С начала двадцатых и до конца сороковых годов вопрос о происхождении элементов стал обсуждаться главным образом физиками, которые предлагали различные гипотезы образования элементов. Все они исходили из предположения, что химические элементы образовались в результате всевозможных ядерных реакций, протекавших в больших масштабах в какой-то один определенный момент, предшествующий образованию ЗЕезд. Имеющиеся к тому времени сведения о светимости звезд не позволяли установить, в каких космических объектах могли протекать ядерные процессы, приводящие к синтезу тяжелых ядер. Поэтому был сделан вывод о том, что более тяжелые элементы, чем гелий, в настоящее время в звездах не образуются.
Существовавшие до 1950 г. теории образования химических элементов можно подразделить на две основные группы — теории образования атомных ядер в условиях термодинамического равновесия и неравновесные теории. Впервые основные положения равновесной теории были Еысказаны Г. И. Покровским в 1931 г. и затем получили дальнейшее развитие в работах В. В. Чердынцева, В. Хойля и других. В этой теории предполагается существование в какой-то дозвездный период вещества с чрезвычайно высокой температурой (порядка 10>10 градусов) и плотностью (около 10>14г/см>3 для среды из заряженных частиц и в десять раз меньшей для среды из нейтронов). Предполагается, что в исходном веществе в определенный момент его существования ядерные реакции достигают равновесия, при котором процесс синтеза атомных ядер уравновешивается их распадом. Затем такое вещество должно очень быстро перейти в качественно новое состояние — в условия сравнительно низких температур и давления, при которых не могут протекать ядерные реакции. При таком «замораживании» равновесной системы последняя сохраняет относительное содержание атомных ядер, которое было достигнуто в момент равновесия. Распространенности, рассчитанные по этой теории, в общем вполне удовлетворительно совпадают с наблюдаемыми средними распространенностями изотопов в космосе только в области легких элементов. Основной недостаток всех равновесных теорий заключается в том, что до сих пор не представляется возможным на основании наших знаний о ядерных реакциях объяснить причину замораживания равновесных реакций.
По неравновесным теориям синтез атомных ядер протекает при низких температурах и давлении. Одной из наиболее широко известных таких теорий является α-β-γ-теория, предложенная в 1948 г. Согласно этой теории, возникновение химических элементов происходило в момент быстрого расширения первичной материи, называемой «илем». Под ним подразумевается система из нейтронов и гамма-квантов при большом давлении. Когда в результате релятивистского расширения давление в системе упало, то нейтроны стали превращаться в протоны и электроны, ибо газ, состоящий из одних нейтронов, может существовать только лишь при очень высоких плотностях, подобных плотностям нуклонов в атомных ядрах. Образующиеся протоны захватывали нейтроны с образованием дейтронов, которые в сбою очередь также способны присоединять нейтроны. Предполагается, что за 15
