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宇宙中复杂的分子是如何形成的
在低温下量子效应会神奇地加速化学反应。
一个新的研究发现，在星际空间黑暗冰冷的真空中漂浮着的分子能够利用量子力学进行反应并产生许多复杂的化学物。研究者解释说，这个反应利用了量子物理学的一个奇特性生成了宇宙中许多复杂的有机分子，包括一些生命起源的必要物质。
天文学家很早就知道恒星生产了各种化学元素，但是直到最近研究者才发现在宇宙空间中有复杂的有机分子悬浮在气体和尘埃云的周围。这些化合物的构成包括酒精、糖，甚至还有焦油的某种成分，所有的这一切都很难解释清楚，因为宇宙中的分子很少发生相互碰撞。
2012年，天文学家在一个气体云中发现了一个叫作含甲氧基的分子，即CH 3 O。当羟基（OH）和甲醇（CH 3 OH）相互反应时，含甲氧基的分子才会形成。然而这种反应的发生所需要的能量要比宇宙空间本身所含有的能量大得多，而且宇宙中温度仅略高于绝对零度。
尽管还没具体地去研究这个不可思议的反应，但是英国利兹大学的德韦恩·赫德和他的团队已经开始探索羟基和其他分子的反应。在这个实验反应中，研究者把两种反应物一同放置在低温容器中。他们惊讶地发现，在零下210摄氏度的反应速度是室温下反应速度的50倍，尽管冰冻状态下的分子具有很少量的能量参与反应。
赫德团队在2013年6月30日出版的《自然化学》杂志上发表的文章中解释说，他们所发现的这一现象叫作“量子隧穿”。通常情况下，一个化学反应会发生只有当反应分子有足够的能量去冲破一个界限，这个界限即我们所谓的能垒，就像是一座山。但是量子力学在其中会产生一个奇怪的结果，即分子能够在没有足够能量时，也能偶尔绕开这个能垒。“一个粒子能穿过大山的底部，几乎仿佛那里根本就没有障碍。”弗吉尼亚大学的天体化学家埃里克·赫布斯特说。
赫布斯特和他的同事发现：在低温下“量子隧道”的可能性有所提高，这是因为慢速运动的羟基和甲醇分子在相互碰撞时是粘在一起的，并不是相互之间弹来弹去。这些临时的连接为“量子隧穿”化学反应能垒提供了更多的可能性，同时也加快了反应速度。赫布斯特估计大约有1/10羟基-甲醇在空间碰撞时能产生含甲氧基的分子，如果没有“量子隧穿效应”的帮助，碰撞而产生含甲氧基分子的比例将会骤减至1/10 7 。
其他星际间的分子要归功于量子力学效应的存在。美国伊利诺伊州阿贡国家实验室的理论化学家Stephen Klippenstein说。他又继续提到：“人们必然会发现其他类似的反应，这并不是独一无二的案例。”