锂的发现，与天体物理的不解之缘

锂——可缓解你情绪的最轻已知金属。原子序数为3的锂是拥有许多用途的元素，如飞机制造和电池。它的独特之处是用于心理调节：碳酸锂的使用，是双相情感障碍的常见治疗方法，有助于稳定由疾病引起的情绪波动。

锂的发现是一个离奇的故事。据皇家化学学会（RSC）称，一位巴西博物学家兼政治家JozéBonifáciodeAndraldaeSilva于1790年代在瑞典岛上发现了矿物瓣状石（LiAISi4O10）。矿物质是白色到灰色的，但是当它被投入火中时，会发出明亮的深红色。

1817年，瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿尔弗弗森发现，花岗岩含有一种未知的元素。他无法完全分离金属，但确实分离出了一种盐。锂的名称来自“lithos”，希腊语中的“石头”。

直到1855年才有人将锂分离出来：英国化学家奥古斯都·马蒂森（AugustusMatthiessen）和德国化学家罗伯特·本森（RobertBunsen）通过氯化锂运行电流以分离元素。

锂的特性

据杰斐逊国家直线加速器实验室称，锂的特性是：

原子序数（原子核中的质子数）：3

原子符号（在元素周期表上）：锂

原子量（原子的平均质量）：6.941

密度：0.534克/立方厘米

室温下的相：固体

熔点：356.9华氏度（180.5摄氏度）

沸点：华氏2448度（1342摄氏度）

同位素数（具有不同中子数的相同元素的原子）：10;2稳定

最常见的同位素：Li-7（天然丰度92.41％），Li-6（天然丰度7.59％）

关于锂的大脑

锂在许多方面都体现出它的独特。它轻盈柔软-如此柔软，以至于可以用菜刀切割；密度低，漂浮在水面上。它在很宽的温度范围内都是固体，具有的最低熔点和高沸点的金属之一。

与碱金属钠一样，锂与水反应，现象鲜明。Li和H2O的组合形成氢氧化锂和氢，其通常破裂成红色火焰。

根据杰斐逊实验室的说法，锂仅占地球地壳的0.0007％，而且它都是以与矿物质和盐锁住的形式被发现的。这些盐具有改变大脑的能力：据国家心理健康研究所称，锂盐是食品和药物管理局批准用于治疗躁狂症和抑郁症的第一批药物。

如今，碳酸锂是最常作为药物销售的化合物。奇怪的是，没有人确切知道锂如何稳定情绪。研究表明其对神经系统具有多重影响。例如，2008年，研究人员在Cell杂志上报道，锂会中断神经递质多巴胺受体的活性。根据2011年生物精神病学杂志的一项研究，这似乎也增加了脑容量（尽管这项研究受到激烈争论）。

了解更多

锂离子电池是笔记本电脑、手机和其他数字设备轻便可充电电源的常用电池。根据美国地质调查局的数据，仅在2014年，阿根廷和智利的锂产量就增加了15％，以满足不断增长的需求。在全球范围内，当年的产量增长了6％。

据美国地质调查局称，美国在内华达州有一座锂矿。智利和澳大利亚生产的锂是世界上最多的锂。

根据2009年一项研究强调锂在大脑中的作用，饮用水中天然存在的锂与较低的自杀水平相关。但是精神科医生在高剂量处方锂时要小心，因为它可以通过胎盘并可能会对发育中的胎儿产生未知的影响。

据物理学家称，锂是大爆炸中大量生产的三种元素之一，另外两种是氢和氦。

目前的研究

天体物理学家对锂有个疑问。大爆炸中应该产生的锂量大约是最古老恒星实际发现的三倍。

国家科学研究中心（CNRS）和法国萨沃伊勃朗峰大学的宇宙学家PasqualeSerpico说，这一发现最早是在20世纪80年代发现的。Serpico说，它在大爆炸数据和卫星观察告诉研究人员关于锂的产生数量之间产生了差距。

“社区开始寻找可能存在漏洞或被忽视的影响，这可能会调和这种紧张关系，”Serpico告诉LiveScience。

这是一个仍在继续的搜索。Serpico说，有两个基本的可能性：一个是科学家们遗漏了一些可以解释缺少锂的原始宇宙条件。这是一个很难找到证据的解释。地下核天体物理实验室（LUNA）的一位意大利研究人员最近尝试重建大爆炸的条件，发现氦和氢的产生量与宇宙中的观测值相匹配，而锂则固执地停留在过高。对于宇宙如何形成，锂仍然是一个异常的功能性解释。

Serpico说，另一种可能性是，对于今天宇宙中缺失的锂有一种“新物质说”的解释。换句话说，锂是在宇宙大爆炸中以预期的数量产生的，但是一些神秘和未知的东西已经比预期更快地摧毁了它。

“我们刚刚发现，人们在标准物理学漏洞中对标准物理现象的描述可能会使新的物理解释变得更具挑战性，”Serpico说。

研究人员关注的是宇宙早期常见的现象，当时太空被高能光子（光粒子）环绕。在这些条件下，基本粒子、原子的构建块诞生了。最近，在2015年3月发表在“物理评论快报”杂志上的一项研究中，塞尔皮科和他的同事发现了这一现象中一个被忽视的热点。在一定的能量水平下，将新的高能光子注入混合物中可有效地破坏铍-7（锂-7的前体），而不会影响其他的核。其他原子核保持在卫星观测中看到的相同水平。如此看来，大爆炸反应产生的锂离子低于预期在可能性才开始说得通。

“现在我们的问题是，这只是一种好奇心，还是一种可行的机制？”塞尔皮科说。

这个问题可以通过美国宇航局的PIXIE任务来探讨，该任务的目的是绘制宇宙微波背景的能量谱——大爆炸留下的热量。该任务具有前所未有的精确度。他说，根据具体的模型，人们也希望像欧洲粒子物理实验室（CERN）的大型强子对撞机或拟议的隐藏粒子搜索（SHiP）项目等粒子对撞机可以提供间接提示。