大爆炸理论的第三根支柱,是所谓“大爆炸核合成理论”所预言的“轻元素丰度”与实际观测粗略符合。这被认为是对“大爆炸理论”的强有力支持。
采用“大爆炸模型”,可以计算氦-4、氦-3、氘和锂-7等轻元素相对普通氢元素在宇宙中所占含量的比。所有这些轻元素的丰度都取决于一个参数,即早期宇宙中辐射(光子)与物质(重子)的比例。
大爆炸理论所推测的轻元素比例(元素的总质量之比)大约为:
氦-4/氢 = 0.25,
氘/氢 = 10-3,
氦-3/氢 = 10-4,
锂-7/氢 = 10-7。
其中理论值和测量值符合最好的是“氘”元素;“氦-4”的理论值和测量值接近,但仍有差别;“锂-7”则是差了两倍。
实际上这是依据太阳光谱、星际光谱和陨石数据,又利用了少量地球样品的分析所得到的结果。严格地说,它们只能是太阳系元素丰度,未必果真代表着宇宙的元素丰度。
事实上,也有许多遥远天体的元素丰度分布与太阳系丰度分布有明显的偏离。
某些中国学者认为:
于其说“大爆炸理论”预言了氢和氦等元素的丰度,倒不如说它是通过拼凑数据、调整参数和添加假设的方法来迎合了观测结果。
其它假说同样能够解释宇宙元素丰度问题,甚至解释的更加圆满。
霍伊尔等人就质疑“大爆炸理论”无法解释,构成我们宇宙的各种元素是如何形成的。
1957年,伯比奇夫妇、福勒和霍伊尔以宇宙的元素丰度为基础,推出了元素在恒星中合成的元素起源假说,简称“B2FH(四位科学家姓名的英文字头)理论”。他们认为,所有的化学元素并非通过单一过程一次形成,而是由氢通过与恒星不同演化阶段相应的4个过程逐步合成的,然后由恒星抛到宇宙空间,就是我们观测到的化学元素及其同位素。
1、氢燃烧温度高于700万度条件下,每4个氢核聚变为1个氦核。
2、氦燃烧:在温度高于1000万度条件下,聚变为碳一12核和氧一16核等。
3、α过程:α粒子与氖一20相继反应生成镁、硅、硫、氩等。
4、平衡过程:在温度高、密度高的条件下,生成钒、铬、锰、铁、钻、镍等。
5、慢中子俘获过程。
6、快中子俘获过程:这两个过程生成比铁系更重的元素。
7、质子俘获过程:生成一些低丰度、富质子同位素。
8、X过程:生成重氢、锂、铍、硼等低丰度轻元素。
“B2FH理论”不断得到原子核物理、天体物理和宇宙化学等方面新成果的补充和修正。
当今,大多数科学家都接受质子聚变(氢聚变成氦,再形成锂、硼等轻元素)和中子俘获(氦轰击轻原子产生中子,轻元素原子核俘获中子形成较重元素)是宇宙形成化学元素的两个主要过程,直到今天,这两种过程仍在恒星内部继续合成着各种化学元素。
另外一些学者也认为,用宇宙年龄无限大、静态宇宙更容易解释宇宙元素丰度问题。
他们的结论是:在宇宙中恒星不断地把氢元素合成氦元素,氦元素合成较重元素。一颗恒星在一生中把自身质量的3/10000量级的氢聚变成氦,以及3/100000量级的氢通过聚变成氦再由氦聚变成碳和其它重元素。若每代恒星和星系的寿命为100亿年。每代约有3/10000氢聚变为氦,3/100000聚变成比氦重的元素,经过大约1000代的恒星和星系演化,就能达到目前观察到的元素丰度值,氢为71%,氦为27%,其他元素为2%。
但如果这样发展下去,对于时间无限长的宇宙,重元素不断增加,氢不断耗尽,结果,氢元素比例要小得多,重元素比例要大得多,不符合事实。
而事实上,超新星、中子星、黑洞能够把恒星全部吞并,使元素消失,变成中子,然后中子从中子星或黑洞两极逸出,中子衰变为质子和电子,重新组成氢元素。恒星合成元素的作用跟超新星、中子星和黑洞逆向合成元素之间存在一个动态平衡关系,由此循环往复,宇宙年龄无限长,往复也无限,就达到了现在的元素丰度值。由于超新星、中子星和黑洞等等天体的存在,使元素的演化存在着相反的过程,从而改变了元素形成的单向演化模式,使宇宙元素丰度达到了一个平衡值。这使元素合成解释成为现实解释而不是假设,更加合理地解释了宇宙元素丰度问题。
元素丰度不是宇宙大爆炸的产物,而是宇宙中超新星大爆炸的产物。
恒星、超新星、中子星、黑洞,一起决定着宇宙元素丰度。
也有现代宇宙学家估算,在整个宇宙天体中,氢元素占有75%左右的比例,丰度占第二位的是氦元素(如太阳就是由73.46%的氢和24.85%的氦所组成),其余一百多种元素在宇宙中只占极小的比例。
要解释宇宙的产生,首先就应该解释氢,其次是氦是怎么生成的。
“氢元素乃是大爆炸合成的”理论有一个致命缺陷——恒星的核聚变反应要消耗大量的氢,银河系中就有两千多亿颗恒星,浩瀚宇宙中恒星应该是无数的,如此多的恒星在消耗着氢,消耗了上百亿年,难道宇宙中的氢是无穷无尽吗?
