又發現個宇宙未解之謎,元素光譜與宇宙間無法解釋的聯繫

2020-12-06 騰訊網

神秘共同點

研究人員驚奇的發現，所有元素的光譜線與早期宇宙的關鍵時段之間存在無法解釋的聯繫：如果將整個周期表內元素的光譜輸入同一個圖表內，就會得到一條曲線，該曲線完美對應了9000開爾文溫度的黑體輻射分布，而9000開爾文恰好就是宇宙早期發生物質和輻射完全平衡時的溫度。

當原子被熱或輻射激發時，它們以特有的光波長釋放能量，就形成了光譜線。每個元素光譜線的排列和數量就像每個元素的指紋一樣獨特，因為原子的結構和其電子的高能態決定了每個元素的光譜。

從輻射過渡到以物質為主的宇宙

而9000開氏溫度則在宇宙學中有特殊含義，因為它標誌著在早期宇宙中輻射密度和物質密度完全平衡的值。大爆炸剛剛發生之後宇宙非常熱，以至於輻射佔據主導地位，當宇宙膨脹和冷卻時，越來越多的顆粒凝結，物質佔據了上風，如今，物質在宇宙中佔主導地位。輻射主導的宇宙和物質主導的宇宙之間的決定性轉變就是9000開氏溫度，約發生在大爆炸後50000年左右。

這只是一個巧合麼？研究人員說：「一種可能的解釋是，早期宇宙中的這一轉折點在物質形成過程中起倒了以前未知的作用。」然而，常識告訴我們，此時已經存在基本粒子並確定了元素的電磁特性。

與普朗克分布驚人一致

該研究由第一作者Tim Richardt和羅斯託克大學（University of Rostock）小組負責人Alexander Szameit領導的物理學研究團隊共同進行，正是他們發現，所有元素的光譜線合起來，出現了令人驚訝且完全出乎意料的規則。他們研究了迄今為止已知的所有250000條光譜線，並在同一圖表中輸入了所有線，並按波長進行了細分。

「乍看之下，原子光譜線似乎是隨機分布的。」 但是當他們觀察光譜線相對於頻率的分布時，出現了一個驚人的眾所周知的曲線：「光譜線相對頻率的分布與普朗克分布有著驚人的一致性，普朗克分布描述了黑體每單位波長的輻射能量的分布。 其形狀和高度與9000開氏溫度下黑體輻射的形狀和高度完全對應，曲線的頂點大約為320納米，在遠紫外線範圍內陡峭上升，並朝著右端較長的波浪線處緩和的下降（下圖）。

就像9000開爾文的黑體

黑體（black body），是一個假象的理想物體，它能夠吸收外來的全部電磁輻射，並且不會有任何的反射與透射，換句話說，黑體對於任何波長的電磁波的吸收係數為1，透射係數為0，其自身的輻射僅取決於其溫度，它的波長分布曲線具有特徵性的鐘形，其曲線高度和斜率由溫度決定。 科學家解釋說：「所有元素合成的光譜圖與黑體普朗克分布之間的一致性完全出乎意料，因為黑體輻射的連續光譜恰好是離散量子躍遷的對立面，而離散量子躍遷卻正是原子光譜形成的原因，我們無法解釋為什么元素光譜線分布會與黑體普朗克分布一致。」

這是一個令人驚奇的未解之謎

Szameit和他的團隊說：「到目前為止，我們還沒有找到這種對應關係的解釋，它是一個令人驚訝的未解之謎。」他們推測，也許還有一個尚未發現的更深層次的因果聯繫，這種聯繫在元素的原子光譜線和整個宇宙的能量物質平衡中都留下了印記。

研究人員現在希望，也許他們在世界某個地方的某個同行能找到這種奇怪而莫名其妙現象的解釋-這也是為什麼他們發表了觀察結果的原因。

偉大的科幻小說作家Isaac Asimov曾說過，在科學探索中能聽到的最激動人心的一句話， 即在最重要的新發現之前出現的短語， 不是「尤裡卡，我找到了！」， 而是「嗯...這挺奇怪的！」

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