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“这就要从中子的生死存亡法则说起了。众所周知,中子在没有被固定到原子核里的时候,以自然游离态存在时,是极为不稳定的,会自动释放出一个电子,然后其本体衰变为一个质子。
而且这个过程自然状态下并不可逆,也就是不带电的中子会衰变成一个带正电荷的质子,与一个代负电荷的电子。而带正电的质子与带负电的电子,却没法重新自发合成中子——这就是原子物理上常说的β衰变。
不过,自然状态下上述衰变不可逆,却不代表宇宙之初时也不可逆——在宇宙刚诞生的01秒后,当时宇宙的温度高达1亿度,在那样的环境下,电子会因为所携带能量过于巨大,而呈现‘强电子’的状态,这种强电子在撞击质子时,是可以做到与质子重新融合,变成中子的。
所以,如果宇宙一直保持1亿度的高温,那么那儿的质子与中子应该能永远保持五五开的比例,而不是现在的七比一。后续之所以不可逆了,是因为宇宙快速冷却了,无法保持一千亿度或者至少几百亿度的高温,仅仅十几秒钟后,温度就下降到了几十亿度,上述强电子与质子重新合成中子的自然逆向衰变,再也无法发生。
到了这一步,问题也就进一步转化了从中子开始批量因β衰变而‘死亡’、转化为质子开始,到宇宙的温度降低到足以产生稳定的原子核之前,还能活下来多少个中子?”
麻依依读到这儿,书的第一部分的梗概大致就看完了。
很宏大,后面第二部分则是各种严谨的计算。
顾玩在书里演算了质子和中子能够组成氦原子核时,所需的温度——在之前1亿度到几十亿度的时候,原子核都是没发存在的。因为太热了,基本粒子运动太剧烈了,原子核根本没法存在,因为束缚不住,会被质子和中子挣脱。
原子核要存在,需要的上限温度是9亿度。
也就是超过9亿度,所有原子都会崩,都无法以原子态存在,只能以离散的质子中子电子等基本粒子态存在。
后续内容的核心,也就推演到了对“从宇宙温度降低到不足以支持贝塔衰变逆向进行,到进一步冷却到9亿度,花了多长时间。而在这段时间里,多少中子完蛋了”的计算。
贝塔衰变的平均周期是15分钟。也就是说,如果当初宇宙在分别降温到这两个温度的时间点之间的间隔,超过15分钟,那么宇宙中所有的中子就都阵亡了,或者说只有忽略不计的极少数存活下来。
今天的世界,将是一团纯质子、纯氢原子的世界,别的什么都没有。
但幸好,宇宙降温到上述两个温度的时间点之间的间隔,没有15分钟那么久,所以这个世界有一部分中子幸存下来了,也就有了元素周期表后面的所有元素,而不是只有一个单一氢元素。
星系,星球,文明,都应该感谢宇宙降温速度够快的不杀之恩。
书中计算的过程很繁琐,最后顾玩初步计算出了一个大约3分28秒的时间,认定宇宙是在诞生后的3分28秒左右,降低到9亿度这个关键节点的。
正是在这个节点上,还有占原本中子数四分之一的中子活了下来、还有四分之三的中子衰变成了质子,所以后续有了宇宙的一切。
3分28秒这个时间,地球上其实从没有人写过,倒是有一个温伯格的地球大科学家,算过一个3分46秒的数字。
(这个温伯格也是诺贝尔物理学奖得主,在地球上,他拿诺奖比发现宇宙微波背景辐射的彭齐亚斯等人,晚了一年。因为他逆推宇宙起源降温速度的运算,是需要依托对宇宙微波背景辐射的观测的。所以,顾玩也选择了在观测到了最新最低的宇宙微波背景辐射后,进一步做后续反演逆推计算。)
如果顾玩的书就写到这里为止,那么他也不会比地球上的温伯格更牛逼。但问题就在于,他写的远不止到这一步。
他的结论之所以跟温伯格不同,是因为他加入了其他辐射扰动变量。顾玩不仅仅是算了对宇宙微波背景辐射的反演,还加入了其他反物质、黑洞辐射误差等最新成果的反演。
当然,具体还不止这些。其实这里面还有更多无法在几万字篇幅以内说清楚的干扰量。
一言以蔽之,除了地球人当年需要用哈勃太空望远镜观测后、才因为宇宙膨胀速度观测重大误差,而提出的“暗能量”误差,没法被顾玩算到扰动变量里面以外。
其他不依托超先进实验仪器、观测设备、纯靠理论脑补就能归纳出来的干扰变量,顾玩都算进去了。
而且过程很清晰,基本上是加一道变量重新算一次,让人感受物理的美学。
至于“暗物质和暗能量”,他只能暂时预言性地提一笔,诸如“如果未来发现宇宙膨胀速度与目前我们的认知量计算结果有误差,那么上述一切计算都得推倒重来,我们要随时准备好接受新的发现,并及时定义那些未知的物理量”云云。
到了这一步,他这部新的科普专著,已经极为扎实了,甚至还埋下了更多立帖为证的坑。
就等将来世界证明他的伟大,
或者哪年他自己开个航天公司,自己花上20亿美元弄个轨道太空望远镜,类似地球人的哈勃那种。
那样他就可以自己证明自己的伟大。
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