虽然它只占宇宙的0.0025%, 但它却主宰了地球的命运

为了创造一颗充满生命的岩石行星，宇宙需要制造大量的重元素。想要产生锡、碘、硒、钼、锌和铜等元素，需要银河系在过去多次出现超新星爆发。为了产生铁、钙、钴、硫和钾等元素，需要质量足够大的恒星来制造它们。

然而，宇宙诞生的时候几乎只有氢和氦两种元素。如果当时宇宙就只有这两种元素，那就不可能产生比太阳质量大三倍的恒星。这样，重元素无法产生，更不会有后来的地球与生命。然而，早期宇宙中的一个微小缺陷使恒星质量得以成长到太阳的数百倍，这是今天我们可以存在的唯一原因。

正因为这些大质量恒星的出现，才有了今天我们所知的宇宙。在像我们太阳这样的恒星中，中心区域达到足够高的温度，使氢聚变成成氦，直到中心的氢元素耗尽。此后，太阳的核心将会坍缩，使温度升高至足以把氦聚变成碳，以及痕量的其他元素。

当氦元素耗尽时，太阳将到达生命的终点，它无法再聚变更重的元素。若要进一步聚变，需要至少太阳质量8倍的恒星。正是那些大质量恒星在生命终结时爆发成超新星，才有足够高的能量来制造重元素，然后扩散到宇宙中。

在大多数类似于银河系大小（直径约10万光年）的星系中，每个世纪都会出现多个超新星，表明这些大质量恒星在宇宙中很常见。事实上，无论在宇宙何处出现恒星大爆发，即使是第一次，也会产生诸多质量足够大的恒星来制造这些重元素。

然而，如果宇宙只有普通的氢和氦两种元素（其中氢由一个质子组成，氦由两个质子和两个中子组成），这将产生一个巨大的问题：氢核聚变开始于大约4,000,000 K的温度（K = ℃ + 273.15），这需要至少1.6×10^29 kg的质量坍缩成一颗恒星。由于质量巨大，原恒星将迅速坍缩，在短时间内加热到聚变温度，并向外释放出很强的辐射压，这将会推开原本被吸引的气体元素，从而阻止恒星进一步生长。最终只能形成质量大约为太阳3倍的恒星，而产生地球与生命所需的大质量恒星将无法形成。

幸运的是，宇宙自诞生之初起，还存在其他成分，它们使得大质量恒星的出现成为可能。这种额外的成分就是氢的重同位素：氘，它由一个质子和一个中子组成。当氘和正常的氢核同时存在时，只需1,000,000 K的温度就能把它们聚变成氦-3，同时产生相对较弱的辐射压。这是原恒星中发生的最初核反应，它把核心向外推，使温度上升的速度远慢于只有氢的情况。

即使只有少量的氘——少于原恒星质量的0.01%，也可以把温度升高至启动氢核聚变的时间推迟数千万年。从而使恒星有足够的时间聚集更多的原料，来形成数十倍甚至上百倍太阳质量的恒星。

那么，宇宙中的氘来自哪里？

在宇宙大爆炸之后的最初几秒钟，宇宙是由质子和中子组成，它们互相碰撞形成更重的元素。第一步会形成氘，但它们很容易被极早期宇宙的高能辐射破坏。直到几分钟之后，氘才能稳定存在。虽然这导致宇宙几乎全部由氢（大约占75%）和氦（大约占25%）组成，但同时也形成了痕量的氘和氦-3，以及更少的锂-7。

尽管在这个过程中，只有大约0.0025%的宇宙质量成为氘（四万分之一），但这足以使大质量的恒星形成。只有大质量恒星的诞生，才会有后来的重元素，最终才有地球与生命。虽然我们的宇宙并不完美，但这是绝对必要的。如果没有微量的氘来延迟恒星中心的核聚变反应，宇宙将不会有生机。