“有一说一”的物质元素从何而来？(上)-

绝大部分的物质元素来源于恒星“大熔炉”，在66年前的一次未有期待的发现颠覆了天体物理学家对物质元素来源的认知。在66年前的一次例行观测中，天文学家保罗·梅林将望远镜对准了坐标锁定的一片天空，望远镜设置在加州帕萨迪拉的威尔逊山顶天文台，坚持不懈的观测和意外收获的幸运使得梅林从一个遥远恒星发出的光线中发现了元素鍀的信号。

梅林的发现在当时的天文学界引起了很大的轰动，这是天文学家未曾预料的发现。锝是一种不稳定的元素，它在当时被物理学家称为“人造元素”，在恒星的物质组成中发现了不稳定的元素，梅林和当时的物理学家感到十分吃惊，他们当时认为，如果在恒星形成时有任何鍀元素的产生，那么鍀元素最有可能转换为其它的元素，诸如：钉或钼。如果梅林发现的鍀元素是人造的，那么科学家就会假设在很久以前出现了“神明”或“大师”，他们用巧夺天工的方法创造了锝，但在恒星的炼狱制成了鍀元素，稀罕的锝元素是怎样炼制的？

1952年5月2日，天文学家梅林在《科学》杂志报告了自己的重要发现，没有听信“神明”或“大师”的说法，梅林给出了恒星炼造重元素物质的三种解释，不仅破解了令人迷惑的观测事实，而且打开了一扇重新理解宇宙起源的天窗。不是人类科学史上的每一项发现都会彻底改变人们对自然世界的看法，但梅林的科学发现简洁而震撼人心，他的发现揭示了宇宙物质元素起源的新图景，在今日核物理学的研究中，科学家仍然听到了这一伟大发现激起的“回响”。人们关心的第一个科学问题是物质元素从何而来。在1950年代的早期，人们不清楚构成宇宙的物质元素如何产生，宇宙的万事万物-——包括我们的身体都有物质元素组成，人们当时持有一种常识性的认识，所有元素产生于宇宙大爆炸。

第一批替代宇宙大爆炸起源说的理论由那个时代的一些著名科学家提出，例如：1967年诺贝尔物理学奖的得主汉斯·贝特，1957年马克斯·普朗克奖杯的捧得者卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克，1974年皇家奖杯的获得者弗雷德·霍伊尔，但直到保罗·梅林的出现，还没有一位科学家给出有关元素起源的令人真正信服的理论。

梅林的发现标志了一个新科学领域的产生，恒星核合成理论成功地解释了元素的来源，这一理论是研究元素或准确地说来是研究原子核在恒星内部如何通过核合成方式产生的过程。科学家在梅林发现的基础上找到一条能够准确地解释恒星内部核合成元素如何形成的路径，恒星核物理学正确解释了梅林不同寻常的鍀元素发现。人们关心的第二个科学问题是在恒星中心如何进行原子核的聚变反应，在恒星内部进行了原子核的聚变反应，这是从最简单、最丰富的氢原子开始的，从氢原子合成了更重的氦原子，从氦原子和碳原子一路合成到鍀原子和比鍀原子更重的原子。

元素核合成的过程好似一环扣一环的链条，形成了从重元素到更重元素的“链式反应”。天体物理学家在梅林发现锝的时代进行了共同合作，他们创建了四种主要的核合成理论。1988年，玛格丽特·伯贝格获得了阿尔伯特·爱因斯坦世界科学奖，他在1957年发表了著名的“恒星内的合成元素”论文。1999年，杰弗里·伯贝格获得了布鲁斯奖，1983年，威廉·富勒获得了诺贝尔物理学奖，1974年，弗雷德·霍伊尔获得了皇家奖杯，他们共同出版了书名为《B2FH》的专著，这本科学读物迄今仍是人们了解恒星内部核合成发生过程的经典参考书。2006年，AL·卡梅伦获得了汉斯·贝特奖，1957年，卡梅伦通过独自的研究发表了题为“恒星内部的核反应和核起源”的研究论文。

（编译：2018-5-30）

网页链接