宇宙少了三分之二的鋰：大霹靂幾乎算對了一切，卻在這裡卡關

宇宙學猜對過很多數字，準到讓人起雞皮疙瘩。但有一個數字，怎麼樣都不肯配合。

同一套物理，正確算出了剛誕生的宇宙鍛造出多少氫、多少氦、多少氘——然後它也算出該有多少鋰。問題來了：天文學家跑去最古老的恆星裡找這些鋰，結果大約三分之二，就這樣不見了。理論說有三份，實際只剩一份。盯了超過二十年，這個缺口還是沒補起來。

這就是「宇宙鋰問題」，也是現代天文物理裡最安靜、卻最迷人的未解謎題之一。

先看清楚：哪些是鐵打的事實

大霹靂之後最初那幾分鐘，宇宙又熱又擠，擠到可以把輕原子核融合在一起——這個過程叫「大霹靂核合成」（Big Bang nucleosynthesis，BBN）。標準的 BBN 之所以厲害，是因為它幾乎沒剩下什麼可以偷偷調的自由參數。當普朗克衛星從宇宙微波背景輻射裡，精準量出了普通（重子）物質的密度之後，BBN 就變成一套「零參數理論」：你不用調什麼，它直接告訴你每一種輕元素該有多少 (《天文學與天文物理》，2025)。

對大部分元素來說，這套預測簡直是大獲全勝。用普朗克量到的重子密度去算，氘和氦-4的觀測豐度，跟理論要求的數字貼得很近 (A&A，2021)。其中氘特別誇張，誤差只有百分之幾。這份吻合，是大霹靂宇宙學最堅固的支柱之一。

唯獨鋰-7，是那個刺眼的例外。標準 BBN 配上微波背景量到的重子密度，預測原初豐度大約是 (7Li/H) = (4.9 ± 0.7) × 10⁻¹⁰ (A&A，2025，引用 Yeh 等人 2021 與 Fields & Olive 2022)。

要驗這個預測，天文學家把目光轉向銀河系暈裡最古老、化學成分最乾淨的恆星。一九八〇年代，弗朗索瓦（François Spite）和莫妮克．施皮特（Monique Spite）這對夫婦發現一件怪事：那些溫度偏高、金屬含量偏低的暈族恆星，不管別的性質差多少，鋰含量幾乎一模一樣，平到像一條線。這條線後來就叫「施皮特平台」（Spite plateau）。這些遠古恆星，是從幾乎還沒被後代恆星污染過的氣體裡誕生的，所以一般相信，它們身上的鋰，應該很接近大霹靂留下的原始值。這條平台落在對數豐度大約 A(Li) ≈ 2.2，換算成 (7Li/H) ≈ (1.6 ± 0.3) × 10⁻¹⁰ (A&A，2025)。

把這兩個數字並排放，落差大到讓人說不出話：理論預測的鋰-7，大約是古老恆星實際露出的三到四倍 (維基百科對相關文獻的整理；A&A，2025)。學界通常就用一句「差了三倍」帶過。而且關鍵在於：量測誤差小到根本沒辦法把這個缺口解釋掉——落差比不確定度大了好幾倍。

為什麼這算「真的謎」，而不是哪裡算錯了

讓它成為真正的謎、而不是一個簡單失誤的，是這件事：每一個明顯的嫌犯，都已經被抓出來審過了，沒有一個能靠自己把缺口填平。

這其實是一場三方角力。錯，可能出在（1）餵給 BBN 的核物理輸入數據，可能出在（2）我們對恆星如何在幾十億年裡留住或燒掉鋰的理解，也可能出在（3）早期宇宙本身某種我們還不知道的物理 (A&A，2025)。讓這道謎題一直死不了的，是其他輕元素根本不給宇宙學家作弊的空間。你只要動手壓低鋰，往往就會同時搞亂氘和氦那兩個漂亮到不行的預測——而那兩個，是絕對不能犧牲的。

所以這些消失的鋰，不是一條你隨手一抽就好的鬆線。你一抽，原本好端端在運作的東西就跟著散了。這正是這道未解問題的核心，也是為什麼到了2025年，研究者還在為它寫論文。

