科普 宇宙、地球和生命的进化:时间的1000个瞬间   》 第16节:三、物质形成(10)      Lin Weimin

  由于越简单的原子核越稳定,所以在这个时期,宇宙中所有的原子核几乎都是这三种-氢、氦和锂。这三种原子核我们现在都很熟悉,氢气通常在假日被打进气球中,而氦气通常被灌进飞艇里,这两种气体都比空气轻,所以氢气球和氦汽艇都能浮在空中。而我们平常所用的手机锂电池里含有锂。
  在那个时候,这三种原子核所占的比例是不一样的。氢原子核最稳定,所以占的比例最大,大约占到73%,氦占到26%,剩下1%是锂和其他偶然形成的原子核。
  6.35分钟
  宇宙开始它的生命旅程35分钟后,温度进一步下降到3亿摄氏度,这时核过程停止了,氦和自由质子的质量之比大概保持在0.22~0.28这一范围内。由于温度还是太高,质子还不能和电子结合起来形成中性原子。
  这里有个奇怪的现象:鉴于大爆炸早期,中子数目和质子数目相同,这正好同4He中质子数目和中子数目相等的事实一致,我们奇怪为什么大爆炸没有将全部氢变成氦。科学家们注意到,当宇宙膨胀时,很多中子转变为质子,所以中子数目会少于质子数目,这样就失去了氦形成的条件。
  在中子变成质子的反应中,同时包含有对中微子的发射和吸收,这些捉摸不定的粒子与物质的相互作用相当弱。如果这些中微子与物质的相互作用非常强,中子应该衰变得非常快,并且以后应当有很少的中子遗留下来。如果这些中微子与物质的反应太弱,则形成氘核的反应会发生得很迟,就不会有过剩的质子形成氢以适于在像太阳这样的恒星中燃烧。那样我们的宇宙中也许将存在着迥然不同的生命。
  7.30万年
  当宇宙膨胀导致的冷却使温度下降到低于4000℃的时候,一个引人注目的事情发生了。这个时候由于温度的降低,自由飞行的电子将降低飞行速度。由于飞行速度的降低,它进一步受到质子的引力作用,慢慢地被质子俘获,成为质子的一颗卫星,围绕它转动。我们知道,原子是由电子和质子(另外加上中性的中子)构成的,这样一个质子和一个电子就发生了复合作用,成为最小的原子-氢原子。
  在所有原子中,氢原子是最小的,所以受周围宇宙辐射的作用也最小。一般原子受辐射照射时会发出光来,比如我们在电影里经常看到,描写医院放射室或者核潜艇的核发动机时,总是表现为蓝莹莹的,其实这就是辐射照射空气分子时与分子相互作用发出的光。由于氢原子受宇宙辐射作用很小,所以辐射对它没有什么影响,因此任何光和辐射都能穿过它们。在外面看,原来一团致密的气体开始变得透明。这是一个奇妙的时刻,如果我们站在这个时期的宇宙外面,我们会注意到它开始变得透明和稀疏。整个宇宙开始敞开,这在宇宙学上叫作"解耦"。解耦后的宇宙体积进一步增大,为形成星系做好了准备。



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【Source】内蒙古人民出版社
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