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5個你該感謝的物理常數(shù)

每個人都有著個人的原因,要去感謝某人、某事。不過,我們應該首先去感謝那些使我們得以存在的東西。如果這些東西稍有不同,宇宙在大爆炸之后,會很容易會變得瘋狂混亂,或者變得單調乏味,使得我們人類根本無法出現(xiàn)。

太陽、地球和所有生命的出現(xiàn),尤其是智慧生命的出現(xiàn),需要許多僥幸的因素。特別是那些物理常數(shù)——比如光速和萬有引力常數(shù)——它們的數(shù)值好像被精確調整過,正好使得我們得以存在。這些常數(shù)只要發(fā)生輕微的變化,恒星、行星、生命,甚至復雜的原子都可能無法形成。

下面,我們舉例來說一些你該重點感謝的物理常數(shù)。

宇宙的膨脹率

宇宙不僅是在膨脹,而且因為神秘的暗能量的存在,宇宙每時每刻還都在加速膨脹。那么,暗能量是什么呢?根據(jù)最流行的解釋,暗能量起源于真空中固有的能量,其強度由所謂的“宇宙常數(shù)”來表示。問題是,大多數(shù)理論計算表明,宇宙常數(shù)應該是實際大小的10120多倍。不知何故,我們居然幸運地得到了一個很小的宇宙常數(shù)。如果宇宙常數(shù)很大,那么在大爆炸之后,宇宙會一直急速地膨脹下去,里面的物質就沒機會聚集在一起,形成恒星和星系。如果宇宙常數(shù)比現(xiàn)在的還小,那么宇宙很早就會發(fā)生坍縮,最終萬物都會擠壓在一起,這樣恒星和星系也無法形成。事實上,當前宇宙常數(shù)只要改變1053分之一,就足以使我們的宇宙面目全非。

中子與質子的質量比

中子的質量是質子的1.00138倍。這種質量之比使得中子可以衰變?yōu)橘|子,而不是反過來,因為衰變只能從大質量的粒子衰變?yōu)樾≠|量的粒子。事實上,盡管進行了很多次實驗,我們也沒能觀察到哪怕一個質子發(fā)生了衰變。這對我們來說是幸運的,因為如果中子與質子的質量比小于1的話,那么質子就能衰變?yōu)橹凶樱@就會導致宇宙中無法形成原子。

強核力和電磁力的強度

當我們的宇宙處在起步階段時,里面主要的成分是氫和氦,直到這些元素在恒星的內部通過核聚變來產(chǎn)生更為復雜的元素,而出現(xiàn)復雜的元素是創(chuàng)造生命所必需的條件。核聚變的過程對一些物理常數(shù)非常敏感,特別是與強核力和電磁力強度大小有關的常數(shù)。其中,強核力是把質子和中子結合為原子核的力,它必須戰(zhàn)勝帶正電的質子之間的電磁斥力,才能創(chuàng)建出一個穩(wěn)定的原子。如果強核力的強度減少超過0.5%,或電磁力的強度增加超過4%,那么就會破壞恒星內形成碳元素的聚變過程,這樣類似地球的生命就無法出現(xiàn)。

萬有引力常數(shù)

如果萬有引力常數(shù)變大一點,即引力強度變大一點,那么宇宙中的恒星都會是更小的紅矮星(低溫,低質量的恒星),因為恒星長得太大就會因引力而發(fā)生坍縮。但是這樣的恒星太冷了,不足以支持類似地球的生命。如果萬有引力常數(shù)變小一點,那么宇宙中的恒星就會變成巨大的藍超巨星(高熱,大質量的恒星),這樣的恒星燃燒速率太快,壽命太短,生命來不及發(fā)展。事實上,萬有引力常數(shù)只要改變1040分之一,那么我們的太陽就會發(fā)生悲劇。

定律的復雜性

科學家們還發(fā)現(xiàn)物理定律本身也處在一種微妙的平衡之中。如果物理定律比當前的更加復雜,宇宙可能會變得異?;靵y,例如每一顆恒星、行星都遵循自己的一套標準,那么智能生命可能無法在這種混亂中進化出來。而簡單的物理定律可能會導致宇宙過于整齊劃一,那些靠概率出現(xiàn)的事情——比如20多億年前地球上的兩個單細胞生物發(fā)生了合并,科學家認為這導致了復雜的真核生物的出現(xiàn)——可能永遠不會發(fā)生。我們的宇宙正泰然自若地處在這兩個極端之間。

面對這樣一個完美的宇宙,人們很容易得出這樣的結論:宇宙是被精確調整過的,使得恒星、行星以及人類能誕生出來。但這種觀點直接違背了哥白尼原理——宇宙和我們在其中的位置遠談不上特別,而是很普通的。

為了應對這一矛盾,一些宇宙學家提出了所謂的“人擇原理”,認為我們的宇宙之所以看起像是專為我們存在而特別調整過的,其實是一種選擇性偏差:如果不是這樣,我們就不會在這里去觀察這個宇宙。其他的宇宙學家則轉向了多重宇宙這個概念,認為我們的宇宙只是無數(shù)中的一個,每個宇宙都可以有著獨特的物理定律和物理常數(shù)。與人擇原理類似,我們之所以發(fā)現(xiàn)處在這樣的宇宙中,只不過是因為我們只能出現(xiàn)在類似這樣的宇宙之中。

不管我們如何解釋宇宙為何如此特別,感謝這些物理常數(shù)是理所應當?shù)摹K?,讓我們懷著感恩之心面對這個宇宙吧。

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