元素周期表有尽头吗？

IUPAC 将元素定义为原子寿命至少有 10^-14 秒的原子^[1]，这个时间长度是原子核周围形成电子云所需的时间。按这个标准和现有的理论，能够视为元素的原子所含的质子数量的上限可能是 137 个或 173 个，也可能没有上限。而且，即使上述质子数量有上限，元素周期表仍有可能朝其它方向扩展。因此，元素周期表可能没有尽头。

现实中，由于技术有限，人类还没有制造出原子核中含有超过 118 个质子的元素。理论上，含有大量质子的原子可以在质子数·中子数是“幻数”时相对稳定，相关理论称为“稳定岛”，以尚未制造出来的 126 号元素为中心、被质子滴线和中子滴线所限制^[2]。

理查德·费曼指出，根据玻尔模型，原子核中含有超过 137 个质子时，内层轨道电子的速度会超越真空光速。相对论狄拉克方程则会在原子核中含有超过 137 个质子的时候出现虚数解。因此有学者将 137 号元素作为元素周期表的上限。但玻尔模型没有考虑相对论，狄拉克方程没有考虑原子核的实际尺寸。

一些理论认为，含有超过 173 个质子的原子核可能无法形成原子，只能以离子形式存在^[3]。

• 这是因为在质子数为 173 时，现有理论显示原子核将达到“临界电荷”，其结合能 1.022 兆电子伏特超过了电子的不变质量对应的能量的 2 倍，或曰电子 - 正电子对的湮灭能量，意味着这种原子的 1s 轨道在没有被电子充满时原子核的电场会从真空中创生电子 - 正电子对，进而导致核外电子数量与原子核所含的质子数量不相等。
• 也有学者认为上述限制并不重要：如果 1s 轨道被电子填充，上面所说的事情就不会发生^[4]。

也有学者不同意 IUPAC 的定义。那就没什么谱了：哪怕“原子核”大到了能坍塌为黑洞的规模，你也可以说它在坍塌成黑洞前存在过。

在这之外，由反质子、反中子、正电子组成的反物质原子也可以放在元素周期表上。人类在二十世纪九十年代制造出 -1 号元素“反氢”的原子，在 2011 年制造出 -2 号元素“反氦”的同位素“反氦 -4”的原子^[5]，目前还没有制造过反锂、反铍等东西的原子。理论上负数序列的元素周期表也可以一直延伸到 -137 或 -173，抑或没有限制。含有超过 173 个反质子的反物质原子核也可能无法形成原子，只能以离子形式存在。

中子可以视为 0 号元素——尽管科学文献并不喜欢这样使用。单个中子的半衰期约 611 秒。2012 年，人类制造了由强力连接的 2 个中子，测得其半衰期为 10^-22 秒^[6]。法国科学家曾经自称制得了由强力连接的 4 个中子，但实验目前无法复现，可能是观测错误——如果这玩意真能存在，现有的核力模型需要修改。

有些科学作家或记者称中子星就像巨大的 0 号元素原子核，但传统而言原子核应当由强相互作用结合在一起，而中子星是由引力相互作用结合在一起的，并不应该视为原子核。而且中子星上可能有一些质子，从而即使当做原子核也不是 0 号元素，反而可能是极其夸张的巨大序号。

目前还没有什么科学文献探讨过双荷子等组成的虚数序号或复数序号的元素，也没有科幻小说尝试仔细探讨这种东西的性质。量子电动力学中的电荷是厄米算符的本征值，不能是有非零虚部的复数，不过你可以自创超越 QED 的物理学来定义虚数电荷——对科幻小说而言这不算太可怕，量子力学里虚数满地都是，文小刚老师已经在知乎上质疑过实数的功用。i 号元素、1+i 号元素之类东西可能具有和氢、反氢完全不相似的性质。