2008年5月30日
【明報專訊】科學界一致認同的現代三 大科學問題，是「宇宙的起源」、「生命的起源」及「元素的起源」。據一般科學家的想法，「宇宙的起源」是一個天文學和物理學的問題，「生命的起源」是一個 生物學的問題，而「元素的起源」是一個化學的問題。但是，從近年科學研究發展方向看來，三者都和天文學有重大關係。
宇宙生命元素起源均與天文學有關
這三個問題中，「元素的起源」是唯一可以算成已被解決的。地球上有多於90種自然化學元素；從最輕的氫到最重的鈾。它們是萬物的基本成分，例如，水是氫和氧的化合物，而沙石是氧和矽的化合物，樹木基本上是碳和氫的化合物等。
我們的身體也是由不同元素組合的分子合成，除了常見的元素，如氧(佔人體重量65%)、碳(18%)、氫(10%)、氮(3%)、鈣(1.5%)等，還有其他50多種較稀有的元素，如碘、鈷、硒等等。
從地質學，我們知道化學元素在46億年前地球開始時已存在。地球的成分是氧(47%)、矽(28%)、鋁(8%)、鐵(5%)等。因此元素起源必定比地球形成還要早。
比地球形成還早
那 麼地球上的化學元素從何而來？透過天文光譜觀察，發現恆星跟地球和太陽有同樣的化學元素，從而推測出恆星也是由同樣的元素組成，只是多少有別。普通的恆星 中，約有74%是氫，24%是氦，1%是氧，0.5%是碳。因為有些恆星可以老至百億年，所以元素的起源可推至百億年前。
化學元素是否在盤 古初開、宇宙起源的一剎那已存在？在1940年代，物理學家確是這樣想的。到了50年代，核子物理高度發展時，我們才知道事實並非如此。現在我們有強力的 證據證明，差不多所有化學元素都是恆星製造的，尤其是年老的恆星。它們經過星內的核子反應一步步製造出來，又經過恆星風及恆星死亡時的爆炸散於銀河系每一 角落。
唯一的例外是最輕的元素——氫。它產生於宇宙大爆炸，而大部分的氦、鋰、鈹，也源於宇宙之初。但碳(周期表第6位)以上的重元素全由恆星產生。因此，我們身體每一部分，億萬年前都曾是星的一分子，我們可以說是「星的後人」。
透過恆星風爆炸散於銀河系角落
這 是科學三大難題中唯一已被解決的。1957年，英國科學家霍伊爾(Fred Hoyle)等4人發表一篇論文，題為「元素在恆星之合成(Synthesis of the Elements in Stars)」。這篇文章被認為是科學史上最具影響力的著作之一。同年，加拿大物理學家金馬倫(A.G.W. Cameron)提出同樣理論，但他的文章「恆星演化、核子天文物理及核起源(Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics and Nucleogenesis)」卻在較少人知道的加拿大刊物出版，因此他未有得到同樣的知名度。
地球萬物之源這個謎最終已被解答。我們銀河系的1萬億顆恆星可以創造出一個地球，同樣也可以創造出其他地球。中國古人說﹕「萬物歸宗」，我們的「宗」就是恆星了。
文﹕郭新
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