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在宇宙大爆炸早期,存在一个“原初核合成”阶

来源:三牛平台-三牛娱乐-三牛网站 | 发表日期:2019-04-23

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在宇宙大爆炸早期,存在一个“原初核合成”阶

  行星状星云NGC 7027与氦合氢离子结构图。

  来历:举世科学

  撰文 | 张华

  在世界初期,化学是怎样诞生的?数十年前,就有科学家提出,氦合氢离子(HeH+)是世界中的第一个化学反应产品,但科学家一向无法证明该物质存在于世界环境中。总算,在最新的《天然》杂志中,科学家从行星状星云NGC 7027中探测到HeH+,这是人们初次在世界中探测到这种离子。

  从古至今,总有一些基本问题躲藏了很深的科学道理,比方先有蛋白质仍是先有核酸(遗传物质)?要回答这个问题,有必要要用演化论的眼光,追溯到生命来历的初步时刻。

  当然,翻开元素周期表,相似的问题还有许多,比方恒星给咱们造就了铁,超新星给咱们造就了金。那么一向朝世界前期追溯,一个相似的问题就显现出来:“先有氢仍是先有氦?”

  在元素周期表中,第1号元素氢以及第2号元素氦的位置十分特别。在任何单位,1号与2号都是剧烈的竞争者。

  先有氢仍是先有氦?

  这个问题还真是蛮重要的。当然了,这个问题的答案还得分红两部分来说。

  关于氢原子核与氦原子核来说,在世界大爆炸前期,存在一个“原初核组成”阶段。在这个阶段,首要发作氢原子核,然后再有氦原子核。

  氢原子核其实便是质子,质子的质量1.6726231 × 10-27 kg,假如用爱因斯坦的质能方程E=MC2来换算,质子的质量是938百万电子伏特,而每一个电子伏特大约相当于1万摄氏度。因而,只需世界的温度降低到9 380 000百万摄氏度的时分,质子就会在世界中发作。经过与世界大爆炸一初步的普朗克能标做比对,依据世界前期辐射为主的特色,能够计算出氢核(质子)是在世界大爆炸后1秒钟的时分就构成了。

  而氦原子核是在世界大爆炸后3分钟才初步构成的。

  所以,氢原子核的呈现要早于氦原子核。而咱们知道,元素的位置是由原子核的位置决议的,所以在这个含义上,氢先于氦呈现。

  当然,工作并没有那么简略——化学家不这样看。由于对化学家来说,原子更重要,光看原子核是不可的。

  关于氢原子与氦原子来说,它们不光有原子核,还需求结合电子才能够构成原子。出其不意的是,在世界大爆炸的前期,氦原子的构成要早于氢原子的构成。

  关于世界前期发作的地理现象,地理学家观测到的是光谱线。而世界是在胀大的,所以越是世界前期的地理现象,其相对应的光谱波长越简单被世界胀大所拉长,发作所谓的“红移”现象。

  所以知道了“红移”,也就知道了世界学含义上的“时刻”,世界学家经常用红移来符号时刻。比方世界诞生后38万年,光子初步变得自在,最终构成今日看到的世界微波布景辐射。世界诞生后38万年,依照世界学家的说法,也便是红移1100的时分。

  香港科技大学物理系的王一教师在承受《举世科学》采访时表明:“中性的氦原子是在红移约2000的时分呈现的,而中性的氢原子在红移1100的时分呈现。”

  中性氢原子呈现的时刻,也便是世界微波布景辐射呈现的时刻——那时分便是世界38万岁的时分,也便是红移1100的时分。

  红移的数值越大,表明间隔现在的时刻越长远,也意味着这个原子呈现的时刻越陈旧。氦原子光谱的红移比氢原子更大,氦原子才是世界中第一个呈现的原子

  当然,咱们也能够用量子力学来解说为什么氦原子会比氢原子更早在大爆炸核组成过程中呈现:氦离子He2+和He+具有比H+更高的电离势,所以它们能够首先与自在电子结合,构成第一个中性原子。

  以上便是整个工作的两个旁边面。

  HeH+是世界中第一个分子?

  咱们有了氢与氦,这相当于世界中的物质有了根底资料,后边的故事就更多了。这些资料间的第一次化学反应是怎样进行的,它的产品是什么?

  20世纪70年代,就有地理学家提出,中性氦原子与质子结合构成氦合氢离子(HeH+),这正是世界化学反应的初步。

  HeH+看起来很简略,它便是一个氦原子结合一个质子构成的。这叫做分子离子——由于它看起来像分子,但其实是一个离子。但科学家以为HeH+比氢分子更早在世界中呈现,所以在理论上它是世界中第一个分子离子。

  早在1925年,化学家霍格内斯(T。 R。 Hogness)与伦恩(E。 G。 Lunn)在就地球实验室中组成出这种分子离子。但在世界中,科学家一直没有发现HeH+的踪影。

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