原子の形成に適した温度を下げるために何をしたのですか？

私はビッグバン理論に関連して、30万年のビッグバン温度が4500ケルビンに低下し、これが原子問題を引き起こしたことを読みました。温度の低下が原子形成に適する理由は何ですか？

ガスの温度は、粒子の運動エネルギーの尺度です。分子の場合は回転エネルギーと振動エネルギーがあり、単一原子の場合は並進エネルギー、つまり「熱運動」のみです。所定の温度では、粒子のエネルギーはまったく同じではありませんが、エネルギーの分布、つまり速度は異なります。

$T \gtrsim 3000\,\mathrm{K}$^$\dagger$

宇宙が膨張するにつれて、ガスは冷えました。ビッグバンから38万年後のある時点で、温度は十分に低下し、原子をイオン化しておくことができなくなったため、かなり短い期間（年）の間、それらはすべて再結合しました。したがって、このエポックは組換えのエポックと呼ばれます。$\sim10^4$

この時点まで、すべての光子は自由電子で散乱し続けました。電子が原子に「トラップ」されると、自由に流れ、「分離」できるようになります。それ以来、彼らは自由に旅してきましたが、拡大する宇宙を旅して以来、途中で赤方偏移しました。それ以来、宇宙は約1100倍に拡大し、光子の波長も拡大したため、現在の温度は。これが宇宙マイクロ波背景と私たちが考えるものです。$3000\,\mathrm{K}/1100\simeq2.7\,\mathrm{K}$

^$\dagger$その場合、それらは原則として「原子」ではなくプラズマです。しかし、天文学ではとにかくそれをアトムと呼ぶのはごく普通のことです。

できるだけシンプルにしてください。

エネルギーが多いほど、（比較的）弱い電磁力が電子を原子核に結合することが難しくなります（原子は、電子が結合した原子核です）。

より多くのエネルギーがあるとき、電子と原子核は一緒に束縛されるには余りにも多くのエネルギーを持っていました。

これを簡単に見ると、電子と原子核は、高温のときに単純に高速に移動していました（温度は、運動に関連する平均エネルギーに関連しています）。

原子は、電子に囲まれた核によって形成され、電磁力によって束縛されます。核は陽子と中性子からなり、強い核力によって束縛されています。陽子と中性子は、クォークの（種類と量が異なる）で構成され、強い力によって束縛されます。

宇宙の最初は、すべての力（言及されたものと重力と弱い核力）は1つであると理論化されています。気温が下がると、彼らははっきりし始めました。粒子の温度はエネルギーを意味します。クォークが陽子と核子として結合し、次にこれらが互いに結合するまで、原子核を作ることはできません。つまり、強力な核力を区別して、エネルギー粒子がランダムに離れる傾向を克服する必要があります。

温度が下がると、陽子と中性子が形成され、核に束縛されます。電子は依然として非常にエネルギー的であり、他のエネルギー粒子によって常に衝突され、電磁力は強い核力に比べて非常に非常に弱いため、電磁力も同様に明確になっても、依然として電子は散乱します。 。この段階では、宇宙はプラズマ、つまり核と自由電子のスープです。（それはまだ大部分があり、暗黒物質と暗黒エネルギーを除外していますが、それは私たちの小さな隅、つまり地球には当てはまりません。）

その後、温度はさらに低下し、正に帯電した原子核を負に帯電した電子に引き付ける電磁力が感じられ始めます。この時点で、「通常の」原子が形成されます（温度が十分に低くなると、それらは互いに結合して分子を形成することもできます）。

高温（または他の形態のエネルギー）を使用することで、原子核と電子を簡単に再び分離させることができます。核を解体することは（ウランの場合のように本質的に不安定、すなわち放射性である場合を除いて）かなりコストがかかり、陽子または中性子を解体することは非常に困難です。