为什么说铁是宇宙中原子核稳定性最好的元素？

在这个宇宙中，什么元素是最稳定的元素？对于这个问题，很多人可能会认为是金或者铂。确实，金和铂都具有很好的化学稳定性，但如果讨论到物理原子核层面，那它们还是差了许多。事实上，这世界上原子稳定性最好的元素其实是铁。没错，就是那个放在潮湿的空气中一两天就会生锈的铁。

的确，铁的化学性质不稳定，容易与空气中的氧气发生反应生成三氧化二铁或四氧化三铁，也就是铁锈，但这并不影响铁原子核稳定性最强的地位，原子核的稳定性与化学稳定性并无关联。

那为什么说铁是宇宙中原子核稳定性最好的元素？这主要得益于铁元素极大的比结合能。

在核物理学领域，有个概念叫做“核结合能”，它指的并不是元素原子核拥有的能量，而是要拆开（裂变）或组合（聚变）原子核时需要吸收或释放的能量。所谓的“比结合能（也称，平均结合能）”，指的是元素的原子核结合能与原子质量的比，是核的重要性质之一，而在所有元素中，铁的比结合能是最大的。

比结合能 = 结合能 ÷ 核子数

比结合能越大的元素，原子核中核子结合得越牢固，因为要拆开等质量的原子核所需的能量是最大的，也就意味着铁元素的原子核能量也是最低的，只有低能量是稳定的。

在普通人的眼中，核裂变与核聚变作为两种截然相反的原子核反应，都是在释放能量。不知道有没有人对此感到疑惑，既然核裂变与核聚变都在释放能量，那是不是可以不断地通过核裂变与核聚变往复反应实现在不消耗物质的情况下不断地释放能量。这肯定是不行的，而且并非所有的核裂变与核聚变都伴随着能量的释放，最简单的例子就是物理学界著名的各种强子对撞实验，这也是一种认为干预下的核裂变，但它每次启动所需的能量几乎等同于一座城市的电力需求。自然界中，超新星爆发所产生的各种高能粒子，轰击到其它原子核导致原子核的裂变，这也是一个吸收能量的过程。

其实，从上图可以看出，元素周期表中的所有元素中，铁的比结合能最大，其它分布在铁同一侧的元素普遍呈现分子量与铁相差越大的元素其比结合能越小的趋势。

我们所熟知的那些会伴随着能量释放的核裂变与核聚变，其释放能量的本质主要还是在于其生成的新元素会比参与反应的元素具有更高的比结合能。也就是说，这些核裂变与核聚变的趋势只有一个，那就是不断反应生成大比结合能的低能量元素。又因为铁的比结合能最大，因此也可以认为这些核裂变与核聚变所生成的新元素都是在一步步地往铁靠近，直到所有的元素都变成铁元素，达到原子核最稳定的状态为止。

看到这里，有没有一种后怕的感觉，无论核裂变还是核聚变，其最终目标都是将参与反应的元素都转化为铁元素，然后宇宙就安静下来了。没错，在物理学界，就有一种“热寂”假说，认为随着核裂变与核聚变的不断进行，而这一过程还伴随着宇宙熵的不断增加，当宇宙的熵达到最大值时，就意味着宇宙中所有的元素都已经转化为铁元素，宇宙中的其他有效能量都已经全数转化为热能，所有物质温度达到热平衡。这就是我们宇宙的终极命运，一个温度均匀只有铁元素没有任何一点活力的宇宙。