煮一颗溏心蛋，火候只在前几分钟起作用。六分钟捞出是流心，十分钟就是实的，之后再怎么调火也改不回来。宇宙的元素组成也是这样：大爆炸后几分钟内，温度与密度刚好允许核反应进行，而这个窗口只有几分钟宽。过了它，反应就基本停摆，比例被冻结，一直保留到今天。
大爆炸核合成发生在约 1 秒到 3 分钟之间，温度从 10¹⁰ K 降到 10⁹ K。它预言氦-4 的质量分数为 0.247、氘氢比为 2.5×10⁻⁵，两者与观测吻合到百分之几。这套理论唯一的明显裂口是锂-7：预言值比观测高约 3 倍，至今没有公认解释。
中子与质子的比例，是氦丰度的源头
弱相互作用在温度降到约 10¹⁰ K 时跟不上膨胀，中子与质子的互相转换被冻结。此时中子约占七分之一。
自由中子会衰变，寿命约 880 秒，所以到核反应真正开始时，比例又降了一点。几乎所有幸存的中子都被包进氦-4，因为它是结合能最高、最稳定的轻核。
这一步算下来，氦的质量分数就在 0.25 附近。它几乎不依赖其他参数，是一个很干净的预言。
氘是重子密度计，因为它对密度极其敏感
氘的结合能只有 2.22 MeV，很容易被高能光子打散。只有当温度降到足够低、光子数量不足以摧毁它时，氘才能稳定存在。
这个过程对重子密度极其敏感：密度高一点，氘就更早稳定，剩下的比例就更低。因此测到的氘氢比，等于直接读出了宇宙的重子总量。
观测上用高红移气体云吸收类星体光谱的方法测氘，得到的值与微波背景独立推出的重子密度一致。
中微子种类数被氦丰度限制住了
中微子参与决定膨胀速率。种类越多，膨胀越快，弱相互作用冻结得越早，中子比例越高，氦就越多。
因此氦丰度成了中微子种类数的间接计数器。微波背景给出的有效种类数是 2.99 ± 0.17，与实验室测到的三种中微子吻合，也为「是否存在额外轻粒子」设了上限。
锂-7 对不上，是这套理论唯一的明显裂口
标准核合成预言的锂-7 与氢的比值约为 5×10⁻¹⁰，而在贫金属星大气里测到的值约为 1.6×10⁻¹⁰，差了三倍。
这个差距不算小，但也不足以推翻整套框架：氦和氘的吻合非常好。可能的出路包括恒星内部的锂消耗、核反应速率的修正、或某种未知的早期物理，目前没有一种被普遍接受。
| 参数 | 数值 | 口径与来源 |
|---|---|---|
| 氦-4 质量分数 Y_p | 0.247 | Planck 2018 联合拟合 |
| 氘氢比 D/H | 约 2.5×10⁻⁵ | 高红移吸收系统 |
| 锂-7 预言值 | 约 5×10⁻¹⁰ | 标准核合成计算 |
| 锂-7 观测值 | 约 1.6×10⁻¹⁰ | 贫金属星大气 |
| 有效中微子种类数 | 2.99 ± 0.17 | Planck 2018 |
| 核合成窗口 | 约 1 秒到 3 分钟 | 标准核合成计算 |
哪些是观测，哪些还是推断
常见问题
因为温度和密度下降得太快。低于约 10⁹ K 后，库仑势垒让带电核之间的反应速率骤降，链式反应无法继续。
不是。碳及更重的元素主要由恒星核合成产生，金、铂这类重元素还需要中子星并合或超新星等过程。
指宇宙中氦-4 的质量占全部重子质量的比例，约四分之一。按数量算，氢原子核仍占绝大多数。
延伸阅读
- Peebles, P. J. E. 1966, ApJ 146, 542
- Fields, B. D. et al. 2020, JCAP 03, 010（元素丰度综述）
- Planck Collaboration 2020, A&A 641, A6