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    元素周期表有沒有盡頭?

       2023-07-01 890
    核心提示:上一篇文章,我們講到了元素到底是怎么來的?”想了解的可以點擊文章的連接:當時留下了一個疑問:元素周期表最后一個元素的序號應該是多少?我們就來探討一下這個問題,自從門捷列夫搞出元素周期表,科學家就把元素周期表當完形填空,沒多久就被填的差不多了。于是,元素周期表填...

    上一篇文章,我們講到了元素到底是怎么來的?”想了解的可以點擊文章的連接:

    當時留下了一個疑問:元素周期表最后一個元素的序號應該是多少?

    我們就來探討一下這個問題,自從門捷列夫搞出元素周期表,科學家就把元素周期表當完形填空,沒多久就被填的差不多了。于是,元素周期表填空大賽就華麗麗轉身為極限挑戰賽,那科學家要挑戰什么極限呢?

    尋找序號更大的元素

    這個時候科學家的挑戰就是尋找更高順位的元素。不過,他們并不是跑遍整個地球去找這些元素,而是在實驗室里面,就靠著最原始的辦法:撞!

    科學家一開始用的死回旋加速器,讓重元素離子進行對撞,能不能有個好結果完全憑運氣。

    結果,大家發現這根本不行,于是紛紛想出路。

    美國科學家想到的辦法叫做熱熔合,就是用比較輕的離子,比如:氘,氦核去撞擊超重的元素,看看能不能給這個超重元素加點量,因為這個辦法要用大量的能量,所以叫做熱熔合。

    俄國、德國想到的辦法叫做冷熔合,主要是相比前者,這個方法用不了很多能量,大致的辦法就是用大號原子核當靶子,然后也那大號原子核去撞,試圖搞出更大號的。

    在這場PK中,美國完敗,他們的辦法太low,根本起不了什么作用。俄國和德國一口氣搞出了好幾個元素。后來美國也用起來冷熔合,全球科學家一起向更大號元素的方向進發。經過科學家們一波波的神操作。

    2016年,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室科學家與俄羅斯科學家合作,利用俄國的回旋加速器,成功搞出了118號元素,不過這個元素存在的時間不足1毫秒。

    可是,118號元素真的就是最后一號元素了么?你想多了...

    沒過多久,2017年12月份,日本的理化學研究所宣布合成了119號元素。

    所有的科學家不得不開始深入思考周期表最后一個元素的序號是多少?

    周期表最后一個元素的序號是多少?

    關于這個問題,科學家爭論了很久,有好幾種說法。不過,不知道你是不是有個疑問,難道原子核不可以無限大下去么?

    實際上是沒辦法無限大的。具體的原因是這樣的,原子核其實不像很多人想象中的那樣,有個球形殼包裹著里面的質子和中子。實際上質子和中子是靠“強相互作用力”給捆在一起的。這個力超級大,但作用距離特別短,只有 在(10 ^-15)m。

    只要大于這個范圍,強力不能把質子和中子牢牢地捆住了。(多說一個題外話,強力在目前的理論框架中是依靠介子來傳遞的。)

    因為強力如此短,一旦質子和中子數太多,那就捆不起來了,這時候就會發生衰變。所以原子核就一定大不了,原子核既然不可能大過強力的尺度,也就限定了原子序數的上限。那這個上限在哪里呢?

    有很多說法,我們來講一位偉大的女科學家居里夫人,oh,不,說錯了,是梅耶,大家不要小瞧她,她可是第二位拿到諾貝爾物理學獎的女性,還參與制造了氫彈。而且,她的學術水平強到爆炸,之所以我們不了解她,是因為她研究的東西太晦澀難懂了。

    當時人們發現,特定數量的核子能使原子核特別穩定,但搞不清楚為什么。后來,梅耶提出了自己的原子核模型, 她認為原子核里面有點類似于太陽系的情況,質子和中子就像繞太陽旋轉的行星,自己也會自轉,一條軌道上一般會成對出現一個質子和一個中子。

    梅耶是向別人這么解釋她的模型的。

    ”想像一屋子的人跳舞。 假使他們繞著圈轉,一圈圍著一圈。 然后想像每一圈里一對對的舞者,一個順時針繞轉、一個逆時針轉。 繞著圈轉時舞者也在旋轉,每一對都同時旋轉與繞圈。 但只有部分舞者逆時針繞、逆時針轉。其余舞者順時針轉、順時針繞。 兩者數量一樣多?!?/p>

    這里理論幫助她拿到了諾貝爾獎,還解決了為什么特定數量的核子使原子核特別穩定的問題。后來有位科學家在她的模型之上,建立了穩定島模型,從這個模型推演出了這么一個結果, 2、8、20、28、50、82、126的核子數可以讓原子核很穩定。所以就有人認為,可能序號最大的是126號的元素,這個理論的提出者叫做格倫·西奧多·西博格。

    當然,研究這個問題的大咖還有很多,其中最具偶像的氣質當屬費曼了,他認為是137號。作為科學家,人家可不是亂猜的,也是拿出了自己的依據,還是讓人很無語的那種依據。這個東西叫做:精細結構常數。通過精細結構常數和波爾的原子模型,費曼推導出,只要大于137號元素,1s軌道上的電子就會不受控制亂飛。(精細結構常數這個東西是“物理學界最大的迷霧”,我們下期會詳細去講,但137的猜測并不能夠在理論上站得住腳。)

    被科學家廣泛接受的是從相對論的基本假設中推導出來的結果,172號!相當大有木有!

    那這個172號是咋來的呢?光速!

    相對論規定信息、物質、能量不能超過光速,也就是說核外電子的運動速度不能超過光速,如果質子數超過了172號,那原子核和電子之間的電磁力,很可能會讓電子速度超過光速。這就和相對論矛盾了,所以這是不可能的。

    所以,我們來總結一下:

    1,根據穩定島理論推測,126號元素是特別穩定的元素,所以有可能是最后一位元素。

    2,根據費曼的推測,137號元素是最后一位元素,因為精細結構常數的存在。

    3,按照相對論推導出,172號是最后一位元素,這才能保證原子核外電子不超光速。

    那究竟是126號、137號還是172號?其實還沒有統一的結論,只能等待時間去驗證了。

     
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