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我们的宇宙为什么必须是这样?

2019-11-30来源:小王聊社会

在其他宇宙中恒星会是什么样子?在放射性衰变背后的力量比我们的宇宙更强或更弱,科学家们现在发现这样的恒星系统可能经常是我们所知道的适合生命生存的地方。我们宇宙中的物理定律包括许多基本常数,例如光速。然而许多科学模型允许存在一个被称为多元宇宙的宇宙集合,其中可能包括物理定律不同的地方。许多研究人员以前曾提出,物理定律中足够大的变化将导致无限的宇宙,因此基本常数中只有很小的差别是允许的。为了进一步验证这一观点,天体物理学家研究了核力可能不同的宇宙,并推测了这些不同地方的潜在宜居性。

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研究的主要作者、密歇根大学安娜堡分校的理论天体物理学家亚历克斯·豪(Alex Howe)说:我们不知道是否还有其他宇宙存在,如果它们存在,几乎肯定无法观测到。尽管如此,通过这个思想实验,正在帮助回答一个基本的问题——我们的宇宙是否必须是现在这个样子,或者为什么必须是这样?

通过这样,我们可以更多地了解我们自己的宇宙。科学家们关注弱相互作用,也被称为弱力和弱核力。这种力导致放射性衰变——例如,它导致中子衰变为质子、电子和电子反中微子的电中性粒子。科学家测量宜居性的一个关键方法是估计这些宇宙中的世界是否能在其表面容纳液态水。

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拥有不同物理常数的其它宇宙中的恒星是否仍然拥有可能适宜居住的行星?图片:NASA

在地球上任何有液态水的地方都有生命存在,因此寻找地球以外的生命往往聚焦于水。先前的研究发现,一个完全没有弱力的宇宙仍然可以居住。在这项新研究中,研究人员研究了弱力仍然存在但比我们宇宙弱的情况,以及弱力更强的情况。在弱力更强的宇宙中,中子衰变速度更快,因此在这种情况下,早期宇宙几乎没有氦。当涉及到宇宙中水的水平时,这是没问题的,因为水是由氢和氧组成。在弱力较弱的宇宙中,中子衰减较慢,导致更多的氦。为了让任何氢在不被更大的原子核吸收的情况下存活下来,科学家们发现一个不同的基本常数必须更小。换句话说,重子(包括质子和中子)与光子(光的组成部分)的比值必须缩小。

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弱力还在恒星如何将氢聚变为氦原子中起作用,氦原子会影响明亮、炽热、大而长寿的恒星。此外,弱力还控制着中微子与普通物质相互作用的频率,这反过来又影响着恒星内部能量的流失。弱力较弱的宇宙会有更多氘的恒星,氘是一个氢原子,原子核内有一个额外的中子。在我们的宇宙中,富含氘的恒星会比同等的恒星更大、更亮、更红,就像我们宇宙中的巨型恒星一样。具有较强弱力的宇宙会有更多氦-3的恒星,氦-3是一种氦原子,原子核中缺少一个中子。在我们的宇宙中,这些恒星会比同等大小的恒星稍微亮一些,直径也会大一些,寿命也会稍微短一些,尽管它们的温度也差不多。

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研究人员称,尽管这些宇宙中的恒星与我们的有些不同,但它们相似的表面温度、亮度、直径和寿命意味着,对于弱力来说,这些宇宙在各种力量的作用下仍可能适合居住。在大多数可能的宇宙中,恒星仍然以这样或那样的方式运行。在许多可能的宇宙中,恒星的生命周期甚至会比我们的更复杂,或者对生命更有利。最重要的是,宇宙有许多不同的方式可以运行,并仍然支持生命,而不仅仅是我们自己的物理。未来的研究可以研究具有不同强度的强核力宇宙。强核力是粒子之间已知的最强的力,它将原子核中的质子结合在一起,尽管它们相互排斥,其该研究发现发表在《物理评论D》上。

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参考期刊文献 :《物理评论D》

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