「尋找迷失的世界」對準消失的鋰元素

無論是在銀河系內部、還是在銀河系外部，依據科學家普遍接受的宇宙起源理論，恆星包含的鋰元素含量比實際觀測的數量多出了三倍，究竟是宇宙起源的主流理論出現了差錯、還是天文學家的實際觀測出現了誤差？天文學家近日解答了令人困惑不已的謎題，在距離地球８萬光年的一個星團，科學家發現了恆星鋰元素的缺失現象，他們第一次在銀河系外的恆星發現了鋰元素含量的不足，神秘性鋰元素的缺失說明了一個事實，天體物理學家既未有充分理解宇宙大爆炸的起源理論，也未有徹底理解恆星如何運行的機制。

天文學家將首次發現的成果發表在英國皇家天文學會的《每月通訊》雜誌，他們的發現成果沒有動搖主流的宇宙大爆炸理論的基本框架，我們的宇宙誕生在超乎想像的高溫、高壓、高密的物理狀態，宇宙物質的不均勻性在巨大的體積膨脹過程中逐漸演化為今日宇宙，我們看到的和沒有看到的一切都是宇宙進化的產物，比如：恆星和星系是我們看到的天體。伊利諾伊大學厄本那香檳分校的理論物理學家布萊恩·菲爾茲沒有加入實際觀測的科學小組，他解釋說，科學家試圖解釋理論預測和實際觀測鋰元素含量的差異，目前存在兩種解決差異現象的方案，一種激進的方案認為，宇宙起源的大爆炸理論不完備，存在一定的缺陷；另一種溫和的方案認為宇宙大爆炸理論十分完善，卻不能很好地解釋理論預期與實際觀測的差異。

理論計算和實際觀測的差異顯示了某種可能，科學家普遍認可的宇宙大爆炸核合成理論存在一些缺陷、或者存在修正的必要，宇宙大爆炸學說是基本的宇宙學理論，在宇宙誕生之後的幾分鐘啟動了核合成的反應機制，宇宙原初的核合成反應生成了三種最輕的化學元素，它們分別是氫﹑氦和鋰，比三種輕元素更重的元素——包括了氧﹑氮﹑碳、硅等或在恆星的核心產生，或通過強大的超新星爆發合成出來。以宇宙最早期的核反應機製為依據，天體物理學家預測了多少數量和比例的三種輕元素通過核合成反應製造出來。加州大學聖克魯茲分校的物理學家喬爾·普里馬克沒有加入實際觀測的小組，他解釋說，理論預測的結果代表了人類宇宙學其中之一的最偉大成就。理論預測的鋰元素含量是實際觀測的三倍，似乎存在大量被遺漏的鋰元素

1982年，一對夫婦天文學家組成了科學小組，他們第一次發現了鋰元素含量理論預期與實際測量的差異，弗朗索瓦和莫妮卡夫婦第一次觀測到了兩者在數量上的不匹配，天文學家從那時起進行了一次又一次的天文觀測，多次的檢測得到了同樣的結果，鋰元素缺失的現象得到了反覆觀測的證實，然而，沒有一位天文學家在銀河系外的恆星測量到了鋰元素含量的不足，對銀河系外恆星的觀測成為一項重要的檢驗手段。義大利博洛尼亞大學的阿萊西奧·穆克西亞萊里和他的同事開展了新的觀測，他們如果在銀河系外的恆星發現鋰元素普遍缺失的現象，鋰元素的普遍缺失不只是發生在銀河系以內，那麼他們的觀測成果代表了一般性的結論。穆克西亞萊里和觀測小組的成員選擇了一個球狀星團內的恆星，星團梅西耶—54是小型人馬座矮星系的一小部分，人馬座矮星系在銀河系引力的作用下發生了緩慢的分裂。觀測小組使用了３０小時的觀測時間，他們使用的歐洲南方台非常大型的望遠鏡位於智利的山峰，歐洲南方台的望遠鏡擁有最強大的功能，觀測數據表明，銀河系外的恆星同樣存在鋰元素含量不足的現象，與在銀河系內發生的現象相似。

科學家試圖對鋰元素含量的缺失現象進行解釋，宇宙最初的恆星含有更多的鋰元素，比現在恆星的鋰含量更高，似乎出現了某種未知的原因，鋰元素在核反應過程中毀滅了，從物質形態轉變成能量形態，理論物理學家菲爾茲解釋說，上述的物理解釋聽起來不錯，卻存在細節分析的困難，科學家找到了一種更合理的解釋，在宇宙大爆炸發生的最初幾分鐘，某種能量的釋放過程限制了鋰元素的合成，目前被普遍接受的理論沒有考慮鋰元素製造的受限問題，如果確認了鋰元素核合成機制受到的限制，那麼那些失蹤﹑或失聯的鋰元素也許早已轉化為另外的形態，它們已近變成了碎屑和浮渣，鋰元素的零碎物也許早已衰變為暗物質形態，我們知道，暗物質是一種看不見的物質類型，它們構成了今日宇宙物質的絕大部分。

菲爾茲和普里馬克都贊成暗物質世界的解答，如果鋰元素含量的不足是由於它們最終轉化為暗物質，那麼宇宙鋰元素的消失之謎沒有人們想像得那麼簡單，恆星的核合成反應機制不像人們理解得那麼單調、乏味，也許存在一些人們不知道的物理機理，科學家沒有完全解開鋰元素消失的謎團，鋰元素缺失的現象與暗物質之謎有關，而暗物質性質關乎一個更大的科學難題，暗物質的存在之謎與宇宙的基本性質有關，暗物質的強大力量主宰了可見宇宙的演化和命運。

（編譯：2014－9－15）

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