우리의 우주가 초기 단계에 있었을 때, 그것이 포함 된 유일한 요소는 행성과 사람들과 같은 흥미로운 것들을 만들기에 충분하지 않은 가장 간단한 수소였습니다. 각 수소 원자에서 단일 양성자가 음으로 하전 된 전자와 쌍을 이루기 위해 충분히 냉각 될 때, 우주의 원자의 약 92 %가 수소였다. 나머지는 주로 리튬의 흔적과 몇 가지 다른 가벼운 요소가있는 헬륨에 융합했습니다. 당시 우주는 다른 요소가 형성하기에는 너무 추웠으며 우주는 3 억 8 천만 년 동안 어두운 나이에 들어갔다.
우주가 넓어지고 식 으면서 중력이 잡히기 시작했습니다. 은하들이 합쳐졌고 곧 첫 별이 빛나기 시작했습니다. 처음에는이 빛이 별 자체의 무게로 인한 것입니다. 별이 자체 무게로 무너지면서 수소가 함께 압착되어 가열되어 손에 쥐어 짜낼 때 퍼티가 따뜻해집니다. 그 자체로, 중력은이 별들이 몇 백만 년 동안 빛나게 할 수 있었지만, 핵 융합 연금술이 시작하기에 충분한 별의 코어를 가열하기에 충분했습니다.
.융합이 이런 식으로 발생할 수 있다는 사실은 여러 가지 방법으로 놀랍습니다. 융합은 단순히 두 핵의 결합이 아닙니다. 대부분의 별에서 수소 핵은 융합하기에 충분히 가까워 질 수 없습니다. 한 쌍의 수소 핵이 가까워 질수록 긍정적 인 전하가 그들을 더 많이 밀어냅니다. 그러나 핵은 양자 물체이기 때문에 융합하기에 충분히 가까이있을 필요는 없으며 같은 야구장에있을뿐입니다. 거기에서 양자 터널링으로 알려진 효과는 나머지를 수행 할 수 있습니다. 한 순간 두 핵은 거의 입니다 퓨즈에 충분히 가까워지고 다음 순간에 그들은 갑자기 자신을 함께 결합합니다. 마치 핵이 문을 열고 걸을 수있는 에너지가 충분하지 않은 것처럼 보이지만 때로는 벽을 통해 순간 이동합니다.
그러나이 양자 마법조차도 별이 성공하기에 충분하지 않습니다. 퓨전이 발생해야 할뿐만 아니라 안정적인 것을 생산해야합니다. 두 양성자가 융합하여 헬륨 -2 (2 개의 양성자 및 중성자가 없음)가되면 매우 불안정하며 일반적으로 2 개의 별도의 양성자로 바로 나뉩니다. 그러나 양성자 중 하나가 대신 중성자로 변형 될 가능성이 있으며, 원자는 안정적인 수소 동위 원소 인 중수소가됩니다. 중수소와 수소는 안정적인 헬륨을 만들기 위해 융합하여 엄청난 양의 에너지를 방출하고 별의 놀라운 창조적 잠재력을 열 수 있습니다.
작은 별의 경우, 수소는 그들이 융합 할 수있는 유일한 요소입니다. 그들이 다 떨어지면 어두워집니다. 그러나 첫 번째 별 중 가장 큰 별이 수소를 헬륨으로 변형시킨 후에는 다른 방식으로 태워졌습니다. 이 큰 별들이 수소 융합을 멈추면 내부 압력이 내려졌고 중력이 다시 붕괴되기 시작했고 코어의 온도가 상승했습니다. 그들의 코어가 1 억 킬빈의 온도에 도달함에 따라, 헬륨은 베릴륨 (4 개의 양성자가있는 원자)에 융합하기 시작했고, 베릴륨과 헬륨은 탄소를 생산하기 위해 융합했다 (6 개의 양성자). 지구상의 생명의 중심 요소는 별들의 타오르는 마음 속에서 형성되기 시작했지만,이 탄소는 여전히 우리의 일부가되기 전에 여전히 긴 여행을 가졌습니다. 탄소 융합으로부터 질소와 산소 (각각 7과 8의 양성자), 생명에 필요한 두 가지 요소가 더 많으며, 이로부터 철 (26 양성자)까지의 융합 사슬이 있습니다.
.더 가벼운 요소의 융합과 마찬가지로 철분을 더 무거운 원소로 융합시키는 것은 더 많은 에너지를 생산하지 않습니다. 에너지는 실제로 좋은 것입니다. 만약 요소가 항상 더 무거운 원소에 융합된다면, 첫 번째 별은 중성자 별, 거대한 미분화 된 핵 물질의 오브가 될 때까지 단순히 무기한으로 융합했을 것입니다. 그러나 철의 융합은 실제로 별의 핵심을 냉각시키기 때문에 융합 사슬이 차단됩니다. 그들의 퓨전이 멈춘 후, 첫 번째 큰 별들은 결국 자신의 무게로 무너져서 초신성 폭발을 일으켰습니다. 탄소, 질소 및 산소가 풍부한 각 별의 외부 층은 성간 공간으로 주조되었고,이 별의 코어 만 다시 중성자 별으로 무너졌습니다.
별 융합과 초신성 폭발은 우리 주변에서 볼 수있는 다양한 요소를 설명하기에 충분하다고 오랫동안 생각되어 왔습니다. 그러나 우리는 이제 다른 이국적인 과정이 중요한 역할을한다는 것을 알고 있습니다. 최근의 연구에 따르면 금과 같은 희귀 한 무거운 원소는 두 개의 중성자 별이 충돌 할 때 대량으로 생산됩니다. 지구상의 모든 금은 그러한 충돌로 생산되었을 가능성이 높습니다. (자세한 내용은“지구의 금은 신에게 적합한 콜라이드에서 온다”를 참조하십시오.)
수소에서 다른 요소까지 각 단계는 희귀 한 천체 및 양자 과정에 의존합니다. 그것은 원시적 문제에서 우리에게 이어지는 독점의 퍼레이드입니다. 체인의 각 링크는 가능성이 없을뿐만 아니라 관련된 물리학에 매우 민감합니다. 강한 힘 결합 양성자가 함께 2 % 더 강한 경우, 헬륨 -2가 안정 될 것입니다 (PDF). 퓨전은 훨씬 더 쉽게 발생할 것이며, 1 세대의 뜨겁고 밀집된 별은 나타나지 않았을 것입니다. 과정의 모든 부분을 조정하면 우주는 매우 다르게 보일 것이며 우리는 존재하지 않을 것입니다.
이것은 때때로 미세 조정 된 우주라고 불립니다. 삶의 존재는 올바른 방식으로 일어나는 별 융합과 같은 현상에 결정적으로 의존한다는 생각입니다. 그것은 우주의 기원에 대한 신학 적 주장을 불러 일으킨 반면, 다른 사람들은 그 반대라고 주장한 것은 아이디어이다. 어느 쪽이든, 한 가지는 분명합니다. 우리는 우주가 된 우주입니다. 우리가있는 모든 것과 우리 주변에있는 모든 것은 중력과 시간의 도가니에 의해 변형 된 수소입니다.
Brian Koberlein은 Rochester Institute of Technology의 천체 물리학 자이자 물리학 교수입니다. 그는 자신의 블로그 One Universe에서 한 번에 천문학과 천체 물리학에 대해 글을 씁니다. 트위터 @briankoberlein에서 그를 찾을 수도 있습니다.
