我們深入宇宙，把恒星、星系和整個時空看作一個整體，從已知到未知，我們不斷思考，最終的夢想是想弄清楚：這所有的一切是怎么回事！目前我們所掌握的知識，讓我們一遍又一遍的思考宇宙中最小的部分是如何在最大的尺度上進化的。
我們都知道大爆炸后宇宙賦予了我們第一批物質(zhì)資源，那就是我們熟知的氫。這種最簡單的元素經(jīng)歷了一次又一次的恒星聚變，超新星爆發(fā)，中子星碰撞產(chǎn)生了我們已知的周期表上的所有元素，也構成了萬物！所以問題來了：我們的宇宙會不會耗盡氫元素？在未來氫元素的原子量或質(zhì)量會剩下多少？我們的宇宙會不會無法形成新的恒星，而停止核聚變？
（關于輕元素的起源和鐵以后重元素的起源過程，感興趣的小伙伴戳連接哈：一口氣搞懂︱金元素以及所有重元素的身世之謎）
關于氫問題的討論，就必須從可觀測宇宙的起源:大爆炸本身開始說起!
宇宙誕生于一團真空能量，是真空能量的不穩(wěn)定導致了宇宙發(fā)生暴脹，并且啟動了所謂的大爆炸。當宇宙暴脹結束時，所有被鎖定為空間自身固有能量之外的能量都轉化為物質(zhì)、反物質(zhì)和輻射，我們傳統(tǒng)上認為的可觀測宇宙就開始了。
宇宙早期，也就是暴脹結束后，空間充滿了由超相對論粒子組成的又熱又密的物質(zhì)輻射濃湯，在隨后宇宙的膨脹中空間開始冷卻，隨著時間的推移膨脹速度也大大減慢，物質(zhì)戰(zhàn)勝了反物質(zhì)，夸克和膠子聚集在一起形成了自由的質(zhì)子和中子，這一切都發(fā)生在比質(zhì)子和中子多得多的輻射海洋中，而質(zhì)子和中子將構成我們?nèi)粘Ｋf的“正常物質(zhì)”。
從大爆炸開始后的一秒鐘，我們今天可以觀測到的宇宙中包含了大約10^90個輻射粒子，還剩下大約10^80個質(zhì)子和中子(大約各占一半)。大多數(shù)中子要么通過俘獲中微子轉化為質(zhì)子，要么通過放射性衰變轉化為質(zhì)子，到宇宙形成三分鐘多一點的時候，剩下的中子將與質(zhì)子融合，形成少量的氦。（因為中子本身就不穩(wěn)定，不能單獨存在，很容易衰變?yōu)橘|(zhì)子）
到宇宙誕生四分鐘時，按數(shù)量計算的話，92%的原子核是氫，剩下8%是氦。(如果把這些原子按質(zhì)量分類，氦的質(zhì)量通常是氫的四倍，那么質(zhì)量比例就是是75%/25%。)
在更長的時間里，宇宙繼續(xù)冷卻，在幾十萬年后形成中性原子，然后在數(shù)百萬年之后，這些中性原子冷卻在引力的作用下開始收縮，形成巨大的分子氣體云。盡管電磁力和引力在這段時間里產(chǎn)生了巨大的影響，形成了中性原子、恒星、星系甚至是宇宙的大尺度結構。
但只有核反應才能改變原子的類型（再電離）。所以就氫而言，這段時間沒有什么變化，氫依然是氫。直到第一顆恒星形成的時候...
要成為一顆真正的恒星，它的主要特征是在其核心將較輕的元素融合成較重的元素。這種核聚變過程只有在巨大的溫度、壓力和高密度下才會發(fā)生，至少有數(shù)萬地球質(zhì)量的氫聚集在一個單一的束縛結構中。當核心溫度超過400萬開爾文時，核聚變就開始了，第一階段的聚變是將單質(zhì)子（氫原子），在核鏈上聚變?yōu)楹ぃㄟ@個過程其實還是挺漫長和復雜的，想了解的伙伴戳鏈接：一口氣搞懂太陽的聚變過程，原來核物理如此簡單），今天的焦點是氫，所以就不贅述了。
一個恒星要用多長時間才能把氫“吃光”，最大的決定因素其實是相當簡單的：恒星的質(zhì)量。
對于質(zhì)量最大的恒星，例如：質(zhì)量是太陽質(zhì)量數(shù)百倍的恒星(如上圖中最亮、最藍的恒星)，它們核心燃燒氫的速度快得令人窒息，這種恒星最多只需要幾百萬年的時間就可以把自己的氫嚯嚯完。但是宇宙中這些O級恒星非常罕見，只占所有恒星的0.1%不到，但它們是整個宇宙中最亮、最亮的恒星，也是宇宙中氫消耗最快的地方。
另一方面，質(zhì)量最低的恒星，也就是主序m級恒星，在燃燒完所有的氫之前，可能會存在幾百億甚至上萬億年(是目前宇宙年齡的1000多倍)。表面上看，這似乎并不那么重要，但別忘了m級恒星是宇宙中最常見的恒星類型;今天活著的四顆恒星中就有三顆是m級恒星!
