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门捷列夫临终前，听说了这件他最不愿意相信的事：原子是由更微小的微粒构成，其中至少存在一些带负电荷的电子，还有一个带有正电荷的原子核。
他之所以不愿相信，是因为一旦存在这种可能性，他所建立的元素周期律，很可能就要崩塌。那是他一生中最为得意的作品，他不想就这样放弃。
然而，事实证明，门捷列夫多虑了，元素的周期律恰恰源于它更精细的内部结构，我们还会在后面谈及此事。而且，这样的新发现也不会削弱门捷列夫的历史地位，只会让人更加感到他寻找自然规律的本领不可思议——在没有发现原子的结构前，他居然只靠草稿纸上计算的数据就推断出了如此精妙的自然规律。
在所有原子中，最微小的氢原子我们已经见识过，它由一个质子还有一个电子组成，结构非常简单，质子便是它的原子核。
然而，在宇宙大爆炸后不久，质子和中子“抱”在一起的那个结合体，它的化学特性居然也和只有一个质子的氢原子非常相似，看起来属于同一种元素。电子比质子小得多，在原子质量中可以不去考虑，可是中子的质量和质子差不多，一个质子加上一个中子之后，原子的质量就翻倍了。按照门捷列夫的观点，原子质量决定元素的特性，这两种物质的重量相差一倍，它们的特性应当大相径庭，怎么还会有这样相似的结果呢？
类似的情况还有很多，因此科学家们在门捷列夫的研究基础上又开展了很多实验，终于认定：元素的性质和原子核中的质子数量有关，和中子的关系不大，和原子量之间自然也就没多少关系了。只不过，质子越多的原子核通常中子也更多，原子的质量相应也会更大。所以，对于绝大部分元素来说，门捷列夫猜测的依据都奏效了。这既是一种有些巧合的自然规律，也是我们人类的幸运——否则我们还要再等待更久的时间才能迎来那个发现元素周期律的人。1906年，诺贝尔奖委员会拟将化学奖授予门捷列夫，但遭到瑞典皇家科学院个别科学家的强烈反对。次年2月，门捷列夫与世长辞，成为诺贝尔奖史上一大遗憾。
随着天然放射性现象（1896年）和同位素（1910年）的相继发现，人类对原子结构的认识更进一步；还有人工合成元素的进展，它们又使元素周期表得到不断被丰富和发展。
不管怎么说，我们现在已经确信，当原子核中只有一个质子时，它就属于氢元素。反过来，构成原子核的，除了这个质子以外，可以什么都没有，但也可以有一个中子。为了区分这两种氢，没有中子的一种被称为氕，有一个中子的则被称为氘。在宇宙之中，充斥着大量的氕和氘。
实际上，除了氕和氘以外，氢原子还有第三种形式，就是由一个质子和两个中子构成，被称为氚。氕、氘、氚在汉字中的写法，就已经形象地标明了它们的内部结构。因为它们都属于氢这一种元素，原子序数相同，在元素周期表上占据着同一个位置，只是中子的数量和质量数不同，且化学性质几乎相同，所以它们就是氢的三种“同位素”。不过，氚并不会很稳定地存在，所以宇宙中的氢原子，主要还是由氕和氘这两种同位素构成。绝大多数元素都有多种同位素。
在宇宙中出现了大批的氢原子以后，因为各种引力的关系，它们就团簇在一起，形成大片的尘埃云。此时，原子之间会发生非常复杂的相互作用，其中有一些作用，我们还会在后面的章节中了解到。
这些以氢原子为主构成的巨大云团，在蓄积到一定体量的时候，就会开始坍塌。所谓坍塌，就好比我们嚼着口香糖吹起一个泡泡，泡泡破了以后，口香糖就会立即收缩，糊在嘴唇上。只不过，造成氢云团坍塌的原因，是那个让牛顿想破了脑袋的“万有引力”，它吸引着云团外围的原子向着中央飞去。
坍塌的云团让原子之间的距离越来越小，打破了原有的平衡。紧靠在一起的氢原子会相互摩擦，产生热量，以至于它们的温度越来越高。高温会让它们再次失去捕获的电子，成为孤独的氢原子核，同时不断的挤压又会让原子核之间的距离靠得越来越近。
如果不是这样极端的环境，很难想象如此多的氢原子核会相互紧挨，它们自身携带的正电荷本应该让它们之间同性相斥。挤在一起的氢原子核靠得实在太近，它们相互撞击，终于在条件合适的时候，再一次引发了爆炸。比起宇宙大爆炸来说，这样的爆炸虽然规模小得多，却也足够绚烂——第一批恒星正是因此而被点亮。
