量子力学导致太空发生“不可能”化学反应[1P]

lshen321

量子力学导致太空发生“不可能”化学反应

凤凰科技讯 北京时间7月2日， 新科学家报道，据称不可思议的量子学能够在太空产生一种经典化学定律认为不可能存在的分子。如果星际太空的确是一种量子化学实验室，那么它可能是导致宇宙中大量其他有机分子存在的主要原因。
星际空间被认为因为太寒冷以至于很多化学反应无法进行，因为较低的温度导致分子很难在太空中漂移过程中获得足够的能量打破分子之间的结合。“标准定律认为随着温度的降低，反应的速率也应该减慢。”英国利兹大学的德韦恩·赫德（Dwayne Heard）这样说道。
我们知道太空中存在大量复杂的有机分子，当不同的分子依附在宇宙尘埃颗粒表面时会发生某些反应。这可能给予它们足够多的时间获得反应所需要的能量，而分子在太空中漂移经过彼此时则不会发生这种情况。
然而，并不是所有的反应都能用这种方式解释。去年天文学家在距离地球600光年远的英仙座分子云里发现了含甲氧基的分子——包含碳、氢和氧。然而研究人员无法在实验室环境下，通过让反应物堆积在尘埃表面而产生这种分子，这使得含甲氧基的分子是如何形成的成为一个不解之谜。
产生甲氧基的另一种方式是结合羟自由基和甲醇气体，两者都存在于太空。然而，这种反应需要跨越一个重大的能量障碍——而在寒冷的太空环境下获得如此大量的能量是不可能的。
赫德和他的同事非常好奇，如果真正的答案存在于量子力学：一个名为量子穿隧效应的过程可能导致羟自由基有机会挖掘隧道穿过这个障碍，而非真正克服这个障碍，他们这样解释道。
因此科学家用另一种方式试图复制太空中甲氧基的产生。科学家将气态羟基和甲醇冷却到63开尔文——这就能够产生甲氧基。这项实验的观点是，在低温下，分子会减慢速率，从而增加穿隧的概率。“在正常温度下，它们会彼此碰撞，但如果温度降到非常低，它们则能够共存相当长一段时间。”
研究小组还发现，通过量子穿隧效应发生的这一反应的速率比正常室温下跨越能量障碍发生反应的速率要快50倍。空旷的太空温度比63开尔文要低的多，但恒星附近的尘埃云则能够达到这个温度，赫德补充说道。
“我们展示了太空中发生的有机化学反应过程，而后者被认为不会发生。” 赫德说道。这意味着太空中的化学过程可能比我们想象的要更丰富。“在星际空间可能发生了大量的我们从未考虑到的化学反应。”英国斯特拉斯克莱德大学的海伦·弗雷泽（Helen Fraser）这样说道。弗雷泽并没有参与这项研究。
然而，这些分子能够在太空中形成并不意味着地球上这类分子起源于太空。“这类分子的起源仍然是个我们需要解答的谜题。” 弗雷泽说道。