氦

1948年，物理学家乔治·伽莫夫（George Gamov）提出设想：宇宙经历了一个致密高温的阶段。在这一阶段中，原初核合成开始，质子融合形成氦原子核。

宇宙的前3分钟留下了一个致密高温的环境。在这个环境里，重子中仅质子和中子（统称为核子）保留了下来。在强力作用下，质子和中子结合形成简单的原子核，如氘。原子核在高能光子主宰下的宇宙中演化，高能光子基本来自此前的大规模湮灭。早期原子核形成不久后立刻被光子分解。但随后在宇宙膨胀的影响下，光子平均能量降低至氘结合能以下，最终新形成的原子核不再被分解。宇宙由此变为一个巨型的核聚变反应堆，且所有自由中子均束缚于氦核中。

一般来说，1个氦核结合了2个质子和2个中子，形成被称为“氦-4”的稳定同位素。此前的环境中约是1个中子对应7个质子，质子质量较轻，有利于二者结合。由于原初核合成聚集了所有自由中子，因此宇宙中氦-4的比例约为8%（原子核数占比）。当然，强力作用试图在每个氦-4中加入1个中子，甚至将2个氦-4结合起来，但徒劳无功，因为大自然设定如此，5或8个核子的原子核是不稳定的！

20世纪40年代末，在勒梅特原始原子观点的基础上，移居美国的俄罗斯物理学家乔治·伽莫夫首次提出早期宇宙中发生了核反应的猜测。1948年，伽莫夫与其学生拉尔夫·阿尔菲（Ralph Alpher）合作发表了《化学元素的起源》（The Origin of Chemical Elements）一文，奠定了原初核合成的理论。

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玫瑰星云及其周围星际云的假色图，由赫歇尔（Herschel）远红外线空间望远镜于2010年拍摄而成。图中的尘埃勾勒出重子物质大量聚集的轮廓，内含8%的氦原子，其原子核在原初核合成时形成。

大爆炸3分钟后

-138亿年