碳是生命必不可少的要素，所以人類被稱為碳基生命。碳在地球上的含量很高，所以地球上的生物圈才會如此的繁榮。

    整個宇宙中，碳是數量第四多的元素，前面三位是氫元素、氦元素和氧元素。

    碳，普通又神秘。

    碳的神秘，并不只是因為既可以變成黑不溜秋的石墨，又可以變成亮晶晶的鉆石。

    碳元素的制造過程非同尋常。

    宇宙為了創造這種元素，專門設定了特殊的過程。發現這一過程的科學家，甚至動搖了信仰。

    組成萬物的有100多種原子，而每一種原子都是由電子、質子和中子組成的。

    質子就是氫的原子核。決定所有元素性質的，就是質子和中子結合成的原子核。

    138億年前，宇宙在大爆炸中誕生。

    大爆炸38萬年之后，宇宙中充滿了氫原子。

    最初的氫原子聚集成原始星云，在引力的作用下形成了恒星，大爆炸2億年后。宇宙中第1顆恒星被點亮。

    恒星被點亮的原因，是因為發生了核聚變，核聚變就是氫原子聚合變成其他原子的過程。

    這個過程制造了世界上所有的原子，同時會放出巨大的能量。

    但是鐵以上的元素聚變卻要吸收能量，所以鐵以上的元素要在超新星的爆炸中才會誕生。    

    恒星爆炸以后，把大量的物質拋向了太空，重物質就聚合形成了地球。

    所以地球和人類是在恒星爆炸的灰燼中誕生的，這些灰燼中就含有大量的碳。

    還有一些沒有燃燒盡的氫元素，就變成了下一代恒星的燃料，我們太陽就是第2代恒星。

    但是，聚變反應非常困難，因為原子核碰到一起的機率非常低。

    所以，太陽才會照耀我們幾十億年，并且還會照耀我們幾十億年。

    原子之間的空間非常大，原子核只占整個原子體積的1/10，000億，原子核在原子中的大小，相當于一個足球場中間的一個玻璃球的大小。

    在太陽內部，4個氫原子聚變形成氦原子，需要700萬年時間。

    大家可以想象一下，在兩個足球場大小的空間，兩個玻璃球隨機運動碰撞的機率有多少，而且這種事件還是發生在三維空間中。

    不僅僅如此，因為原子核和玻璃球是不一樣的，原子核帶正電，之間會有斥力，所以需要極高的能量才能碰在一起。

    否則的話，我們往水里面丟一個鞭炮，整個海洋就會爆炸。

    太陽內部的核聚變，要1，500萬度的高溫和3，000億個大氣壓下才能進行。

    我們知道，氦原子一共有兩個質子兩個中子。兩個質子碰在一起都很困難，4個質子同時碰在一起是不可能的，甚至三個質子同時碰在一起都不可能。

    這就好像潘金蓮碰到西門慶的機率，潘金蓮碰到武松的機率，比潘金蓮、西門慶和武松同時碰頭的機率要大得多。

    所以氫到氦的核聚變，是分成好幾個步驟進行的，這幾個步驟中全部都是兩個兩個碰在一起。

    兩兩相碰的組合有很多種，其中一個組合是這樣的：兩個氫原子，先合成一個氫的同位素氘，同時釋放出一個正電子和一個電子中微子；再由氘和一個質子合成一個氦3；兩個氦3可以直接合成一個氦4，放出兩個質子。

    按照兩人碰頭比三人碰頭要容易的原則，接下來聚變成碳的反應要這樣進行：兩個氦原子聚變成鈹元素。鈹元素里面有4個質子，鈹和氦反應，就會形成碳。

    按照這樣的原則，自然界中的鈹元素應該很多。

    實際上鈹是一種稀土元素，在宇宙中和地球上的含量都很低，同時，鈹有毒！

    而且兩個氦原子形成的鈹8極不穩定（鈹9才穩定），只能存在1/10萬秒。

    如果按照這種核聚變反應的設定，宇宙中就幾乎不會有碳元素。

    這是怎麼回事？到底發生了什麼，讓宇宙中的炭如此之多。

    這個問題困擾了科學家很久。

    有一位科學家，弗雷德.霍伊爾，專門的研究過這個問題。

    弗雷德.霍伊爾（Fred Hoyle，1915~2001），英國數學家和天文學家。

    霍伊爾發現：必須要三個氦原子同時碰在一起才能形成碳。

    并且初步計算出反應需要的能量。

    從正常的機率角度上來說，這幾乎是不可能的。

    我們可以設想一下，在三個足球場大的面積上，有三個玻璃球同時碰在一起，而且這三個玻璃球還會相互排斥。

    為了制造碳，宇宙專門做了這樣的設定：三個氦原子同時碰在一起的時候，斥力會突然大幅度的降低。

    如果沒有這個設定，宇宙中就不會產生生命。

    上世紀50年代中期，瑪格麗特.

伯比奇（Margaret Burbidge）、杰弗瑞.伯比奇（Geoffrey Burbidge）、威廉.富勒（William A. Fowler）和弗雷德.霍伊爾（Fred Hoyle）提出了以他們名字命名的BBFH理論，解釋了恒星內部元素的合成過程。

從左到右，M.伯比奇、G.伯比奇、W.富勒和F.霍伊爾。

    威廉.富勒因為對恒星內部元素合成理論的貢獻，和錢德拉塞卡分享了1983年諾貝爾物理學獎。

    3個α粒子（氦的原子核）在激發狀態下融合形成碳12，然后電磁衰減至基態時，就會在恒星內部制造碳。這被稱為三重阿爾法過程。

    為了紀念弗雷德.霍伊爾發現恒星合成碳12過程的杰出貢獻，碳原子的激發態又被稱為霍伊爾態。

    碳的合成極其重要，因為碳生成以后還要和阿爾法粒子合成氧，這2種元素都是決定生命存在的至關重要元素。

    弗雷德.霍伊爾原來是一個無神論者，因為發現了碳的合成過程，動搖了原來的信仰，成為了一個有神論者。

    弗雷德.霍伊爾認為宇宙有智慧有生命，是活的。

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