原子是如何产生的？原子，人类以及宇宙有着怎样的故事？

我们每一个人都是由原子组成的宇宙，多个原子组成简单的单体分子，然后组装成复杂的有机大分子，这些大分子又组成细胞的细胞器。这就是你，一个由大约75万亿个特殊细胞组成的集合，今天我们聊下：宇宙、原子和我们的故事！

一个原子和人、一个人和太阳系

无论一个人体有多复杂，但在本质上我们仍然只是原子的集合。并且数量惊人，我们每个人身体内大约包含10^28个原子。

那么人体和一个原子在规模和大小上到底差距是多少呢？这里有一个思考原子大小比较形象的类比：把人体的原子数量(10^28个)看成组成太阳系的“一个原子”!

太阳系的物质，全部加在一起，包含了大约10^57个原子，也就是说太阳系中有10^29个“人类原子集合”。所以一个原子和人相比，就像一个人和整个太阳系相比。这就是原子和人体的规模大小！

而组成人体的每一种原子都有自己的故事，并可以追溯到宇宙的诞生时期。

宇宙和原子的故事

大约137亿年前，宇宙中还不存在任何形式的物质。所有的物质和能量都已真空势能的形式存在，大约在10^-36秒真空势能导致宇宙开始暴涨，10^33秒暴涨结束，真空势能衰变为物质粒子，宇宙进入再加热阶段，这时就形成了夸克胶子等离子汤，这就是我们所说的大爆炸的开端！由于此时宇宙的温度太高，密度太大，夸克和胶子也无法凝聚成重子物质。

但是宇宙膨胀和冷却的速度非常快。不到一秒钟，夸克和胶子就可以凝聚成了稳定的质子和中子，它们是构成所有原子核的基本构件。

此时的质子试图与中子融合形成氘，但是宇宙的辐射能量太高，形成的氘不到一纳秒就被高温电离，所以还需要再等待宇宙的继续膨胀！

大约三分钟后，一些中子衰变为质子，最后宇宙冷却到足以形成稳定的原子核。质子和剩余的中子很快形成了氘，然后是氦-3，最后氦-3与一个氘融合，变成了氦-4原子核。宇宙初期只有8%的原子变成了氦-4；另外92%的原子只是普通的质子，也被称为氢核。

从原子核形成到第一个中性原子的形成，宇宙又经历了38万年的持续膨胀和冷却！直到温度降低到质子和电子可以稳定的结合在一起。中性原子形成意味着宇宙从一锅炙热的等离子体浓汤变的开始透明了，光子可以不在受到任何阻挡，沿着最后的方向传播，这也是宇宙大爆炸后第一次发出的光，被称为大爆炸的辉光——微波背景辐射！

在接下来一亿年左右的时间里，宇宙一片黑暗，充满了大量的原始气体云，万有引力开始发挥了它的魔力，一些密度稍微高一点的区域开始以越来越快的速度吸引周围的物质，随着温度和压力的升高，在坍缩中心点燃了核聚变，宇宙的第一代恒星形成了！但绝大多数原子，超过95%都不是第一代恒星的组成部分。

原子在形成恒心以后，会在高温下再次被电离！而此时宇宙的气体云都是由浓密的中性原子构成的，而中性原子会吸收大部分的可见光，所以这时的宇宙被称为黑暗时期，也就是不可见时期！

第一代恒星形成以后，由于强烈的辐射，也会电离一部分周围的气体云。

但大多数原子被包裹在密集的分子云中，不会受到辐射的影响。所以宇宙还需要大量的恒星，来进行彻底的电离！这个电离过程经历了十亿年的时间，宇宙进入了透明时期！这也是我们一抬头能看见星星的原因，因为大部分可见光可以穿过星际气体云到达我们的眼睛！

在恒星中原子失去了电子，被缓慢的沉降到恒星的核心，在恒星的核心中氢核融合成氦核。当核心耗尽氢燃料时，氦又开始聚变，形成一个碳核！

大质量恒星会将碳核一直聚变到铁，还有少量的钴和镍。当恒星的核心停止核聚变时，坍塌过程中重力势能会爆发出巨大的能量，恒星会在超新星爆发中死亡，而恒星一生中产生的元素会被抛洒到星际介质中，这些元素在星际空间中又存在了数十亿年。

原子和我们的故事

在宇宙中，大量的恒星不停的经历着生死周期的循环，丰富着星际介质中的元素，星际介质又会在引力的作用下，开始聚集，恒星再次形成。

在银河系的一个不起眼的角落里，也发生着同样的事情！这是我们太阳系的原始行星盘，我们的太阳，地球包括太阳系的一切，都在这里形成！

从宇宙诞生创造的氢元素开始，到恒星的形成、到我们地球的形成！我们已经获得了元素周期表中所有的元素，它们构成了这个多样化世界的基石！例如：恒星核聚变产生的碳原子会与四个氢原子结合，变成甲烷，随着时间的推移，甲烷又会经历了数百万种不同的化学反应，构成更复杂的分子结构！

而这些分子在生命诞生的过程中成为细菌DNA的一部分，然后成为植物细胞壁的一部分，最终成为一个复杂有机体的一部分，它们也直接构成了我们人类，或者形成食物，被我们吃掉！

这个碳原子目前有可能就在你的一个红细胞里，在红细胞里它会持续大约120天，直到这个细胞被另外一个细胞所取代。

虽然我们身体内所有的细胞都进行着生命循环，但你仍然是原来的你，原子只是在你体内或体外发挥着不同的功能。

这些原子或者分子会根据你身体内DNA编码的指令，不停的复制出新的细胞来更换你身体里凋亡的细胞，这个过程中每一次使用的原子都是不一样的。

总结：一个原子的宇宙，宇宙中的原子

在你身体里的10^28个原子中，每一个都有一个壮观和独特的故事！费曼有句名言，

“我/一个原子的宇宙/宇宙中的一个原子。”

宇宙的故事就在你身体里的每一个原子里。所以我们的故事可以追溯到137亿年之前，这就是你。一个原子的宇宙，这个宇宙中的一个原子。