量子力推动太空产生复杂化合物

量子力推动太空产生复杂化合物

一项最新研究表明，漂浮在黑暗寒冷的真空星际空间的分子可以利用量子力学的反应产生更加复杂的化学物。研究人员解释称这些化学反应是利用了量子力学古怪的特性，后者可能是制造精密的有机分子，包括那些生命所必须分子的宇宙装配链上的关键雄榫。

一直以来，天文学家都知道恒星会制造化学元素，但直到最近他们才发现漂浮在太空气体尘埃云周围的复杂有机分子。这些化学物的形成，包括醇类、糖类甚至焦油的组成成分，非常难解释，因为太空中的分子相互碰撞的机会应该相当少。

去年，天文学家在气体云里发现了一种名为甲氧基的分子，化学式为CH3O。它的形成源于羟基（OH）与甲醇(CH3OH)之间发生化学反应。然而，这种化学反应的发生需要比太空中存在的更多的能量，在太空中温度大约仅仅高于绝对零度。

虽然无法确定这一神秘的化学反应如何发生，英国利兹大学的德韦恩·赫德（Dwayne Heard）和他的研究小组正在探索羟基与其它分子之间，包括甲醇的反应性。在研究过程中，研究人员将两个反应物放在低温容器里。令他们惊讶的是，他们发现在-210摄氏度的条件下，发生化学反应的速度大约是室温下速度的50倍，即使冷却的分子具有较少的能量。这一研究发现被发表在期刊《自然化学》上。

在文章中，赫德的研究小组利用一种名为量子隧穿的现象来解释这个发现。一般来说，发生反应的分子必须要有足够的能量克服名为能量位垒的门槛（就像一座高山）后，才有可能发生化学反应。然而，量子力学一个奇特的结果是分子能够在缺少必须的能量条件下，绕过这一障碍。“粒子可以直接从山底穿过，仿佛高山并不存在，” 美国夏洛茨维尔弗吉尼亚大学的天体化学家艾瑞克·赫布斯特（Eric Herbst）这样说道。

赫德和他的同事发现，量子隧穿发生的概率在低温下会有所增加，因为移动缓慢的羟基和甲醇分子更可能依附在一起，而非碰撞时彼此弹开。这种临时的连接提供了更多机会发生隧穿效应，从而克服能量障碍，加快两者之间的化学反应。赫德预估计太空中大约有1/10的羟基-甲醇碰撞会产生甲氧基；没有量子隧穿，发生化学反应的概率会降到一千万分之一。

其它星际分子的存在也主要是因为量子力学，美国伊利诺伊州阿贡国家实验室的理论化学家斯蒂芬·克里本斯泰因（Stephen Klippenstein）这样说道。“肯定还会发现其他类似的化学反应，这绝非是特例。”（凤凰科技 编译/严炎刘星）