我们的太阳已经是第三代恒星,是前两代恒星超新星爆炸后的物质重构的,但氢的比例仍然如此之高。燃烧了几十亿年其元素丰度与原初相比也没有明显的变化,岂非咄咄怪事?
对此,只承认一锤子买卖的“大爆炸理论”,是不能解释的。
按照“大爆炸理论”,太阳里的氢元素是原初核合成时留下的,在发生核聚变的情况下很快就会燃烧完毕,如果得不到及时的连续的补充,是不可能持续到今天的,这一事实强烈地暗示物质元素是在天体内连续地依一定的速率生成的。
氘、锂同位素是极易遭到破坏的物质,而它在宇宙中的许多地方都有着非常高的含量,这一事实也清晰地表明,我们今天观测到的氘、锂同位素只能是近期生成的,这是“大爆炸理论”所不能容许的。
有些中国学者认为,从对恒星的观测来看,恒星不但具有发光和发热的现象,而且会向外抛射大量的带电粒子流,这些粒子中,成份最多的是“质子”和“a粒子”。“质子”就是氢核,这人所共知;“a粒子”是什么呢?物理学早已解开了这个谜底,它就是“氦核”。
氦核在宇宙中捕获到电子后,就是氦原子。
氢与氦很可能是在宇宙空间形成的,宇宙中氢和氦的极大丰度实际上对所谓的“大爆炸”理论早已构成了挑战。
网上关于这一问题的讨论很多,引述起来只怕会连篇累牍。
——我们既然已经知道宇宙永恒,则反推回去,宇宙各种元素自然是宇宙中恒星、超新星、中子星、黑洞等等天体,所共同决定的。
(说穿了,就是高级生命在决定。)
所谓“宇宙在大爆炸一瞬间(几分钟内)就已经决定了物质丰度”的说法,当然是难以置信的天方夜谭。
叶波先生在2011年末发表的文章中断言:
“稳态宇宙模型的一些先天不利的因素,有的已经变成无比有利的因素。例如,它引出的一个物质不断创生的假设,也就是在星体中产生出氢的假设已经得到观察的证实。
光谱分析令人信服地证明,在早期的恒星、中期的红巨星和晚期的白矮星中氢和氦的质量比总是3:1。而当今恒星的演化理论认为,在恒星开始形成时氢在不断地消耗,氦和其它元素在不断地增加,即年轻的恒星主要是氢聚变为氦。
在红巨星中主要是氦聚变为碳,而在白矮星中氢则几乎耗尽。
但观察到的事实是:
无论是在年轻的恒星中还是在中期的红巨星中或是在晚期的白矮星中氢和氦的质量比都是3:1,这充分说明在各种类型的恒星中一定有氢生成。因为氢在不断地消耗,只有氢不断地生成来补偿才能维持氢的比例不变。同时氢和氦的质量比总是保持不变也是令人奇怪的。因为既然在红巨星中是氦变为碳,红巨星中氦的比例应逐渐减少才对。但红巨星中氦的比例无论多久都丝毫不减少。
为什么是这样的呢?
如果把核反应看成是化学反应的一种,在氢聚变为氦的核反应中,氢是反应物,而氦则是生成物。在化学反应中,反应物和生成物有一固定的质量比例,这个化学反应就一定是可逆反应。因此,可以判断氢聚变为氦的反应是一种可逆反应,即氦也可以裂解为氢。达到动态平衡时氢和氦有一个固定的3:1的质量组成。也就是说,氢占75%氦占25%。25%的氦恰好是宇宙中氦元素的丰度。于是乎,宇宙中氦元素的丰度问题也同时得到解决。无论恒星怎样演化,恒星中总有氢生成,核反应只有一个——氢聚变为氦。
(他把“3K宇宙微波背景辐射”解释为温度为3K的以太的本底噪声。)
……尽管大爆炸宇宙学今天占有主导地位,由于它基本上是唯心的,必然经受不了历史事实的考验,最终一定会让位于稳恒宇宙。”