为什么宇宙的氢元素含量如此高？

晓望爷

引言：通过一部《流浪地球》很多人了解到木星是一颗充满气体的星球，而且其中大多数气体都是氢气。其实木星只是宇宙中的一个缩影，在整个宇宙中氢元素随处可见。那么为什么宇宙的氢元素含量如此高？这要从宇宙起源讲起，过程颇为有趣。

经过天文学家长期的研究发现，宇宙中分布最广、含量最多的元素是氢元素，每一个天体都含有氢元素，恒星更是如此，因为它们内部的核聚变反应正是以氢原子为基础燃料进行的。虽然地球上也同样存在氢元素，但是它的总含量并不高。在大气的成分含量排列中，氮元素和氧元素位居前面两位，氢元素根本无法进去前三甲。地表有70%多的面积被海洋覆盖，水分子中含有两个氢原子，按理说氢元素的总含量应该不会低，但是研究表明它在地壳中的含量仅仅排到第十位。

而其他星球的组成元素中普遍含有大量的氢元素，例如木星、土星等。相比起其他星球，地球上的元素分布更为特殊，因此不少科学家关注到这个问题之后都想知道，为什么宇宙中存在如此多的氢元素，它们从何而来呢？翻开元素周期表我们就会清楚地看到氢元素排在一百多种元素的第一位，这是因为它自身仅含一个质子而不含中子，使得氢原子拥有非常轻的质量。除此之外氢原子还被认为是构成最简单的原子，因此它很可能是宇宙最早形成的第一种元素。

关于氢元素的来源，有科学家尝试从宇宙大爆炸理论中寻找答案。大约138亿年前宇宙发生奇点爆炸，之后以极其迅速的速度膨胀开来。主张宇宙大爆炸理论的科学家认为在宇宙进行极为短暂的膨胀过程中温度同样发生了剧烈的降低。当温度降低到一定程度后，一些基本粒子就开始形成了，例如夸克、轻子等。但是这个时候的宇宙温度还维持在几千万亿度，因此几乎所有的粒子都游离在夸克和胶子之间。

科学家表示，宇宙演化的过程很难用现有的时间去衡量，如果真的要衡量，也只能用普朗克时间或者比微妙更小的时间单位。有理论认为，在宇宙诞生后的1微妙，夸克开始在外界因素的作用下形成质子和中子，同时宇宙是公平的，它还会产生反质子。反质子和质子拥有截然不同的性质，按照人类的理论它们碰在一起就会发生湮灭。而且理论认为，伴随着质子形成也有相同数量的反质子形成，但是如今整个宇宙中充满了物质，这说明当初产生的正反物质已经开始出现不平衡的现象。

正反物质不平衡的现象正是氢元素形成的前提。在宇宙的大爆炸的时间发展到了100微秒左右，急剧下降的温度使得大量反质子发生的湮灭现象，而质子无法伴随着反质子一同湮灭，因此大量独立的质子在那时候开始形成。时间持续到1秒钟左右，带正电的质子开始在宇宙环境中寻求“同伴”，于是带负电的电子就被质子捕获了，最早的氢原子就这样形成了。当然这仅仅是众多氢原子形成的模型中的一个，对此你怎么看呢？

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