核聚变机理
在恒星内部的爆炸中，氢的原子核——主要还是氕和氘——会发生融合，这个轻原子核聚合为较重原子核的过程就被称为核聚变。聚变的同时将发出巨大的能量。它们的聚合方式十分多样，例如，一个氕和一个氘，它们就可能发生非常简单的核聚变过程，直接融合在一起，从而得到有两个质子和一个中子的原子核。有两个质子的原子属于氦元素，所以这是氦的一种同位素。只不过，氦元素不像氢那样受到特殊优待，人们并没有给它的同位素赋予各自的名称，一般就用氦-3称呼这种同位素，其中3代表的是同位素中质子与中子数之和。
这种氦-3还会和氘继续发生核聚变，产生氦-4，也就是包含两个质子和两个中子的原子核，剩余的那个质子——也就是氕核，又会接着和其他原子核相撞。将氢的同位素氘与氚的原子核无限接近，在特定条件下可使其发生聚变而形成氦核，同时放出一个中子，就能释放出巨大的能量。
宇宙大爆炸初期产生的原子核种类还有好几种，除了氢以外，还有少量的氦，以及拥有3个质子但也更微量的锂元素，它们都会参与核聚变过程中。
就这样，原子核不断地撞击聚合，形成了新原子核，总质量会有些许降低。而我们将在第5章说到的爱因斯坦质能反应方程式，在这里也一样适用，因此在核聚变过程中，会释放出巨大的能量。正是如此巨大的能量，支撑着核聚变继续发生，爆炸也在不断地进行。
正如春秋时期思想家、道家创始人老子在《道德经》中所说：“道生一，一生二，二生三，三生万物。”原子核中的质子数目逐渐增加，新的元素由此出现，万物都以此为基础。以老子为代表的东方哲学家，并没有提出和希腊哲学家那样旗帜鲜明的原子论，但是不可否认的是，他们的物质观却以原子变化的形式得到了印证。
整个过程就像是多米诺骨牌一样，一旦启动就不会停止，拉扯出产生新元素的链条：6个质子的碳、8个质子的氧、14个质子的硅……它们在核聚变的链条中占据优势，比例也较其他元素更高一些。
一般条件下，发生聚变的概率很小。自然界只有在太阳等恒星内部，因其温度极高，轻核才有足够动能克服斥力而发生持续的聚变。实现聚变反应需要上千万摄氏度以上的高温和高压。研究受控热核聚变是解决能源枯竭的重要途径。核聚变与太阳发光发热原理相同，因此，可控核聚变研究装置又被称为“人造太阳”。核聚变原理看似简单，但要让聚变反应持续可控，可以说，难于上青天。据新华社2021年5月28日报道，通过40年的努力，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要的一步，未来可建设聚变电站。
不断的聚变过后，原子核越来越大，恒星中原子的数量却在不停地减少，因此恒星的内部就如同一座被挖空的山洞一般，若不是核聚变产生的巨大能量，随时可能发生坍塌。
当核聚变来到拥有26个质子的铁时，这个结果还是如约而至了。对于恒星而言，这是一场悲剧，它意味着恒星的生命就要走到尽头，但是对于整个宇宙而言，这样的灾难经常在发生，并不值得大惊小怪。
更为重要的是，它让更多元素的诞生成为可能。
当巨大的恒星坍缩之时，原子之间的碰撞也是盛况空前，灿烂的超新星也会由此形成。氧、硅、铁等有着比氢原子核大得多的原子核，它们以一种视死如归的劲头融合在一起，从而形成了那些比铁更大的原子核。这其中，就包括铜、锌、金这些将会在我们的后续篇章中出现的元素。原子核中的质子数量飞快增长，等到出现铅元素的时候，质子的数目已经达到了惊人的82个。
一句话介绍一种元素
比铅更大的元素还会继续形成，比如铋、铀、钚等。只不过，它们的原子核实在过于庞大，已不再能够保持稳定。每过一段时间，这些原子核中就会有一部分发生分裂，变成小一些的原子核——这个过程，就被称为核裂变，它是一种与核聚变相反的过程。核裂变的存在，也注定元素的种类不会无限增加。
至此，盛极必衰，这颗恒星已经无力回天，元素的盛宴也该收场了。上百种元素交汇在一起，形成了新的云团。令人吃惊的是，在这个云团中，那些没有在核聚变中消耗完的氢原子居然还是主力，它们正打算故伎重演，至于那些因它形成的各种元素，却已经在酝酿新的物质故事——我们在下一章中继续讲述。