第3.11節：原初核合成的鋰-7之謎：張度定標與底噪注入的雙重修正

目錄 ／ 第3章：宏觀宇宙

名詞約定

本節把“鋰‑7 偏低”統一放在絲—海—張度框架：早期宇宙中的廣義不穩定粒子（GUP，見1.10節）在存續期疊加牽引塑成統計張度引力（STG，見1.11節）的背景地形，並在解構/湮滅時以微弱波團注入形成張度本地雜訊（TBN，見1.12節）。下文起統一使用不穩定粒子、統計張度引力、張度本地雜訊三種中文稱謂。

一、現象與困境

1. 觀測缺口
   金屬貧乏老恒星大氣（Spite 平臺）測得的鋰‑7 豐度整體低於標準 BBN 計算值，缺口約為倍數級（樣本與修正方法略有差異）。
2. “其餘都對”
   在同一宇宙學與核反應率輸入下，氦‑4 品質分數與氘/氫比值通常吻合觀測，使“只調鋰‑7”變得困難。
3. 主流三難點
   • 恒星消耗假說： 需解釋“普遍且幅度相近”的削弱，並與鋰‑6/鐵等指標保持一致，難度高。
   • 核率更新： 精修關鍵截面後，很難單獨把鋰‑7 拉到觀測帶。
   • 早期注入新物理： 借助粒子衰變/湮滅破壞鈹‑7，常需對產物譜形、豐度、壽命作“恰到好處”的強設定，同時不得擾亂氘與CMB 譜形。

二、物理機制解讀（“雙重修正”：張度定標 + 底噪注入）

1. 張度定標：輕微重劃“時鐘與窗寬”

• 基本意涵： 早期宇宙是一片高密的能量海，其張度（拉緊程度）輕微重標了“微觀反應時鐘”與“放冷時鐘”的相對刻度，相當於對時間軸做小幅勻速伸縮，並不改變反應式或無量綱常數。
• 作用視窗（兩段關鍵期）：① 秒級 n/p 凍結期： 只允許極小改動，以保持氦‑4基線穩定。② 百—千秒“氘瓶頸打開→鈹‑7 生成”期： 鈹‑7對冷卻節拍與反應重疊時間極敏感；把“開爐/停爐”輕微挪前/挪後可縮窄/錯開其高效生成窗，從而降低淨產額。
• 直觀類比： 標準 BBN 是一鍋逐漸降溫的“化學湯”，張度定標像把計時器輕輕撥快/撥慢，最佳混合時段略移，結果是同樣的配方、稍微不同的出鍋時刻。

2. 底噪注入：稀薄、短時、選擇性的“補刀”
   • 來源與特性： 早期高密環境中，不穩定粒子高頻生—滅；解構時抛灑寬頻、低相干微弱波團，絕大多數立刻熱化，成為“熱史”的一部分。但統計上允許極稀薄、恰逢其時的微注入。
   • 為何“專治”鈹‑7： 只要在鈹‑7 主導期注入微量中子或窄帶軟光子，即可優先破壞鈹‑7，而不觸動氘/氦‑4：① 中子注入路徑： Be‑7(n,p)Li‑7，繼而 Li‑7(p,α)He‑4，淨效應是壓低鋰‑7。② 軟光子注入： 針對 Be‑7 / Li‑7 更“脆”的吸收窗口，窄、弱、短的譜形即可“殺鈹而不燙氘”。
   • 量級約束： 強度與時長必須小到不在 CMB μ/y 畸變或輕元素上留下超限偏移，只做選擇性補刀。
   • 直觀類比： 菜基本已熟，在離火邊對易碎配料輕點一下，刪去“多出來的那一撮”，而不改整鍋底味。
3. 協同機理：先調時鐘，再輕推一下
   • 第一步： 張度定標先把“鈹‑7 窗口”縮窄/錯開，降低基線產率。
   • 第二步： 底噪注入在緊鄰時段精准補刀，進一步壓低殘餘鈹‑7。
   • 合奏結果： 鋰‑7 下調至觀測帶，而氘與氦‑4仍留在成功區間。

三、參數與邊界（不傷及“已對上的”部分）

• 氦‑4 約束： 秒級定標幅度受嚴格上限，以維持 Yp 穩定。
• 氘約束： 底噪注入的時窗/譜形/強度需避開破壞氘的閾區。
• CMB 譜形： 允許的注入規模需遠低於當前 μ/y 上限，預期只留極弱不可分辨的尾跡。
• 同位素副產物： 關注 Li‑6/Li‑7、He‑3 的微偏；若出現，幅度應與“弱補刀”一致而非大舉改寫。
• 宇宙學一致性： 不改變無量綱常數與相互作用型式；張度定標僅是時鐘相對刻度的小修。

四、可檢預言與核查路徑

• CMB 微畸變“極低上限”
  未來更靈敏的譜線任務應給出更緊 μ/y 上限；本機制預期信號低於現限、接近零但非嚴格為零。
• 跨環境的 Spite 平臺微差
  若張度定標為主控因數，不同大尺度環境（絲/結點/空洞）中鋰‑7 平臺值可能存在極微系統差異（需大樣本統計）。
• Be‑7 破壞的旁證
  與 Li‑6/Li‑7 比、He‑3 的微小聯動偏差可能出現（須與恒星後期處理區分）。
• 與張度本地雜訊的弱協變
  若底噪注入確有發生，其統計強度與早期活動度應呈弱正相關；與 3.2 節的彌散底座抬升圖景保持同源一致。

五、與傳統方案的關係

• 對“新粒子注入”思路的緩和版
  傳統將“注入”當主效應，需要精細設定；這裡把主效應交給張度定標（時鐘微調），把注入降為極弱次效應，顯著減輕對產物譜形/壽命/豐度的參數壓力。
• 對“恒星消耗”的補位
  不排斥適度後期表面消耗，但不依賴其作為唯一解釋；即便考慮，也只是對“雙重修正”的微調加層。
• 對“核率再評估”的相容
  核率的持續精修仍重要；在最新率表下，只要承認張度定標 + 底噪補刀的微效應，鋰‑7 不再“頑固超額”。

六、類比（通俗直覺）

烘焙定時 + 輕點化
張度定標像把烤箱計時器撥快/撥慢一丁點，讓最佳膨松期略移；底噪注入像出爐前輕點一刀把多餘的隆起放掉。蛋糕主體（氦‑4、氘）沒變，只是把過高的鋰‑7 峰收平。

七、小結

• 定位問題： 鋰‑7 之謎是時間軸與微擾強度的小修小補，而非“全盤推翻”的大翻案。
• 主要改動： 張度定標輕微挪動原初核合成的“開爐/停爐”，優先壓低鈹‑7 通道的鋰‑7 產額。
• 精細修飾： 張度本地雜訊在恰當時段以極弱、短時、選擇性方式補刀鈹‑7，不擾亂氘與氦‑4。
• 整體一致： 兩者疊加，在不增加過多新假設的前提下，既保住標準 BBN 的主成功，又給出可被檢驗的、材質化解決路徑，與 1.10–1.12 節的不穩定粒子—統計張度引力—張度本地雜訊敘述完全一致。