大霹靂核合成

宇宙的氫和氦從哪裡來？恆星鍛造碳、鐵這類重元素，但恆星無法解釋為何宇宙絕大部分是兩種最輕的元素、且配比非常特定——又為何這個配比在我們所見之處處處相同。大霹靂核合成就是答案：在大霹靂後最初的幾分鐘裡，整個宇宙化作一座核熔爐，從原始的質子和中子裡烹製出最輕的原子核。

時機非常精確。在最初的一秒裡，宇宙熱到任何原子核都無法存活——它是一鍋自由質子、中子和其他粒子的湯。隨著它膨脹變冷，在開始後約一到二十分鐘之間，溫度穿過一扇狹窄的窗口，質子和中子得以聚變並黏合。在那短暫的窗口裡，大多數中子被鎖進了氦，造就一個按質量計約75%氫、25%氦的宇宙，外加微量的氘（重氫）和一點點鋰。約二十分鐘後，膨脹已把一切冷卻、稀釋得太過，聚變無法繼續，這些原初豐度就此凍結。更重的元素那時無法形成；它們得等恆星。

大霹靂核合成是大霹靂的三大證據支柱之一，也是這個理論一項驚人的成功。被預言的豐度——25%的氦、特定微量的氘——與我們在宇宙中最原始、最少經恆星加工的氣體裡測到的相符，精度達到小數點後好幾位。這種吻合還秤量了宇宙的普通物質：測得的氘量釘死了正常（重子）物質有多少，而結果遠不足以充當宇宙的暗物質，這是暗物質屬於某種奇異之物的一個早期且獨立的暗示。唯一惱人的謎是鋰，那裡預言與觀測仍不一致——一個誠實的待解問題。