非洲国家加蓬古老的核反应堆是真的吗，这与精细结构常数有关

1972年，法国人在非洲国家加蓬的奥克洛地区发现了一座奇怪的铀矿。根据经验，所有铀矿里铀235的比例都是一样的，约为0.7202%，然而这里铀矿里的铀235只有0.6%。当科学家们仔细调查之后，发现这绝对不是一座简单的铀矿，铀235之所以这么少，是因为一部分已经“燃烧”过了，这是一座古老的核反应堆，年龄足有17亿年！

一时间传言四起，有人猜测这是史前文明的核电站遗迹，还有人脑洞大开，说这是坠毁的外星人核动力飞船。不信，你到书店里，在那些挂上“史前文明”“未解之谜”的书刊里面，多半能看到这个“奥克洛核反应堆”。

史前文明和外星人真的存在吗？

我们得科学精神一点：也许有吧，但奥克洛铀矿跟他们半毛钱关系都没有。

早在1956年，美籍日裔物理学家黑田和夫就预言了天然核反应堆的可能性，奥克洛只是印证了科学家的预言而已。

地球诞生之初20亿年里空气里氧气极少，但在“大氧化事件”前后，地球上最早的生命——蓝藻——一直在孜孜不倦的“搬砖”，通过光合作用将水里的氧变成氧气。20亿年前，奥克洛附近的一条河里就有这种蓝藻，在氧气和水的共同作用下，铀不断转化成铀盐。巧合的地质构造促使这些铀盐集中到了一处，恰好达到临界质量，于是发生链式反应，驱动了这座天然核反应堆。

这也太巧合了吧，要知道，人类得到具体的临界质量数值，还是通过了无数的感人的故事，最有名的一个就是“手撕原子弹”！

在“曼哈顿计划”期间，一位加拿大物理学家斯罗廷也在洛斯阿拉莫斯的核武器实验室工作，他的职责是确定铀和钚的临界质量。每天，他用两个半球形的铍包裹住钚核心，上下两个半球中间用螺丝刀隔开，然后往缝里加铀，一旦发现链式反应发生，就将俩半球分开，然后减少铀的量继续实验。他就是用这种极其原始而又危险的方法不断逼近真实的临界质量数值，这听起来就带有浓浓的“死亡气息”，不是吗？

1946年5月21日下午3点20分，灾难还是降临了，斯罗廷手滑了一下，那把螺丝刀掉到了地上，两个半球就这么合在了一起。房间里所有的科学家都看到了那恐怖的异象：半球开始发出蓝光，一股股热浪来袭，眼看他们的实验室就要变成核爆中心！就在这紧急关头，斯罗廷当机立断，冲上去用自己的双手把两个半球分开，并将上面的铍半球扔到地上，一场灾难终于避免了。这是真正的“手撕原子弹”，相比之下，抗日神剧里的“手撕鬼子”都弱爆了。

不仅如此，手撕核弹之后，斯罗廷仍然保持了难得的清醒，尽管他当时已经感觉强烈的灼烧感和嘴里浓郁的酸味。他让在场的所有人都不要动，记下了每个人的位置，估算了一下辐射量，然后说出那感人至深的在电影里才能听到的话语：“我是肯定没救了，你们赶紧去做治疗吧。” 他又找来30米开外的气体房间里有一个辐射测量仪，记下了各种数据，才在众人的搀扶下走出实验室。刚刚走出实验大楼，他就忍不住呕吐了起来。九天后，斯罗廷因过量辐射不治身亡。

你看，科学家用生命换来的宝贵数据，在自然界竟然已经存在了那么多年，难道真是巧合吗？我要告诉你，奥克洛铀矿里的巧合可不光临界质量这一点呢。

要让一座核反应堆正常工作，临界质量只是一个必要条件。铀原子核释放出的中子速度较快，必须将它们的速度降下来，才能让其他铀原子核“抓住”，发生链式反应。现代的核反应堆一般采用石墨或重水做减速剂，其实普通的水也能起到这个作用，只是它不仅会将中子变慢还会吸收一部分中子。

在奥克洛铀矿里，在水的作用下，中子减速，引发链式反应，发出热量，于是水又蒸发；没有了水，中子“超速”了，反应中断，水又冷却下来，于是开启第二次反应。每次反应的循环周期是2.5小时，这真是大自然的鬼斧神工。

可能你要问了，会不会是什么恐怖分子，或者类似希特勒的战争狂人在这里秘密修建的呢？

科学家们肯定考虑过了这一点，他们研究了奥克洛铀矿里的钕元素，一般的钕元素以偶数原子量的形式存在，比如钕142、钕144、钕146等。然而，通过核裂变会产生更多奇数原子量的钕元素，如钕143、钕145等。科学家们经过分析，发现奥克洛铀矿里的钕元素的同位素分布和现代的核反应堆非常相似，而奥克洛铀矿毕竟早已有了如此之多的钕元素，说明它早已存在并一直在发生核反应。

鉴定完毕，这是一座天然的核反应堆！

然而，奥克洛铀矿终究还是有一些未解之谜。除了钕元素以外，科学家们还研究了奥克洛铀矿里的几乎所有元素和现代核反应堆作对比，再现性达到了令人吃惊的程度！除了一种元素：钐。在奥克洛铀矿中，这种元素太少了。 “外星人”的论调又出现了。

