모든 물질은 철이 되고 싶어 한다?

천연에 존재하는 원소는 가장 가벼운 수소에서 가장 무거운 우라늄까지 92종류입니다. 빅뱅 직후의 우주에는 수소와 약간의 헬륨밖에 없었습니다. 다른 원소는 항성 내부에서 수소가 핵융합 반응하여 만들어진 것입니다. 핵융합 반응이란 4개의 수소 원자핵에서 1개의 헬륨 원자핵이 만들어지는 과정입니다. 그런데 4개의 수소 원자핵의 합계 질량보다 1개의 헬륨 원자핵이 가볍습니다. 그 차이는 미미하지만 질량이 사라진 만큼(질량 결손) 에너지로 방출되어 열과 빛이 됩니다. 이것은 아인슈타인의 상대론으로부터 유도된 'E=MC^2'이라는 식으로 질량은 에너지로 바뀔 수 있다는 것을 보여주는 예입니다.

항성이 충분히 크면 이번에는 헬륨 원자핵이 3개 모여 탄소 원자핵이 됩니다. 탄소 원자핵은 헬륨 3개보다 가볍기 때문에 그만큼 질량 결손이 생겨 역시 에너지가 발생합니다. 이렇게 해서 차례로 무거운 원소가 만들어져 가는데 철보다 무거운 원소는 철에 무엇을 더해도 합계의 질량이 늘어납니다. 즉 철의 에너지가 가장 낮은 것입니다. 철보다 무거운 원소는 에너지를 주지 않으면 만들 수 없기 때문에 초신성 폭발 등의 에너지로 만들어졌다고 생각됩니다. 그리고 철보다 무거운 원소는 분열하여 미세해지면 합계가 가벼워져 에너지가 발생합니다. 이것이 핵분열입니다. 우라늄이 핵분열을 일으키는 것은 분열하는 쪽이 질량 결손이 생기기 때문에 에너지가 생기기 때문입니다. 원자폭탄에 우라늄을 사용하는 이유입니다.

즉 모든 원소 중에서 철을 구성하는 원자핵 1개가 가지는 에너지가 가장 낮다는 것만으로 모든 것이 철이 된다는 것은 아닙니다. 보통 상태에서는 핵융합은 일어나지 않기 때문입니다. 최종적으로 원자를 부딪쳐 핵을 융합시키거나 분열시키려면 핵 주변에서 반발하는 마이너스의 전하를 띤 전자를 날려 버리고 플러스의 전하를 띠고 반발하는 핵끼리를 부딪히는 고에너지＆고밀도가 필요해 융합이나 분열에 의해 만들어지는 에너지가 '반발'을 초과할 정도로 클 때(매우 무거운 우라늄이나 매우 가벼운 수소)만 연쇄반응을 일으켜 폭발이나 발전할 수 있습니다. 다만 모든 물체가 에너지가 낮은 상태(가장 안정된 상태)로 향하는 경향이 있으므로 철이 되고 싶어 한다는 표현은 틀린 것도 아닙니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- すべての物質は鉄になりたがっているというのはどういうことですか？
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1419591399