5個(gè)你該感謝的物理常數(shù)

赤緯

每個(gè)人都有著個(gè)人的原因，要去感謝某人、某事。不過(guò)，我們應(yīng)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(huì)很容易會(huì)變得瘋狂混亂，或者變得單調(diào)乏味，使得我們?nèi)祟惛緹o(wú)法出現(xiàn)。

太陽(yáng)、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(wàn)有引力常數(shù)——它們的數(shù)值好像被精確調(diào)整過(guò)，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(fù)雜的原子都可能無(wú)法形成。

下面，我們舉例來(lái)說(shuō)一些你該重點(diǎn)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?yàn)樯衩氐陌的芰康拇嬖?，宇宙每時(shí)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(qiáng)度由所謂的“宇宙常數(shù)”來(lái)表示。問(wèn)題是，大多數(shù)理論計(jì)算表明，宇宙常數(shù)應(yīng)該是實(shí)際大小的10120多倍。不知何故，我們居然幸運(yùn)地得到了一個(gè)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(huì)一直急速地膨脹下去，里面的物質(zhì)就沒(méi)機(jī)會(huì)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(huì)發(fā)生坍縮，最終萬(wàn)物都會(huì)擠壓在一起，這樣恒星和星系也無(wú)法形成。事實(shí)上，當(dāng)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(zhì)子的質(zhì)量比

中子的質(zhì)量是質(zhì)子的1.00138倍。這種質(zhì)量之比使得中子可以衰變?yōu)橘|(zhì)子，而不是反過(guò)來(lái)，因?yàn)樗プ冎荒軓拇筚|(zhì)量的粒子衰變?yōu)樾≠|(zhì)量的粒子。事實(shí)上，盡管進(jìn)行了很多次實(shí)驗(yàn)，我們也沒(méi)能觀察到哪怕一個(gè)質(zhì)子發(fā)生了衰變。這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是幸運(yùn)的，因?yàn)槿绻凶优c質(zhì)子的質(zhì)量比小于1的話，那么質(zhì)子就能衰變?yōu)橹凶?，這就會(huì)導(dǎo)致宇宙中無(wú)法形成原子。

強(qiáng)核力和電磁力的強(qiáng)度

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

萬(wàn)有引力常數(shù)

如果萬(wàn)有引力常數(shù)變大一點(diǎn)，即引力強(qiáng)度變大一點(diǎn)，那么宇宙中的恒星都會(huì)是更小的紅矮星（低溫，低質(zhì)量的恒星），因?yàn)楹阈情L(zhǎng)得太大就會(huì)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(wàn)有引力常數(shù)變小一點(diǎn)，那么宇宙中的恒星就會(huì)變成巨大的藍(lán)超巨星（高熱，大質(zhì)量的恒星），這樣的恒星燃燒速率太快，壽命太短，生命來(lái)不及發(fā)展。事實(shí)上，萬(wàn)有引力常數(shù)只要改變1040分之一，那么我們的太陽(yáng)就會(huì)發(fā)生悲劇。

定律的復(fù)雜性

科學(xué)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(dāng)前的更加復(fù)雜，宇宙可能會(huì)變得異常混亂，例如每一顆恒星、行星都遵循自己的一套標(biāo)準(zhǔn)，那么智能生命可能無(wú)法在這種混亂中進(jìn)化出來(lái)。而簡(jiǎn)單的物理定律可能會(huì)導(dǎo)致宇宙過(guò)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(gè)單細(xì)胞生物發(fā)生了合并，科學(xué)家認(rèn)為這導(dǎo)致了復(fù)雜的真核生物的出現(xiàn)——可能永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。我們的宇宙正泰然自若地處在這兩個(gè)極端之間。

面對(duì)這樣一個(gè)完美的宇宙，人們很容易得出這樣的結(jié)論：宇宙是被精確調(diào)整過(guò)的，使得恒星、行星以及人類能誕生出來(lái)。但這種觀點(diǎn)直接違背了哥白尼原理——宇宙和我們?cè)谄渲械奈恢眠h(yuǎn)談不上特別，而是很普通的。

為了應(yīng)對(duì)這一矛盾，一些宇宙學(xué)家提出了所謂的“人擇原理”，認(rèn)為我們的宇宙之所以看起像是專為我們存在而特別調(diào)整過(guò)的，其實(shí)是一種選擇性偏差：如果不是這樣，我們就不會(huì)在這里去觀察這個(gè)宇宙。其他的宇宙學(xué)家則轉(zhuǎn)向了多重宇宙這個(gè)概念，認(rèn)為我們的宇宙只是無(wú)數(shù)中的一個(gè)，每個(gè)宇宙都可以有著獨(dú)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(guò)是因?yàn)槲覀冎荒艹霈F(xiàn)在類似這樣的宇宙之中。

不管我們?nèi)绾谓忉層钪鏋楹稳绱颂貏e，感謝這些物理常數(shù)是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?。所以，讓我們懷著感恩之心面?duì)這個(gè)宇宙吧。