三種解釋：每一個都還沒被證實

目前最主流的解釋分屬三大陣營。沒有任何一個已獲證實；每一個都最好被當成「候選答案」來看。

理論一：是恆星把鋰吃掉了（恆星耗損）。 這普遍被視為最保守、目前也最受青睞的方向。想法是這樣：施皮特平台上的恆星，當初確實是帶著大霹靂給的完整鋰份額誕生的，只是在大約一百三十億年裡，慢慢把這些鋰摧毀或埋藏了起來。鋰很脆弱，在相對較低的溫度下就會被燒掉，所以像原子擴散（元素在重力作用下沉降到恆星表層之下）和湍流混合這類過程，都可能一點一點地把我們在表面觀測到的鋰耗掉 (IOPscience，《天文物理期刊》2012)。一項頗具說服力的線索來自球狀星團 NGC 6397：團內演化程度稍高的恆星，跟演化程度較低的恆星相比，鋰和鐵的含量不一樣，這個模式正好跟擴散的預期相符 (A&A，2009)。有些模型能從 BBN 預測值 A(Li) ≈ 2.7 出發，重現出觀測到的平台，但它們得仰賴經過刻意調校、多少有點臨時拼湊意味的湍流設定才辦得到 (MNRAS，2015)。剩下那個讓人不安的點是：這條平台平坦得、緊湊得令人起疑。真實的耗損往往雜亂無章、每顆星的情況都不一樣，這跟如此整齊一致的分布，實在很難對得起來。

理論二：核反應速率算錯了。 BBN 的鋰產量，靠的是一連串核反應，其中大部分要繞道經過鈹-7，鈹-7隨後再轉變成鋰-7。如果這些反應速率裡有任何一項被測錯，預測值就可能跟著偏移。這一點已經被直接拿去檢驗了。2021年，由早川聖也（Seiya Hayakawa）與山口英齊（Hidetoshi Yamaguchi）領軍、隸屬東京大學原子核科學研究中心的一支團隊，採用了「特洛伊木馬」（Trojan horse）技術——藉由一顆氘核，把一顆中子偷渡進鈹-7束流——來精確測定「鈹-7加中子轉變為鋰-7加質子」的那道反應 (Phys.org，2021)。結果呢？只把預測的鋰含量削掉了大約一成 (ScienceDaily，2021)。這是一項有意義的修正，卻遠遠不及所需要的三倍那麼多。一次又一次的類似實驗，已經穩步壓縮了「純靠核物理就能修正問題」的空間。

理論三：早期宇宙裡的新物理（純屬臆測）。 如果恆星和核反應速率都沒辦法完全解釋這道鴻溝，那成因或許就藏在 BBN 進行期間、超出標準模型之外運作的某種物理機制裡。相關提案包括：會衰變或互毀的暗物質粒子、假想中壽命很長的超對稱粒子、惰性微中子，或是宇宙最初幾分鐘裡基本常數的變動 (A&A，2021)。這些想法之所以引人入勝，是因為一個「只有鋰出問題」的異常，正是新物理可能從中探頭而出的那種裂縫。它們同時也是最缺乏約束的：任何這類模型都必須穿過一根極窄的針孔——既要修好鋰，又得讓氘和氦原封不動。就目前而言，它們仍牢牢地停留在臆測的範疇。

說句老實話，截至2025年的局勢是：最有可能的領先答案，是多種效應加在一起——很可能由「程度不大的恆星耗損」挑起大樑——但還沒有任何單一解釋勝出而一統江山。宇宙確實製造了那些鋰。古老的恆星卻沒把它們呈現出來。而這兩句話之間的那道落差，至今依然，貨真價實地，是一道還沒解開的謎。

資料來源與延伸閱讀

• 《天文學與天文物理》（Astronomy & Astrophysics，2025），〈宇宙鋰問題〉— aanda.org
• 《天文學與天文物理》（Astronomy & Astrophysics，2021），〈基本常數隨時變化下的原初核合成〉— aanda.org
• 《皇家天文學會月報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，2015），〈貧金屬恆星中的鋰演化〉— academic.oup.com
• 《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal，2012），〈古老恆星中的原子擴散與混合 III：NGC 6397〉— iopscience.iop.org
• 《天文學與天文物理》（Astronomy & Astrophysics，2009），〈球狀星團NGC 6397中的鋰〉— aanda.org
• Phys.org（2021），〈研究者解釋了宇宙中部分消失之鋰的下落〉— phys.org
• ScienceDaily（2021），〈逐步縮小消失之鋰的落差〉— sciencedaily.com
• 〈宇宙鋰問題〉概覽 — 維基百科

Sources & further reading

• https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/09/aa54482-25/aa54482-25.html
• https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2021/09/aa40725-21/aa40725-21.html
• https://academic.oup.com/mnras/article/452/3/3256/1077002
• https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/753/1/48
• https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2009/38/aa12713-09/aa12713-09.html
• https://phys.org/news/2021-07-account-lithium-universe.html
• https://www.sciencedaily.com/releases/2021/07/210701112629.htm
• https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_lithium_problem