你可能會認為，考慮到在過去138億年的時間里有多少代恒星工廠的誕生和死亡，考慮到地球上和整個太陽系中存在著大量比氫重的元素，今天的宇宙中氫的數(shù)量會少得多。
但事實并非如此。
我們的太陽其實最具有代表性了，不大也不小，而且屬于第三代恒星，之間已經(jīng)有恒星在我們這里生存過。太陽是在宇宙超過90億年的時候在螺旋星系的平面上形成的，螺旋星系是宇宙中最普遍的星系。然而，當我們的太陽形成時，它仍然由（按質(zhì)量計）71%的氫、27%的氦和大約2%的“其他”物質(zhì)組成。
如果我們把質(zhì)量轉換成“原子數(shù)”，并將太陽視為宇宙中恒星的代表和典型，這意味著在宇宙最初的93億年里，氫的比例從92%下降到91.1%。
我們需要搞清楚的是：恒星的形成一般都是星團出現(xiàn)的，一個星團包含數(shù)百、數(shù)千顆恒星，我們的太陽也不例外！恒星最終都會彼此分離，并且獨立出去！
當分子云坍縮形成恒星時，只有初始云質(zhì)量的5- 10%最終形成恒星。剩下的絕大多數(shù)被最早形成的大質(zhì)量恒星發(fā)出的輻射吹回到星際介質(zhì)中。
除此之外，所有比M級恒星重的恒星在膨脹成紅巨星之前只能燃燒其總燃料的10%。對于質(zhì)量最低的(M級)恒星，由于“燃燒”的足夠慢，整個恒星有時間發(fā)生物質(zhì)對流，將燃燒的燃料從核心移動到外層，并將未燃燒的氫移動到核心繼續(xù)燃燒；像比鄰星這樣的恒星最終會將100%的氫轉化為氦，這個過程需要幾萬億年的時間。
但是每一顆屬于較重類別的恒星將燃燒其10%的氫燃料，死于超新星或行星狀星云（紅巨星后會經(jīng)歷這個階段），并將絕大部分未燃燒的燃料又返回到星際介質(zhì)中。
然而宇宙中的星系正在局部結構中慢慢的合并，例如：銀河系和仙女星系合并后會橫掃周圍的小星系（大小麥哲倫星系），星系的合并會造成大量的恒星爆發(fā)！
這些恒星爆發(fā)的越猛烈，實際上就有越多的氫被完全從星系中排出，拋入到星系空間中！此時，宇宙中大約50%的氫根本不與任何星系結合，只是占據(jù)了星系之間的空間，很可能再也不會形成恒星。最重要的是，在宇宙的歷史上，總的恒星形成率已經(jīng)大幅下降；從最大值來看，現(xiàn)在宇宙形成新恒星的速度只有以前的3%。
星系合并后仍然是束縛結構，并且在遙遠的未來將繼續(xù)擁有非常大量的氫。但是很可能不會用今天占主導地位的機制創(chuàng)造出新的恒星，我們其實可以想到，像太陽這樣的三代恒星死亡后，基本就終結了！所以要形成新的恒心就需要有新的機制來主導！
但我們預計在數(shù)萬億年內(nèi)(是現(xiàn)在宇宙時代的數(shù)百或數(shù)千倍)，可能會有更長的時間都會出現(xiàn)新的恒星，只是恒星形成的速度會更慢！
屆時宇宙會變暗，但不會是因為氫耗盡。相反，這是因為剩下的氫不能結合在足夠大的分子云中形成更多的恒星。
這只是一個估計，在未來按原子的數(shù)量來說，宇宙中氫的含量會降到80%以下。換句話說，我們將會形成大量的氦和大量較重的元素，但是在任何時候，即使我們把理論的時鐘運行到無限遠，宇宙也將永遠主要是氫。從質(zhì)量上來說，宇宙最終可能會存在不到50%的氫。
80%、50%你可能想知道這個數(shù)字有多準確，遺憾的是我們沒有足夠的理論或計算能力去肯定的說就是這個數(shù)，我們也沒有足夠長的時間去一直觀察宇宙的發(fā)展。
但是據(jù)我們所知，可以肯定的說：氫最初是宇宙中最豐富的元素，只要宇宙還存在，它就會一直保持這種狀態(tài)。
