据说宇宙最后所有的元素都会变成铁，这是为什么？

※鱼鱼╰☆

据说宇宙最后所有的元素都会变成铁，这是为什么？

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理论上，在遥远未来的某一时刻，宇宙中的所有元素有可能都会转变成铁元素，准确的说是铁-56。


热力学第二定律表明，作为孤立系统的宇宙，它的熵始终在增加，即混乱度会越来越高，有用能会越来越少，这就是熵增原理。基于这种原理，宇宙中的总熵终有一天会达到最大值，宇宙万物处于热平衡，这就是宇宙的可能最终结局——热寂。


在宇宙演化到热寂结局的过程中，如果整个宇宙没有发生质子衰变，那么，宇宙中的元素都将会转化为铁元素。因为在所有元素中，铁-56的比结合能最大，原子核最为稳定，熵值最大。

因此，在量子隧穿效应的作用下，比铁轻的元素会发生核聚变形成铁-56，比铁重的元素会发生核裂变形成铁-56，所以宇宙中所有元素最终都会转变成铁-56，使得宇宙的熵达到极大值。不过，宇宙物质衰变成铁的时间还早得很。根据理论预测，这个时间至少要在10^100年之后才会开始。


但也有理论认为，宇宙万物的最终归宿不是铁。因为质子的寿命可能也是有限的，所以物质终有一天会发生质子衰变，结果全部都会转变为光子和轻子。

fishbiscuit

理论上有可能，但现实不可能，因为宇宙有生命，等不了那么久了。宇宙的终极形态不可能是铁。富含铁元素只是宇宙演变过程中的一个较长时间阶段而已。
我们都知道铁元素是元素周期表上第26位，其中以铁56的结合能最大。


这也是宇宙中最稳定的原子结构了。在铁以上的元素很难聚变了，当然理论上也是存在铁聚变的可能。不过需要温度达到上千亿度，不管是人为还是自然都几乎不可能创造如此高的温度。即便是恒星的超新星爆发，其核心温度都达不到千亿摄氏度。这就意味着恒星的聚变的最后元素就是铁。


而在铁元素之上重元素容易裂变，之后裂变到铁就基本停止了。
也就是说，在原子序数26以下的元素会聚变到铁停止。在原子序数26以上的元素会裂变到铁停止。这是因为铁最稳定，元素总是朝向稳定的状态演变。
不过科学家预计，宇宙中的氢要完全聚变殆尽，起码需要百万亿年，要完全聚变到铁起码需要数百万亿年。宇宙的预期寿命才是1500亿年。
在宇宙死亡之前，宇宙中不可能全部元素都变成铁。


有的答主提到了质子衰变，认为宇宙最后会衰变成轻子们的天下，我认为这几乎不可能。因为宇宙中的所有质子衰变一次，起码需要10^30年，也就是100万亿亿亿年，宇宙早凉了。按照费恩曼的宇宙循环理论，还没等到质子衰变完，宇宙已经开启数亿轮周期循环了。

誓约之剑

所有元素变成铁，是基于铁原子核（铁-56）的结合能最大，原子核最稳定这一事实依据提出来的。推倒过程大致如下：



根据热力学第二定律，能量会自发从高往低的地方传递，直到二者没有能量差。所以如此来说，我们的宇宙能量最终也会平均化，即整个宇宙能量都是相等的。而铁原子核作为能量最低的原子核，理论上所有的物质最终都需要变成铁原子核才能够完全平均宇宙的能量，且保持一个最稳定的物质形态。



上述描述看似有理有据，但其实宇宙中所有元素并不会变成原子。宇宙中分子、原子都是无穷无尽的，两个原子在一起并不会自发聚变或者铁以上元素裂变，然后变成铁。聚变是首先需要巨大能量提供的，没有一定的条件，根本无法发生聚变。另外，虽然铁原子核很稳定，但其实铁元素并不稳定，其电子的活泼性很高，所以很容易失去电子。这样的话，热力学第二定律怎么可能让全宇宙的元素变成铁呢。



比如金子，我看就算宇宙的灭亡了，金子它依然是金子，不会变成其它物质。

123bfl

其实宇宙在刚刚诞生的时候，只产生了两种元素，一种是氢元素，一种是氦元素，前者占75%，后者大约是25%。
这两种元素随着恒星的聚变，就产生后面的元素，例如碳，氧，钙，氮等等，那么一直到第26号元素铁为止，恒星的聚变才算真正结束。
按照这个理论，宇宙中的氢和氦，终有一天会全部变成铁，而铁既不能聚变，也不能裂变，所以我们这个宇宙，终有一天会走向死亡。
到时候没有恒星，没有生命，当然也就没有人类了，但这个过程非常的漫长，大概需要10的14次方（100万亿年），宇宙中的氢才会用完。
但这里还有一个问题，就是如果不考虑质子衰变，在大一统理论当中，质子是会衰变的，但衰变的周期及其漫长。
大概在10的36次方年之后，宇宙中有一半的质子衰变光子和轻子，而在10的40次方年之后，所以的质子都衰变完毕。
这个时候宇宙中的物质，只会存在两种，一种是轻子，一种是黑洞，而黑洞则会缓慢蒸发，大概在10的100次方年之后后，99%的黑洞都会蒸发完毕。
而一些超大质量的黑洞，则会在10的150次方年之后蒸发完毕，最后在10的1000次方年之后，宇宙彻底进入热寂。
这个宇宙基本已经死亡，没有生命，甚至连天体都没有，但宇宙是否会变成这样，一切还只是人类的猜测......