鋰元素含量證實宇宙“標準模型”的預測

一支國際化的科學團隊使用了強大功能的望遠鏡，他們證實了宇宙發生的大爆炸過程就像理論模型預測的那樣。科學團隊消除了一個讓物理學家和天文學家困惑了20年的謎題，6月6日，《天文學和天體物理學》刊載了團隊的觀測成果。理論預測和實際觀測不一致，不是理論預測存在不足，就是是實際觀測存在偏差，兩者的沖突形成了長期徘徊在科學天空上的“一朵烏雲”。宇宙大爆炸理論經歷過多次的檢驗，過去的觀測可能存在某種偏差，科學團隊以精確的測定糾正了以往的偏差，再一地證實了宇宙大爆炸理論的正確性。

過去，天文學家對位於銀河系的古老恆星進行了鋰同位素的測定，實際觀測和理論計算存在明顯的偏差，元素鋰—6的比值比理論計算多了大約200倍，元素鋰—7的比值則比理論計算少出了大約3到5倍。或者大爆炸核合成理論值得懷疑，或者過去的測定出現偏差，兩者的偏差帶來的棘手問題，妨礙了天文學家對早期宇宙演變的理解，造成兩者偏離的原因是什麼？如何消解兩者的差異？糾正“奇異物理學”的誤讀，取消沒有實質作用的觀測，天文學家開始重新審視對鋰同位素豐度的測定結果。

劍橋大學的科學家卡林·林德率領了一支國際科學團隊，他們通過精確的測定證實了一種懷疑，幾十年來，一直沿用至今的觀測數據和分析方法有明顯的漏洞，或者過去的測量精度不夠，或者過去的分析方法過於簡單。科學團隊使用了W.M凱克天文臺10米口徑的望遠鏡，應用了高水準的恆星大氣分析模型，對銀河系古老恆星的元素含量進行了測定，對鋰同位素比值的測量結果說明，理論模型的預測和實際觀測的數據保持一致，以大爆炸核聚變理論（BBN）預測的鋰—6和鋰—7比值與精確測定的數據沒有出現沖突，早期宇宙的演變與理論預言的過程相同。

20世紀20年代，埃德溫·哈勃發現了宇宙的膨脹現象，一系列隨後的觀測證實了哈勃的結論，從目前狀態的宇宙膨脹可以推測它的過去，大約在138億年前，宇宙起始於一次“開天闢地”的大爆炸，宇宙微波背景輻射是證實宇宙大爆炸的最好證據，除了對宇宙微波背景輻射的觀測手段，以宇宙大爆炸核聚變理論為依據，科學家測量了宇宙輕元素的化學豐度，而對氫、氦元素含量的測定值與理論預測的結果基本一致。國際團隊再次證明瞭宇宙大爆炸標準模型模型的正確性。將化學元素豐度預測值和實際的觀測值進行對比，這是檢驗宇宙標準模型的關鍵因素之一，國際團隊進行了“後續驗證”，他們進一步證實了宇宙標準模型的成功。

觀測成果鞏固了宇宙微波背景輻射和宇宙大膨脹理論的基石，兩大理論構築了宇宙學標準理論的“防線”，目前還沒有一種其它的理論與它的“牢不可破”性相抗衡，然而，我們不能因此認為其它的宇宙學理論失去了科學價值。觀測成果消解了理論預期和過去實際觀測的“對立”狀態，重新證實了標準模型的核聚變理論（BBN）和鋰化學元素豐度的一致性，過去，天文學家對古老恆星的鋰—6和鋰—7同位素和其它化學元素含量的測量值存在偏差，這個“老大難”問題對科學家產生了20年的困擾。宇宙大爆炸理論沒有遇到實質性的挑戰，過去觀測的手段不夠精確，分析的模型不夠完整。通過修正錯誤，科學獲得了進步，觀測手段理論分析的改進在科學進步中發揮了關鍵作用，目前的天文學觀測得益於人類科技革命的成果。

對古老恆星的鋰—6和鋰—7元素含量進行精確的測量，這是一項極具挑戰性的課題，對鋰—6元素含量的測量更為困難，鋰—6元素的豐度很低、或它在古老恆星的含量很少，鋰—6元素的光譜信號十分微弱，為了測量鋰—6元素的含量，天文學家使用了地球上最大的望遠鏡，以獲得最精確的數據，他們使用了位於夏威夷莫納克亞山頂的凱克天文臺，這臺大口徑的望遠鏡安裝了高分辨率的光譜儀（HIRES），接收的背景星光被分解成不同顏色的光線，從中分析恆星的元素組成。高效的光譜儀（HIRES）是一種升級版的高精度儀器，科學家從光譜線看到了更為細節的信息。凱克天文臺的大口徑望遠鏡和高性能光譜分析儀（HIRES）具有高強度的光線接收性能，科學團隊在凱克天文臺每觀測一顆古老的恆星花費了幾個小時，除了收集古老恆星發出的足夠光線，為了分析海量的數據，他們建立了計算模型，使用了3D技術和強大的超級計算機。

古老恆星的大氣層非常缺乏金屬元素鋰—6的成分，建立古老恆星大氣層的分析模型極為復雜，超級計算機對觀測數據的處理和分析用去了數周時間。科學團隊調整了恆星大氣層兩個關鍵因素的物理假設：一維度的流體靜力學和局部的熱力學平衡，他們以復雜的物理學原理和強大的超級計算機克服了傳統計算模型存在的系統性誤差，而傳統計算模型的誤差導致了過去對古老恆星鋰—6和鋰—7元素含量測定的偏差，使得理論預測的鋰元素含量與實際的天文觀測不一致。

高性能的凱克天文臺和修正的數學模型保障了對古老恆星鋰元素含量測量的精確性。理解恆星的形成和元素的構成是宇宙學研究的關鍵步驟，宇宙學是一門研究宇宙形成和構成的學科。我們的身體同樣由物質元素構成，它們是恆星合成元素的一部分，我們的身體只佔宇宙物質元素“微不足道”的部分。大爆炸理論模型解釋了宇宙的形成和構成問題，經過多種方式檢驗的大爆炸模型為宇宙的形成和構成設置了初始條件。宇宙受到暗物質和暗能量的控制，它處於不斷膨脹的過程，人類處在大爆炸理論描述的一個微小環節，宇宙的誕生和演變為人類的誕生和生存創造了條件。卡林·林德從馬克斯·普朗克研究所的天體物理學分部（MPA）“跳槽”到劍橋大學，巴西聖保羅大學、澳大利亞國立大學、德國馬克斯·普朗克研究所的科學家加入了他的科學團隊，他們的觀測成果鞏固了宇宙大爆炸理論。