빅뱅 초기에 양성자와 중성자의 비율을 어떻게 증명 했나요?
빅뱅 이후에 헬륨이 형성되기 전 양성자와 중성자의 비율이 7:1이라는건 어떻게 알아내었나요? 14:2로 표현해서 비율이7:1로 나타낸다고 설명하는데 어쩌다가 양성자가 14개로 중성자가 2개로 나타냈는지가 궁금해요!
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
빅뱅 이후에 헬륨이 형성되기 전
양성자와 중성자의 비율이 7:1이라는 것은
빅뱅 핵합성을 통해 알 수 있습니다.
빅뱅 핵합성은 빅뱅 이후에
우주가 팽창하면서 온도가 낮아지면서
원자핵이 형성되는 과정을 말합니다.
빅뱅 핵합성에서 양성자와 중성자는
다음과 같은 반응을 통해 형성됩니다.
n + p → D + γ
이 반응에서 중성자(n)와 양성자(p)가 결합하여
중수소(D)와 감마선(γ)을 생성합니다.
이 반응의 속도는 온도에 따라 결정됩니다.
온도가 높을수록 반응이 더 빨리 일어납니다.
빅뱅 이후 우주는 매우 뜨거웠기 때문에
이 반응은 매우 빠르게 일어났습니다.
이 반응이 일어나는 동안 양성자와 중성자의 비율은 다음과 같이 변합니다.
n/p = (n0/p0) exp(-Q/kT)
n/p는 양성자와 중성자의 비율
n0/p0는 초기의 양성자와 중성자의 비율
Q는 반응의 활성화 에너지
k는 볼츠만 상수
T는 온도
이 식에서 알 수 있는 것은 온도가 낮아질수록
양성자와 중성자의 비율이 감소한다는 것입니다.
빅뱅 이후 우주는 점차 팽창하면서 온도가 낮아졌습니다.
양성자와 중성자의 비율은 점차 감소하여
약 3분 후에는 7:1이 되었습니다.
양성자와 중성자의 비율을 14:2로 표현하는 이유는
양성자와 중성자의 질량이 거의 같기 때문입니다.
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