科学家不会相信这种无法证伪的猜测，如果现有理论体系能够包容那是最好，如果不能包容，那么就要修改理论。有人提出，这是因为宇宙的精细结构常数α是在变化的。正是因为17亿年前的这个α和现在不一样，导致了奥克洛铀矿里钐元素的缺失。

精细结构常数α？这又是什么东东？

从出处，它最早是索末菲提出来解释玻尔模型里电子速度的；从公式上来说，它和电子电量的平方成正比，和普朗克常数、光速成反比。

从表面看来，这东西不过是一些物理常数的简单组合。然而，随着对宇宙的认识越来越深入，人们发现，精细结构常数具有太深刻的物理意义，可以说，它规范了整个宇宙的形态。因为有了α，所以元素周期表是我们看到的这样；因为有了α，才会存在原子；更因为有了α，才会有各种化学反应；归根到底，因为有了α，我才有机会出版了我的《元素家族》。

目前看来，α的数值是1/137，这才是宇宙终极奥秘，《银河系漫游指南》里的“42”的梗明显应该换成这个数值。

以上的一系列排比句都基于α是一个常数，也就是说我们的宇宙是稳定的。然而，现在奥克洛铀矿告诉我们α不是常数，我们的宇宙的基本规律是在发生变化的，说不定哪一天元素周期表就变了，化学老师又要让你重新背诵一大堆陌生的元素；说不定哪一天原子都不能稳定存在了，我们看到的一切在瞬间分崩离析。看到这些，你还能如此笃定吗？

好在宇宙变化似乎并没有太快，1997年，澳大利亚科学家韦伯等人通过观测17个极亮的类星体的光谱，发现120亿年前，精细结构常数比当前小约十万分之一。你是不是又长舒了一口气：“你花了半天时间给我描述一头大象，最后却告诉我它掉了一根毛？”

在普通人看来，搞科学的人有时候真是偏执，十万分之一也要大惊小怪。但在物理学家眼里，只要有确凿的证据证明它不是常数，他们就又有很多问题可以研究了，比如：

更高的能量下是否还有其他粒子？

光速、电子电量和普朗克常数，究竟哪个会变化？

暗物质？

宇宙是开放的还是封闭的？

等等等等，每一个问题都是诺奖级别的。你看，一个小小的奥克洛铀矿，竟然能引申出宇宙奥秘，是不是比史前文明、外星人那些有意思多了？

在精细结构常数是否发生变化的争论中，讨论最多的是来自奥克洛天然核反应堆的数据。这是目前已知的世界上唯一一座天然核反应堆，位于加蓬的奥克洛。它形成于大约20亿年前，持续了数十万年。研究人员测量了奥克洛铀矿中钐149的中子散射截面，发现20亿年来强相互作用的精细结构常数的变化率不超过十亿分之四，年相对变化率不超过 2 × 10-19，远低于狄拉克大数假说的数值。尽管得到的是强相互作用的精细结构常数变化率的数值，但是科学家们倾向于认为，如果精细结构常数的变化是由光速的改变引起的，那么强相互作用的精细结构常数与电磁作用的精细结构常数的变化应该是一致的。但是2004年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的史蒂夫·拉莫莱克斯等人重新分析了奥克洛天然核反应堆的数据，认为从奥克洛天然核反应堆形成以来，精细结构常数的数值至少减少了4.5×10-8。

2004年6月，德国的一些研究人员以很高的精度测量了原子钟的数据，并未发现精细结构常数在1999年至2003年间有10-15数量级上的变化。2004年4月，韦伯小组中来自剑桥大学的迈克·墨菲宣布，他们利用夏威夷的凯克望远镜研究了143个类星体的光谱，认为精细结构常数在过去10亿年间大约改变了20万分之一[1]。有消息称，欧洲空间局计划于2006年在环地轨道上进行一次比墨菲小组的精度还要高100倍的原子钟实验，有望进一步测量精细结构常数的变化。

类星体是位于宇宙遥远位置的天体，类星体发出的光穿过弥漫在宇宙中的气体云，形成吸收线。通过测量类星体光谱中的吸收线，可以得到几十亿到上百亿年前精细结构常数的信息。澳大利亚新南威尔士大学的天体物理学家韦伯领导的一个小组通过比较类星体光谱中不同元素吸收线的位置变化，将精细结构常数变化的测量精度提高了一个数量级。他们发现在宇宙早期大约0.5<z<3.5的红移范围内，精细结构常数比现在小大约百万分之7[2]。2001年这一结果发表后，立刻引起一阵轰动。一些媒体宣称“爱因斯坦的相对论被推翻了”，掀起了新一波“推翻相对论”的浪潮。然而反对者认为，韦伯等人结果的可靠性尚存在争议。而即使精细结构常数发生了改变，未必意味着光速发生了变化。在未得到进一步确认前，认为“相对论被推翻”为时过早。

出处：有哪些曾经的世界未解之谜被证明是骗局？ – 鲁超的回答 – 知乎 https://www.zhihu.com/question/332265335/answer/953705530