)的能量除以核子数，这一比值称之为比结合能。用此概念来衡量核子稳定性，铁-56的比结合能数值最大。

于是，很多人引用热力学第二定律的“熵增原理”描述：作为孤立系统的宇宙，其混乱程度必定会不断增大，有规律的可用能量越来越少。于是，宇宙终有一天，释放出的无序能量会最大化达到热平衡。也就是说，此时能聚变释放能量的都聚变完了，能裂变释放能量的也裂解完全，宇宙最终只剩下铁-56。

看似合乎逻辑，引用的也都是广为人知的概念及原理，但如此结论其实存在偷梁换柱之意。至少，可以说这个结论下得太过片面。

铁-56并非宇宙的最终归宿

1、中等数量核子比结合能差异不大，在宇宙自然环境中，无法形成足够强大且持续稳定的(恒星)高压环境，能将质子数略小于铁的元素都转化成铁；略高于铁的元素，也无法全部自发裂变成铁元素。

对于略低于铁的元素，越靠近铁的核聚变，释放的能量就越少。那么，要使其能转化成铁，就需要超大质量恒星的超高温超高压环境才能完成。事实上，超大质量恒星的寿命又都很短，其内部高温高压环境所形成的元素也单单只有铁，还有非常多元素的核子数高于铁。

对于略高于铁的元素，越靠近铁的核裂变，释放的能量也越少。要使其能转化成铁，就需要高能量粒子轰击才能实现，宇宙环境下，其不可能自发裂解。

也正是由于这些中等数量核子的自身稳定性，包括地球在内的宇宙中，还广泛存在硅(Si)、钙(Ca)、氙(Xe)、钨(W)、金(Au)等。虽然这些元素相对于氢是少之又少，但却稳定存在了至少45亿年之久。

从恒星演化的规律来看，中等核子元素的比例还在进一步增加，并没有足够数据表明，都有朝着铁元素转化的趋势。

2、若论“熵增原理”的热寂，宇宙最终也不会是以铁-56为终点，严格的说就不会以质子数为依据的元素概念为终点。所有物质最终会完全湮灭，宇宙只剩下双光子对的纯热(能量)平衡。

宇宙中，不以元素形态为终点的天体并不罕见。中子星，其前身的恒星超大压力，将电子压入原子核内形成中子，中子就不是以质子数为依据的元素概念。另外还有黑洞，虽然人类尚不清楚黑洞的具体成分如何，但黑洞的压力环境比中子星更大，其内部更不存在元素形态。

“铁”的概念毕竟还是以原子为结构为基础，而组成铁元素的原子核，其内有26个质子和30个中子。质子、中子本身并不是宇宙的基本粒子，其均由夸克通过胶子连接，是组合成的复合粒子。将复合粒子全部裂解成基本粒子，其还有能量释放。

若用“熵增原理”表述宇宙最终无序能量最大化，那么这些铁原子很明显还存在有序能量，并不是熵增最大。纯理论上说，要熵增最大，这些质子和中子也应该裂解成上/下夸克。夸克也都有对应的反夸克，正/反夸克相遇会湮灭，释放出一对光子。光子是基本粒子，也是纯能量形式，这或许才是宇宙的归宿。

这确实有点天方夜谭，因为我们目前找不到让所有质子、中子全部裂解的宇宙环境。同样的，让所有元素都转化成铁-56，这样的环境也是不存在的。