化学元素的产生
如果高能宇宙射线真是来自银河系以外的话，那么大自然的统一性就得到了很好的证明，因为这些来自天外之天的高能粒子与地球上的各种元素并没有什么两样。
但是银河系以外的天体是如何产生这些高能粒子的呢也就是这些和地球上完全一样的，从氢到铀以至更重的元素是如何产生的呢？这是天体物理学必须回答的一个问题。
为了回答元素的起源问题，我们先来看一下各种元素在宇宙中的相对丰度。所谓相对丰度，是指各种元素占宇宙中的原子总数的相对数值。人们从宇宙射线、地球本身、陨石、月球岩样、火星地质等资料的分析中都得出了大体相同结果：氢是宇宙中最丰富的元素，按原子数算，它占93％，按重量算，占76％；名列第二的是氦，按原子数算，占7％，按重量算，占23％。这两种元素就占了整个宇宙原子总数的几乎百分之百，重量占了99％。剩下的微不足道的比例，分配给其他一百多种重元素。
这种比例组合是如何造成的呢我们知道尽管所有元素的原子核都是由中子和质子组成的，中子和质子的不同个数就形成了形形色色的各种元素。但是，这种种不同的组合又是如何造就的呢？几颗中子和几颗质子是不可能自动跑到一块儿形成元素的。造就这种过程的正是我们耳熟能详的宇宙大爆炸。
伽莫夫的大爆炸宇宙模型认为，宇宙最初的高温高密状态全是中子构成的。当宇宙膨胀时，有些中子衰变成质子，质子立即俘获一个中子，形成氢的同位素氘的原子核，这样比氢重的第一个原子核就诞生了。氘核会俘获另一个中子而形成氚核，氚核很快释放出一个电子而蜕变为氦3。就这样，通过一连串的中子俘获和电子衰变，所有元素就在大爆炸中创造出来了。伽莫夫认为，元素形成的整个过程只有几分钟。此后，宇宙的温度下降到不能生成元素的地步。这些元素便飞散开形成星系。
或许，你觉得上面的一小段文字是那样的理所当然，但是当世界对于元素的形成都没有任何概念时，上面的发现是具有划时代意义的，它最终使天文学家贝特获得了诺贝尔奖。
元素的产生过程
贝特1906年出生于斯特拉斯堡(当时属德国，现在是法国的一部分)，在法兰克福大学和慕尼黑大学学习，1928年获博士学位后，在德国的大学里教物理学和做研究，直到1933年。由于纳粹在德国的兴起，他去了英国，在曼彻斯特大学呆了一年后又去了美国的康奈尔大学，并加入了美国国籍。20世纪40年代，贝特参与了曼哈顿计划即第一颗原子弹的设计和制造，是该计划的理论物理学家组组长；后来又作为代表参加了日内瓦的第一次国际禁止核试验会议，为在核大国间达成禁止大气层核武器试验的协议出了力，在相应的条约签署之后仍继续做核裁军问题上的顾问。他一生中获得了许多荣誉。他的主要科学贡献则是于1938年做出，1939年发表的工作，其中论证了在恒星内部怎样通过制造氦来产生能量，也就说明了氢和氦元素的产生过程。正是这项工作使他获得了诺贝尔奖。
贝特提出的恒星内部产生能量的第一个机制，除氢以外还需要重元素尤其是碳的存在。他计算出，在适当条件下一个质子与一个碳12核的碰撞能生成一个氮13的核，然后又放出一个正电子变成碳13核。碳13又与一个质子(氢核)碰撞生成氮14，再与一个质子碰撞生成氧15，然后又放出一个正电子变成氮15。当又一个质子加进来时，最可能的结果不是生成一个氧16核，而是4个核子作为一个α粒子分裂出来，形成一个氦核并留下一个碳12核，正好又回到了起始条件。在大约1000次氮15与质子的碰撞中有一次会生成氧16，即使如此，当又有2个质子先后加进来时，就会放出一个α粒子而衰变成氮14，也加入了循环。净效果是4个质子转变成了1个氦核，并释放出相应的能量。由于碳12本身并不消耗，而只是作为催化剂来使聚变循环不断进行，所以只需要很少一点碳就能进行大量的核聚变并产生大量能量。
这个过程除氢和氦外还有碳、氮、氧核加入，循环进行，起点和终点都是碳12，把4个质子转变成1个氦核，于是就很自然地称作碳氮氧循环或CNO循环。
但是，贝特的发现也有其缺陷，他不能告诉我们恒星中的碳是怎么来的，因为没有碳，恒星的CNO循环是无从开始的。还有更重要的一点就是，贝特在解释比氦重元素的形成方面遇到了很大的困难。因为实验证明，几乎所有的原子核都很容易俘获中子，而根据各种核俘获中子的能力计算出的元素的相对丰度，与实际观测的值符合得很好。但它也有与事实不符的一面，这就是中子俘获生成元素的过程很难越过氦4后面的两个障碍：因为质量为5和8的原子核总是不稳定的，氦4俘获中子而成为氦5以后，它立即会重新衰变为氦4。同样，质量为8的铍的同位素一经形成，也会立即分裂为两个氦4原子核。于是形成元素的一连串过程在这里中断，世界上不会有比氦4更重的核了。但这结论是荒谬的。因此，为了生成比氦4重的原子核，需要补充别的过程。下一部分就着重叙述新过程的发现。这个过程从两个质子碰撞生成氘开始，而以4号元素氦告终，称为质子—质子(或pp)链。
贝特的发现打开了宇宙烹制元素的壮丽篇章，因为它使人们认识到，宇宙原来是一个那么出色的烹调师，仅仅利用质子和中子这两个淘气的小家伙，为我们打造了人类赖以生存的氧，构成水不可缺少的氢，还有有机体的基本骨架碳，甚至光彩夺目的金银，适合打造和加工的铜，体轻而光闪闪的铝等。这也就是宇宙伟大之处。
