人类还没有在太空中发现任何地球上不存在的元素。
实际上,大自然利用元素周期表中天然存在的98种元素构成了世间的一切,以及遥远的行星、恒星乃至星系。
元素是用质子数来编号的,只要增加质子数,哪怕不稳定那也算做一个元素。
目前理论上还没有质子数的上限,也就是元素是没有上限的。不过绝大多数新元素都是瞬间衰变,不能形成稳定元素。
所有的元素及其同位素,都是用其原子核包含的中子、质子数来界定的。如果用质子数、中子数做一个二维坐标,所有的稳定元素都几乎落在45度的轴附近,而偏离这根轴的地方,都是不稳定的。
由元素组成的物质有的简单,例如太空中普遍存在的氢,有的相当复杂,例如人体。
在宇宙大爆炸初期,只有氢、氦以及少量的锂存在。
随后,这些较轻的元素坍缩成了恒星,在恒星发生核聚变反应的同时,就会生成更重的元素,并在最后发生超新星爆炸的时候散播到宇宙当中,其中包含有一直到铜、铅、汞、金这样的重元素。
在恒星制造的这些重元素当中,大约只有2%聚集形成了行星,为生命的形成备好了原料。
对于碳基生命来讲,碳、氧、氮这些元素至关重要。因此,著名的天文学家卡尔·萨根曾经说:“我们都是星尘”。
如果我们从化合物的角度来看,那么地球上存在比宇宙中其它地方要丰富得多的物质种类。
化合物也是纯物质,只不过是由两种或两种以上的原子构成。例如,水就是由两颗氢原子和一颗氧原子构成。
迄今为止,天文学家在宇宙中大约只发现了220种化合物或分子,几乎所有在地球上都能找到。
当然,本文只是针对地球环境进行讨论,实际上,根据现代科学家对宇宙的观测与计算,宇宙中的物质大致可以分为3种:普通物质、暗物质、暗能量。
其中,普通物质大约占整个宇宙物质的5-15%,暗物质占整个宇宙的25%左右,暗能量占据其余。
普通物质:我们周围所见到的一切物质都是普通物质,均由“基本粒子”构成。
站在元素层面上来看,宇宙中最多的元素是“氢”,大约占据所有物质的90%;其次是“氦”,大约占据物质的9%左右;其余元素的量占据剩下不到1%。
以宇宙中最主要的元素氢为基准,如果氢粒子丰度为100,前十名元素的丰度为:
氢——90%
氦——9.7%
氧——0.085%
碳——0.036%
氖——0.012%
氮——0.011%
镁——0.004%
硅——0.004%
铁——0.003%
硫——0.002%
除了最丰富的氢氦,最多的是氧,然后是碳。
氢通常的单质形态是氢气。它是无色无味无臭、极易燃烧的由双原子分子组成的气体。
氢气是最轻的气体,它是宇宙中含量最高的物质。氢原子存在于水、所有有机化合物和活生物中。
化学性质上氢氧是最活泼好动的,而第二名氦是惰性元素。第一第三碰在一起就是水!所以,水,是宇宙中最丰富的化合物,没有之一。
这个宇宙,从来不缺水。
这也同样说明,为什么生命选择了碳基。碳含量是硅的十倍,生命当然选择更多更容易发生的。
暗物质:暗物质是指无法通过电磁波的观测进行研究,也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能透过重力产生的效应得知,而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。
暗能量:如果宇宙中只存在物质与暗物质,那么宇宙空间最终会因为万有引力的作用而变得收缩,但天文学家对宇宙的实际观测表明宇宙正处于加速膨胀的状态,这就表示空间中存在一种”负压",这种负压将空间受到的万有引力给抵消甚至使得空间加速膨胀。
从地球环境来看,尽管进化动力学中天生便存在难以预测的情况和偶然性,但生物体中几乎所有最基本、最复杂的可量化特征,都以一种非常简单和规律的方式随着规模的变化而发生缩放变化。