第3.11节：原初核合成的锂-7之谜：张度定标与底噪注入的双重修正

目录 ／ 第3章：宏观宇宙

名词约定

本节把“锂‑7 偏低”统一放在丝—海—张度框架：早期宇宙中的广义不稳定粒子（GUP，见1.10节）在存续期叠加牵引塑成统计张度引力（STG，见1.11节）的背景地形，并在解构/湮灭时以微弱波团注入形成张度本地噪声（TBN，见1.12节）。下文起统一使用不稳定粒子、统计张度引力、张度本地噪声三种中文称谓。

一、现象与困境

1. 观测缺口
   金属贫乏老恒星大气（Spite 平台）测得的锂‑7 丰度整体低于标准 BBN 计算值，缺口约为倍数级（样本与修正方法略有差异）。
2. “其余都对”
   在同一宇宙学与核反应率输入下，氦‑4 质量分数与氘/氢比值通常吻合观测，使“只调锂‑7”变得困难。
3. 主流三难点
   • 恒星消耗假说： 需解释“普遍且幅度相近”的削弱，并与锂‑6/铁等指标保持一致，难度高。
   • 核率更新： 精修关键截面后，很难单独把锂‑7 拉到观测带。
   • 早期注入新物理： 借助粒子衰变/湮灭破坏铍‑7，常需对产物谱形、丰度、寿命作“恰到好处”的强设定，同时不得扰乱氘与CMB 谱形。

二、物理机制解读（“双重修正”：张度定标 + 底噪注入）

1. 张度定标：轻微重划“时钟与窗宽”

• 基本意涵： 早期宇宙是一片高密的能量海，其张度（拉紧程度）轻微重标了“微观反应时钟”与“放冷时钟”的相对刻度，相当于对时间轴做小幅匀速伸缩，并不改变反应式或无量纲常数。
• 作用窗口（两段关键期）：① 秒级 n/p 冻结期： 只允许极小改动，以保持氦‑4基线稳定。② 百—千秒“氘瓶颈打开→铍‑7 生成”期： 铍‑7对冷却节拍与反应重叠时间极敏感；把“开炉/停炉”轻微挪前/挪后可缩窄/错开其高效生成窗，从而降低净产额。
• 直观类比： 标准 BBN 是一锅逐渐降温的“化学汤”，张度定标像把定时器轻轻拨快/拨慢，最佳混合时段略移，结果是同样的配方、稍微不同的出锅时刻。

2. 底噪注入：稀薄、短时、选择性的“补刀”
   • 来源与特性： 早期高密环境中，不稳定粒子高频生—灭；解构时抛洒宽带、低相干微弱波团，绝大多数立刻热化，成为“热史”的一部分。但统计上允许极稀薄、恰逢其时的微注入。
   • 为何“专治”铍‑7： 只要在铍‑7 主导期注入微量中子或窄带软光子，即可优先破坏铍‑7，而不触动氘/氦‑4：① 中子注入路径： Be‑7(n,p)Li‑7，继而 Li‑7(p,α)He‑4，净效应是压低锂‑7。② 软光子注入： 针对 Be‑7 / Li‑7 更“脆”的吸收窗口，窄、弱、短的谱形即可“杀铍而不烫氘”。
   • 量级约束： 强度与时长必须小到不在 CMB μ/y 畸变或轻元素上留下超限偏移，只做选择性补刀。
   • 直观类比： 菜基本已熟，在离火边对易碎配料轻点一下，删去“多出来的那一撮”，而不改整锅底味。
3. 协同机理：先调时钟，再轻推一下
   • 第一步： 张度定标先把“铍‑7 窗口”缩窄/错开，降低基线产率。
   • 第二步： 底噪注入在紧邻时段精准补刀，进一步压低残余铍‑7。
   • 合奏结果： 锂‑7 下调至观测带，而氘与氦‑4仍留在成功区间。

三、参数与边界（不伤及“已对上的”部分）

• 氦‑4 约束： 秒级定标幅度受严格上限，以维持 Yp 稳定。
• 氘约束： 底噪注入的时窗/谱形/强度需避开破坏氘的阈区。
• CMB 谱形： 允许的注入规模需远低于当前 μ/y 上限，预期只留极弱不可分辨的尾迹。
• 同位素副产物： 关注 Li‑6/Li‑7、He‑3 的微偏；若出现，幅度应与“弱补刀”一致而非大举改写。
• 宇宙学一致性： 不改变无量纲常数与相互作用型式；张度定标仅是时钟相对刻度的小修。

四、可检预言与核查路径

• CMB 微畸变“极低上限”
  未来更灵敏的谱线任务应给出更紧 μ/y 上限；本机制预期信号低于现限、接近零但非严格为零。
• 跨环境的 Spite 平台微差
  若张度定标为主控因子，不同大尺度环境（丝/结点/空洞）中锂‑7 平台值可能存在极微系统差异（需大样本统计）。
• Be‑7 破坏的旁证
  与 Li‑6/Li‑7 比、He‑3 的微小联动偏差可能出现（须与恒星后期处理区分）。
• 与张度本地噪声的弱协变
  若底噪注入确有发生，其统计强度与早期活动度应呈弱正相关；与 3.2 节的弥散底座抬升图景保持同源一致。

五、与传统方案的关系

• 对“新粒子注入”思路的缓和版
  传统将“注入”当主效应，需要精细设定；这里把主效应交给张度定标（时钟微调），把注入降为极弱次效应，显著减轻对产物谱形/寿命/丰度的参数压力。
• 对“恒星消耗”的补位
  不排斥适度后期表面消耗，但不依赖其作为唯一解释；即便考虑，也只是对“双重修正”的微调加层。
• 对“核率再评估”的兼容
  核率的持续精修仍重要；在最新率表下，只要承认张度定标 + 底噪补刀的微效应，锂‑7 不再“顽固超额”。

六、类比（通俗直觉）

烘焙定时 + 轻点化
张度定标像把烤箱定时器拨快/拨慢一丁点，让最佳膨松期略移；底噪注入像出炉前轻点一刀把多余的隆起放掉。蛋糕主体（氦‑4、氘）没变，只是把过高的锂‑7 峰收平。

七、小结

• 定位问题： 锂‑7 之谜是时间轴与微扰强度的小修小补，而非“全盘推翻”的大翻案。
• 主要改动： 张度定标轻微挪动原初核合成的“开炉/停炉”，优先压低铍‑7 通道的锂‑7 产额。
• 精细修饰： 张度本地噪声在恰当时段以极弱、短时、选择性方式补刀铍‑7，不扰乱氘与氦‑4。
• 整体一致： 两者叠加，在不增加过多新假设的前提下，既保住标准 BBN 的主成功，又给出可被检验的、材质化解决路径，与 1.10–1.12 节的不稳定粒子—统计张度引力—张度本地噪声叙述完全一致。