本周四,我们都有个人理由表达感激之情,但其中之一应该是我们首先存在这一事实——毕竟,情况很容易就变得不同。大爆炸之后,如果仅仅是少数事情有所不同,宇宙就可能变成无休止的混乱或单调的简单。
太阳、地球以及地球上所有物种,尤其是智能生命的形成,都需要一系列的侥幸。特别是,自然常数——例如c,光速,以及G,表示引力——似乎是为了我们的存在而精确调整的。仅仅其中一个值的轻微变化就会使星系、恒星、行星、生命,甚至像构成您的南瓜饼那样的复杂原子成为不可能。不同的常数可能会导致宇宙只闪现片刻就消失,或者宇宙在其诞生后迅速膨胀,以至于无法形成除最简单的氢以外的任何元素。
因此,当您思考在感恩节要感谢什么时,这里有一些值得思考的
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宇宙的膨胀速度:宇宙不仅在膨胀,而且由于科学家称之为“暗能量”的某种未知实体,宇宙在每时每刻都在加速膨胀。最流行的解释是,暗能量来自空旷空间中固有的能量,其强度由所谓的“宇宙常数”决定。问题是,大多数计算表明,宇宙常数应该比现在大 120 多个数量级。不知何故,它最终变得非常小——这对我们来说很幸运。如果常数更大,空间会在大爆炸后迅速膨胀,以至于质量永远没有时间凝聚成星系和恒星。如果宇宙常数更小,宇宙早就坍缩了,同样会阻止星系和恒星的形成。事实上,这个常数非常精确地位于理想值,以至于只要改变十万分之 1,就足以确保那些没有感恩节的替代场景之一成为现实。
稳定的质子:中子的质量是质子的 1.00138 倍。这种额外的重量是导致中子衰变为质子、电子和中微子的原因,并阻止了较轻的质子发生任何衰变。事实上,尽管进行了广泛的搜索,但许多实验努力都未能观察到质子衰变。这种稳定性对我们来说是幸运的,因为如果质子和中子质量的比率被改变甚至颠倒,质子就会衰变成中子,从而导致宇宙中没有原子。
恒星核聚变:当我们的宇宙处于婴儿期时,它主要包含氢和氦。直到这些元素聚结形成恒星,恒星核心内部的核聚变炼金术才产生了创造生命所需的更复杂元素。从氢到更重元素的每一步都对所涉及的物理学非常敏感,特别是强力和电磁力。结合原子核的强力必须克服原子核中带正电荷的质子之间的电磁斥力,才能产生稳定的原子。强力强度降低超过 0.5%,或电磁力强度变化超过 4%,都会破坏碳(生命的基石)在恒星内部产生的机会。
金发姑娘恒星:如果引力稍强一些——也就是说,如果常数G稍大一些——所有恒星都会坍缩成较小的红矮星(寒冷、低质量的恒星),这些恒星太冷,无法支持可能孕育类似地球生命的行星。如果G稍弱一些,所有恒星都会膨胀成蓝巨星(炽热、高质量的恒星),这些恒星燃烧的时间太短,生命无法发展。引力仅改变十万分之 1 就会对像太阳这样的恒星造成悲剧。
定律的平衡:科学家还观察到物理定律本身也存在微调——规则,例如引力定律和热力学定律,它们 регулируют 宇宙。比我们的定律更复杂的定律可能会导致宇宙如此混乱,以至于每个恒星和星系似乎都遵守不同的标准。智能生命永远无法在如此宇宙混乱中生存。而更简单的定律可能会导致宇宙如此直接和统一,以至于纯粹的偶然性——例如两个简单的单细胞生物的合并,科学家认为这在 20 亿年前产生了复杂的真核生命——永远不会发生。我们的宇宙微妙地平衡在这两个极端之间。
如此精细调整的宇宙很容易让人得出结论,即宇宙是特殊的,是一种特殊的、不太可能的配置,非常适合恒星、行星和人类等复杂性的出现。但这种观点直接反对哥白尼原则,该原则认为宇宙以及我们在宇宙中的位置远非特殊——它是平庸的。
为了回应这个困境,一些宇宙学家转向所谓的人择原理,该原理认为,表面上为生命进行的微调是一种选择偏差:如果不是这样,我们就不会在这里观察它。另一些人则转向多元宇宙——认为我们的宇宙只是众多宇宙之一,其中无数替代定律是可能的。我们发现自己身处这个宇宙,尽管它不太可能,但这仅仅是因为我们只能在这样的宇宙中诞生。无论我们选择如何解释宇宙明显的微调,这无疑都是一个值得感恩的理由。