时间:2023-07-02|浏览:187
用戶喜愛的交易所
已有账号登陆后会弹出下载
大爆炸后的第4秒钟,宇宙中就不存在自由的夸克,不再有反物质,中微子也不再与任何剩余的粒子发生碰撞或相互作用。这时,宇宙中的物质比反物质多,每个质子或中子都对应有10亿个光子,此时宇宙的温度也只是略低于10^10K。但是,它还不能制造出任何元素。
那宇宙第一个元素是如何被制造出来的呢?这需要从大爆炸后的3秒内发生的事情说起,它对于接下来的元素的产生尤为重要。
不稳定的质子和中子
这时的宇宙中充满了质子和中子,它们与电子或中微子碰撞并相互转化,从一种类型变为另一种类型。这些反应都遵循能量守恒定理,即重子数(质子和中子的总数,设为10)和电荷总量是不变的。那么,这意味着在最初的阶段,质子和中子占比是5:5,并且,电子的数量等于质子数。
但是,由于中子比质子重,依爱因斯坦质能公式E=mc2可知,产生中子比产生质子需要更多的能量。在这种条件下,中子和电子(或中微子)发生碰撞依然可以转化为质子,但质子和电子(或中微子)发生碰撞无法转化为中子(因为需要更多的能量),所以只能保持还是质子。这样,随着时间流逝,中子持续在转变成质子,中子越来越少,质子却越来越多。到第3秒的最后,宇宙中,质子——和相等数量的电子——大约占70%,中子大约占30%。
质子、中子和电子都是在温度非常高、密度非常大的环境下四处飞行,这很像今天正发生在太阳中心的事情。是的,我们很自然就会想到,质子和中子会融合在一起,然后产生原子核,并释放出能量(遵循爱因斯坦的E=mc2)。并且接下来,这些原子核又与电子结合,然后开始源源不断产生我们元素周期表中的那些稳定的、中性的元素。
乔治·伽莫夫——大爆炸理论的创始人,声称所有这些元素都是在大爆炸时形成的——即在最热、密度最高的地方。可惜,他的看法并不正确。宇宙确实在大爆炸期间,在最高、最热的地方产生了元素,但只不过是极少数而已。
最早的原子核——氘核
我们知道,为了制造元素,需要有足够的能量,将这些质子、中子、电子等融合在一起。并且为了保留它们,用它们来制造更重的东西,首先要确保它们不遭到破坏。但是在宇宙的早期,几乎做不到这一点——它们很快就会遭到破坏。
假设大爆炸后的第3秒钟,宇宙充满了70%的质子(和相等数量的电子),30%的中子,并且每个质子或中子都对应有10至20亿个光子。为了制