宇宙中还有没有人类没发现的元素？ 第1页

IUPAC将元素定义为可以在衰变前存在至少10^-14秒的原子，这个时间长度是原子核周围形成电子云所需的时间。按这个标准和现有的理论，能够视为元素的原子所含的质子数量的上限可能是137个或173个，也可能没有上限。现实中，由于技术有限，人类还没有制造出原子核中含有超过118个质子的元素，因此人类还没有将现有理论下可以存在的所有元素都造出来。

理论上，含有大量质子的原子可以在质子数·中子数是“幻数”时相对稳定，相关理论称为“稳定岛”，以尚未制造出来的126号元素为中心、被质子滴线和中子滴线所限制^[1]。

理查德·费曼指出，根据玻尔模型，原子核中含有超过137个质子时，内层轨道电子的速度会超越真空光速。相对论狄拉克方程则会在原子核中含有超过137个质子的时候出现虚数解。因此有学者将137号元素作为元素周期表的上限。但玻尔模型没有考虑相对论，狄拉克方程没有考虑原子核的实际尺寸。

一些理论认为，含有超过173个质子的原子核可能无法形成原子，只能以离子形式存在^[2]。

• 这是因为在质子数为173时，现有理论显示原子核将达到“临界电荷”，其结合能1.022兆电子伏特超过了电子的不变质量对应的能量的2倍，或曰电子-正电子对的湮灭能量，意味着这种原子的1s轨道在没有被电子充满时原子核的电场会从真空中创生电子-正电子对，进而导致核外电子数量与原子核所含的质子数量不相等。
• 也有学者认为上述限制并不重要：如果1s轨道被电子填充，上面所说的事情就不会发生^[3]。

也有学者不同意IUPAC的定义。

在这之外，由反质子、反中子、正电子组成的反物质原子也可以放在元素周期表上。人类在二十世纪九十年代制造出-1号元素“反氢”的原子，在2011年制造出-2号元素“反氦”的同位素“反氦-4”的原子^[4]，目前还没有制造过反锂、反铍等东西的原子。理论上负数序列的元素周期表也可以一直延伸到-137或-173，抑或没有限制。含有超过173个反质子的反物质原子核也可能无法形成原子，只能以离子形式存在。

中子可以视为0号元素——尽管科学文献并不喜欢这样使用。单个中子的半衰期约611秒。2012年，人类制造了由强力连接的2个中子，测得其半衰期为10^-22秒^[5]。法国科学家曾经自称制得了由强力连接的4个中子，但实验目前无法复现，可能是观测错误——如果这玩意真能存在，现有的核力模型需要修改。

有些科学作家或记者称中子星就像巨大的0号元素原子核，但传统而言原子核应当由强相互作用结合在一起，而中子星是由引力相互作用结合在一起的，并不应该视为原子核。

目前还没有什么科学文献探讨过双荷子等组成的分数序号、虚数序号或复数序号的元素，也没有科幻小说尝试仔细探讨这种东西的性质。量子电动力学中的电荷是厄米算符的本征值，不能是有非零虚部的复数，不过你可以自创超越QED的物理学来定义虚数电荷——对科幻小说而言这不算太可怕，量子力学里虚数满地都是，文小刚老师已经在知乎上质疑过实数的功用。i号元素、1+i号元素之类东西可能具有和氢、反氢完全不相似的性质。

参考

1. ^ 在稳定的原子核中加入中子，原子核会变得愈发不稳定，直到中子不能再与核相结合，这种极限被称为中子滴线（neutron dripline），质子滴线类推。
2. ^ Walter Greiner and Stefan Schramm, Am. J. Phys. 76, 509 (2008
3. ^ https://www.chemistryworld.com/opinion/column-the-crucible/3005076.article
4. ^ https://arxiv.org/abs/1103.3312
5. ^ https://dx.doi.org/10.1103%2FPhysics.5.30