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第20章 自己證明自己的偉大(2 / 3)

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麻依依覺得這部分沒問題,就繼續往下看專業的部分。

“宇宙中氫元素與氦原素的比例,乃至於其他比氦更重的元素的比例,最底層的決定法則,在於宇宙中質子與中子的比例。

眾所周知,標準的氦原子核是由兩個質子加兩個中子構成的,而標準氫原子是由一個質子、沒有中子構成的。氦原子需要1比1的中子與質子,氫原子隻需要質子。

至於比氦更重的元素,在宇宙創世之初並不可能存在,因為它們都是恒星誕生後由於超高壓核聚變反應產生的。在宇宙剛誕生的時候,那裏隻有輻射,隻有高熱和膨脹,引力和壓力都是次要的,所以還輪不到核聚變登上宇宙的舞台。

而第一顆恒星的誕生,距離宇宙剛剛誕生已經很遙遠,是宇宙已經足夠冷卻後的產物,也就不在宇宙創世的討論範圍內。

所以,問題的核心回到了那個最簡潔的表述:宇宙創世之初,為什麼氫原素和氦原素的總質量比例,近似接近3比1?為什麼那個時刻,質子與中子的比例,接近7比1?”

讀到這兒,麻依依稍微心算了一下,確認數字沒問題。

(氫是純質子,所以3份氫就有3份質。氦是質子中子對半分,所以1份氦的質量可分解為0.5份質和0.5份中。因此氫氦相加後,質子中子是3.5份比0.5份,也就是7比1。)

“這就要從中子的生死存亡法則說起了。眾所周知,中子在沒有被固定到原子核裏的時候,以自然遊離態存在時,是極為不穩定的,會自動釋放出一個電子,然後其本體衰變為一個質子。

而且這個過程自然狀態下並不可逆,也就是不帶電的中子會衰變成一個帶正電荷的質子,與一個代負電荷的電子。而帶正電的質子與帶負電的電子,卻沒法重新自發合成中子——這就是原子物理上常說的β衰變。

不過,自然狀態下上述衰變不可逆,卻不代表宇宙之初時也不可逆——在宇宙剛誕生的0.1秒後,當時宇宙的溫度高達1000億度,在那樣的環境下,電子會因為所攜帶能量過於巨大,而呈現‘強電子’的狀態,這種強電子在撞擊質子時,是可以做到與質子重新融合,變成中子的。

所以,如果宇宙一直保持1000億度的高溫,那麼那兒的質子與中子應該能永遠保持五五開的比例,而不是現在的七比一。後續之所以不可逆了,是因為宇宙快速冷卻了,無法保持一千億度或者至少幾百億度的高溫,僅僅十幾秒鍾後,溫度就下降到了幾十億度,上述強電子與質子重新合成中子的自然逆向衰變,再也無法發生。

到了這一步,問題也就進一步轉化了:從中子開始批量因β衰變而‘死亡’、轉化為質子開始,到宇宙的溫度降低到足以產生穩定的原子核之前,還能活下來多少個中子?”

麻依依讀到這兒,書的第一部分的梗概大致就看完了。

很宏大,後麵第二部分則是各種嚴謹的計算。

顧玩在書裏演算了質子和中子能夠組成氦原子核時,所需的溫度——在之前1000億度到幾十億度的時候,原子核都是沒發存在的。因為太熱了,基本粒子運動太劇烈了,原子核根本沒法存在,因為束縛不住,會被質子和中子掙脫。

原子核要存在,需要的上限溫度是9億度。

也就是超過9億度,所有原子都會崩,都無法以原子態存在,隻能以離散的質子中子電子等基本粒子態存在。