宇宙神秘難解之題:中國科學家搞定了-宇宙,鋰,元素,中國 ——快...

2020-12-08 快科技

在過去的幾十年裡,宇宙大爆炸理論中的鋰問題是一大難解之謎,因為科學家發現鋰含量只有理論預言的三分之一。為什麼最終鋰含量與預測結果差了3倍多呢?為了解決這個問題,讓我們來回顧一下宇宙大爆炸理論。

大爆炸理論是迄今在科學界被廣泛接受的關於宇宙起源的理論。宇宙大爆炸論有三大觀測支持,分別是哈勃定律、宇宙微波背景輻射和原初元素豐度。

宇宙微波背景輻射(CMB)

宇宙微波背景輻射是支持大爆炸論的有力證據之一,經過了138億年的膨脹,宇宙從極端高溫逐漸冷卻下來,留下了溫度為2.7K的微波輻射,這就是宇宙大爆炸的熱殘餘。

但關於大爆炸宇宙論還有一些疑點。

所有的元素都有一個天文事件起源,輕元素是在創世大爆炸之後10秒到20分鐘內形成。最輕的固體元素鋰來源卻是讓人匪夷所思,有25%的鋰來自於大爆炸之後的太初核合成,但另外75%的來源未知。

宇宙在不斷膨脹和升溫中迎來光子時代。原子核的形成是通過核合成,但宇宙中的極端環境不允許質子和電子結合成氫原子。在宇宙中,光子、電子以及原子核是混合在一起的,宇宙被這樣的等離子體所充斥著。

當宇宙溫度高達10億到100億K時,較輕的原子核能夠聚變為較重的原子核,這個過程被稱為「大爆炸核合成」。宇宙中的大部分氦以及少量其他輕質核素,如氘和鋰,都是在那個時候形成。

至於元素周期表中較重的元素,它們都是由大爆炸之後幾十億年所形成的恆星製造出來的,並且通過超新星爆發播撒到星際空間的。

我們對於大爆炸核合成的絕大部分過程的認識是極為準確的。事實上,對宇宙中氫和氦豐度(含量)的測量結果和理論預言的精確相符。

然而,鋰卻出了點「問題」,鋰的含量只有大爆炸核合成理論預言的三分之一。

目前為止,科學家還不能解釋鋰缺失原因,但是中國研究人員的一篇新文章或許能解決這個謎題。

首先假設大爆炸核合成中所有的核都處於熱力學平衡中,並且速度符合麥克斯韋-玻爾茲曼分布,但麥克斯韋玻爾茲曼分布律僅適用於理想氣體,當運用於實際氣體時,情況可能會有所不同。

該文章作者應用所謂的非嚴格統計來解釋鋰缺失問題。在上圖中,作者模型的虛線是用來預測低豐度鈾同位素的。

大爆炸論中,鈹可能衰變成鋰,所得到的鋰量和其他更輕核元素都落在麥克斯韋-玻爾茲曼分布概率內。

這意味著,目前科學家對宇宙中氫和氦豐度(含量)以及鋰的測量結果和理論預言的大致相符,成為支持大爆炸理論的最強有力證據。

如果論文作者觀點正確,那麼大爆炸論的真相很快就能大白於天下,我們關於宇宙探索又邁進一步!

讓我們一起抓住這個「尤裡卡時刻」(原是古希臘語,意思是:「好啊!有辦法啦)。

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