我們身體里的每一個原子是不是都有幾十億年的歷史？

太陽系誕生至今已有46億年的歷史，地球的年齡也大約有46億年。人類是由原子構成的，那么是否也意味著人類身體內的原子的壽命也有46億年？

這是一個很有趣的問題，深挖一下，構成該宏觀物體的粒子的壽命與宏觀物體的壽命一樣嗎？原子有壽命嗎？它的壽命是多少？

為了解釋清楚這個問題，我們先從別的方面切入。

人體主要由哪幾種原子構成？

無論是天上飄的白云，還是地下跑的馬兒，都是由原子構成的，整個太陽系也是由原子構建而成的。

包括人造和天然存在的，目前人類已經發現118種元素，而地球上總共存在90多種天然元素，地球上的碳基生命主要由28種元素構成。人體主要由氧、碳、氫、氮、磷、硫、氯、鉀、鈉、鈣和鎂這11種元素構成，它們占據人體總質量的99.9%，此外人體中還含有十幾種必要的微量元素。

這里需要說明一下，同一種元素可能存在好幾種同位素（質子數相同，中子數不同），其中的一種我們稱之為核素，一種核素便對應著一種原子。

比如氫元素，它是宇宙中最簡單的元素，它就擁有三種同位素。在宇宙中氫以氕H、氘D和氚T三種同位素的形式存在，其中氕作為氫元素的一種核素，其在自然界中的相對豐度大約為99.985%，我們通常所說的氫原子就是指的氕，它由一個質子和一個電子構成，質量數為1，它是宇宙中最簡單的原子。而氘則由一個質子、一個中子及一個電子構成，質量數為2，相對豐度約為0.015%；至于氚的相對豐度則低于0.001%，質量數為3，原子核中含有一個質子、兩個中子。

上圖為氕和氘的原子結構示意圖

原子的壽命有長有短

原子的壽命并不是無限的，不同種類的原子的壽命是不同的。穩定原子的壽命，理論上與宇宙的壽命相當。不穩定的原子的壽命是不同的，長的可達幾十億年，短的不過數秒。

原子由質子、中子和電子構成，穩定元素的原子的壽命，可以用這些粒子的平均壽命來估計。其中，電子的平均壽命無限，自由質子的平均壽命至少為10^35年，自由中子的平均壽命約15分鐘。不過中子在原子核的束縛下，壽命會變得非常長，中子同樣能夠穩定原子核。通常認為質子非常穩定，不易發生衰變，壽命比宇宙的壽命還長。由此可見，由這些粒子構成的穩定元素的的原子的壽命也是非常長的，如果不發生意外，幾乎與宇宙的壽命一樣長。

而不穩定的原子，其壽命千差萬別。所有的放射性核素都是不穩定的，它們會自發的以向外界發射出粒子或者射線的形式，衰變成穩定的原子。元素周期表中原子序數（或質子數）84及以后的元素都是放射性元素，許多穩定元素也都擁有放射性同位素，它們會通過衰變轉變為穩定的元素。

對于放射性元素的壽命，即不穩定原子的壽命，我們可以用半衰期來描述。

上圖為部分核素的半衰期

那什么是半衰期呢？

半衰期是針對放射性元素（更準確一點，應該稱之為放射性核數）而言的，只有放射性元素才具有半衰期。比如碳元素的同位素碳14，它的放射性半衰期大約為5730年，這意味著，1千克的碳14原子經過5700年之后，就只剩下0.5千克的碳14原子了，另外0.5千克會衰變成穩定的氮14原子。

同種元素的不同核素的壽命也是天差地別，比如釙元素的同位素釙210和釙215，一個半衰期長達三個月，另一個僅為0.00018秒。在氫的三種同位素中，氚就具有放射性，它的半衰期為12.33年。

原子的創生與毀滅

一種原子可以通過核反應變成另一種原子，核反應的方式包括核聚變、核裂變、原子核的衰變、粒子轟擊。

宇宙中最早的一批原子源于宇宙大爆炸，那時的宇宙中的主要元素是氫，氫在萬有引力的作用下會形成恒星。宇宙中的第一批恒星在衰老死亡之后，會將大量新元素（比如碳、氧等元素）拋出。

宇宙中的星系主要由恒星構成，每一顆恒星就是一個核聚變反應堆，無時無刻不在制造著新原子，除了氫元素以外，包括鐵等輕元素幾乎都是在恒星的大熔爐中產生的。當一顆恒星走到了生命的盡頭，就有可能會在引力的作用下發生超新星爆發，鐵之后的重元素就是在這短短的幾秒鐘時間內形成的。

如果沒有恒星，也就沒有足夠的原材料形成地球，更不會誕生生命。宇宙中最早的一批原子便是氫原子，其它的原子都是在此基礎上由氫原子聚變而成的。

宇宙射線中89%都是自由質子，10%是阿爾法粒子（即氦4原子核），質子和電子會自發地結合成氫原子，此外宇宙射線還有可能會和其它原子發生核反應。

對于穩定的原子，我們無法測定它的年齡；只有放射性核素的原子才能測定年齡

世界上沒有兩片完全相同的葉子，可從微觀世界看來卻不是這樣子的。

決定原子種類的是核子數，不同的質子數對應著不同的元素，不同的中子數對應著不同的核素。對于同一種穩定的原子，我們無法對它們進行標記，也就是說它們具有全同性。

比如兩個氫原子，我們無法判斷，究竟哪一個是新產生的，哪一個是后產生的，它們究竟經歷了多少年。

對于放射性核素，我們可以通過測量它的衰變情況，來判斷它的大致年齡。正是基于這個原理，科學家們可以利用放射性同位素對遠古生物進行年代測定，還可以用來鑒定古董。

如圖所示，不同放射性元素的測年范圍

總結

人體60%都是水，水是由氫原子和氧原子構成的，而水中的氫原子很有可能就是最近幾百萬年內剛剛誕生的。還有一些其它元素，很有可能也是最近剛剛誕生的。此外，人體中還含有微量的放射性同位素，其實不僅人體內有，自然界中到處都分布著放射性同位素，只不過輻射劑量非常小，根本察覺不到，對人體本身也沒有危害。這些人體內的放射性元素也會發生衰變，壽命肯定沒有幾十億年。

由此可見，不是所有原子都和地球一樣擁有幾十億年的歷史，原子同樣存在創生與消滅，原子也有壽命，片面的認為我們身體中的原子都有幾十億年的歷史是不正確的。

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