《研炭翁说碳》(五)：碳从哪里来？
因此，根据最近标准宇宙论模型以及B2FH理论，比较一致的认为是：宇宙是在不断地进行膨胀和收缩循环，既没有开始，也没有结束，我们处在的这一轮循环是大约137亿年前由收缩到非常致密的小质点爆炸后产生的。大爆炸后的极短时间内（10-30秒）宇宙便加速暴胀，目前正处于缓慢膨胀的初期，仍在继续膨胀。在爆炸后的百万之几秒，温度达1千亿度（1011K），形成一种超炽热、极致密、由一些被称为夸克(quark)和胶子(gluon)的粒子组成，它们四处游荡，横冲直撞。随后少量的电子、光子和其他较轻的基本粒子又参加进来。这时混合物的温度可高达上万亿℃，比太阳核心还要炽热10万倍以上。但是，温度会随着宇宙的膨胀而直线下降，就像今天一团普通气体在迅速膨胀时会冷却一样。夸克和胶子的速度也大为减慢，以致其中一部分开始能暂时地粘连在一起。随着宇宙的膨胀，当其冷却至1百亿度时，夸克通过胶子传递的强作用力组成亚原子粒子质子和中子，后者又进而形成原子核。当电磁力起作用时，原子核捕捉电子后形成一些最轻的氢和氦原子，这一过程仅三分钟。在大爆炸10亿年后，宇宙冷却到4000K时，最初形成的氢、氖、氦等元素组成原始星际物质，靠引力收缩形成原始恒星团块，此时温度又逐渐升高，当温度达到700万K时，原子中电子脱除，仅剩原子核，高温高压下它们因热运动碰撞，两个轻原子核熔合在一起成为一个重原子核。在温度为110～1110万K的恒星中，主要产生质子－质子热核反应，氢核聚变转化为氦。当恒星中心温度和压力提高至氦被点燃时，氦芯收缩而外层膨胀和冷却，变成了红巨星。按照B2FH理论，通过3α过程，三个氦原子可聚变成一个碳原子。这一过程由两步完成，先是两个α粒子(即4He原子核)形成8Be，但后者寿命仅10-16秒，然后再捕获一个α粒子，形成12C。因此，碳是完全在星球内部形成的第一个最轻的元素。若星球核心进一步收缩至6亿度以上的高温，则碳继续聚变产生氧、镁等原子核。如果没有形成碳的3α过程，就不可能进一步形成其它重元素。在形成质子数为26的铁之后，核聚变不再是放热反应，此时核心产生的震动波与外层的物质相撞，释放大量能量产生更多热核反应，从而形成更多比铁更重的元素。恒星外层炸掉，形成所谓超新星爆炸，一系列热核反应生成的各种元素也被散布到宇宙各处。据估计太阳中每106氢核有215个碳原子，宇宙中106氢核中有85个碳原子，而恒星包覆物及环绕其外围中碳/氧>1的富碳星每年可产生固态C的速率约为0.002M⊙（M⊙为太阳的质量）。