2 第一种元素：氢

氢原子是最轻的原子，这也是它在中文里被称为“氢”的原因。在英语中，氢被叫作Hydrogen。它有另一个含义来源：Hydrogen中的Hydro是希腊文中“水”的意思，-gen是希腊文中表示生成、来源的后缀，Hydrogen的意思就是能够生成水的元素。不过这与氢元素的发现有关系，我们后面会提到这一点。

上一节中我们提到，在宇宙温度降低的过程中，首先发生的是质子和中子之间的组合，接着发生的是质子或者原子核与电子之间的相互吸引。最简单的原子核就是一个质子自己组成的原子核，没有中子参与。一个质子带有一个正电荷，刚好可以吸引带有一个负电荷的电子，这就形成了氢原子。电子的质量差不多是质子质量的一千八百分之一，几乎可以忽略，前面这种氢原子的质量差不多就是一个质子的质量。我们再也找不到比这样的组成更小的原子，因此，氢原子是最轻的原子。

1783年12月1日，法国科学家查理和罗伯特乘坐氢气球在巴黎杜伊勒利宫成功起飞，这是人类历史上第一个载人的氢气球。

至于这个元素名称中的“气”字头，与它的性质相关。由于氢原子是最轻的原子，由它组成的物质，也会是最轻的物质。在日常生活中，我们总能观察到各种不同的物质状态，经验告诉我们最重的物质往往是固体，液体要轻一些，而最轻的是气体。在气体中，最轻的就是氢气了，用氢气做成的气球甚至可以在空气中飘浮起来，如果不牢牢抓住的话，就会一直飞到高空。

我们前面说过，原子核往往是由质子和中子组成的。那么在氢原子中，除了一个质子和一个电子是必需的之外，还可以往原子核中加入一个或者更多的中子。中子本身不带电荷，因此不会影响质子和电子之间的结合。不过，与电子不同的是，中子和质子的质量差不多大，如果在原子核中有一个质子和一个中子，这样的氢原子会比只有质子和电子组成的氢原子重差不多一倍。这样的两种原子都是氢原子，但它们原子核里的质子数量相同，而中子数量不一样，好像一家子体重不同的兄弟姐妹，科学家们把它们称为同位素（isotope）原子。

对氢原子而言，同样一个原子核中既可以没有中子，也可以有一个或两个中子，因此至少有“三兄弟”同位素，有时会把它们称作氕（piē）、氘（dāo）和氚（chuān），气字头下面的笔画数代表它们的原子核中质子和中子的总数，也可以标记为氢-1、氢-2和氢-3，数字代表原子核中质子和中子的总数。不过，在天然状态下，氢原子的主要成分都是氕原子，氘原子大约占总数的百分之一不到，而氚原子几乎就不存在。

氢元素同位素的原子核

氢元素“三兄弟”的脾气很有特点。它们在发生化学反应时性质都很相似，主要的区别是在和原子核相关的那些性质上不一样。而正是这点不同，照亮了初生的宇宙。