注定生命出現的物理常數值:宇宙為我們定製?

新浪科技訊 北京時間1月20日消息，據物理學家組織網站報導，將近半個世紀以來，理論物理學家們一直在思考一個似乎有些令人困惑的問題，那就是我們宇宙中的一些基本物理常數的值几乎就像是為了讓生命出現而專門定製的。 粒子物理標準模型中的那些常數導致了宇宙大爆炸中氫原子核的形成，然后在早期快速誕生的大質量恆星內部合成了碳原子和氧原子，並伴隨超新星爆發散佈到宇宙 空間中去。這些過程最終為太陽系和行星的出現奠定了基礎，讓在其中的一顆行星上出現以碳元素為基礎，依賴水和氧氣生存的生命成為了可能。

最早生這樣一種想法，即認為物理學以及宇宙的演化都遵循人擇原理的人是英國劍橋大學的天體物理學家布蘭頓·卡特爾(Brandon Carter)，當時他還是一名博士后研究員，隨后這一想法得到了劍橋大學的史蒂芬·霍金教授以及全球各地大批物理學家們的廣泛探討。

德國學者沃爾夫岡·梅納(Ulf-G Mei？ner)是德國波恩大學亥姆霍茲研究所理論核物理首席研究員，他為人擇原理提供了更多的證據。

在一篇名為《核物理中的人擇思考》的研究論文中，梅納教授對人擇原理在天體物理學以及粒子物理學中的體現進行了論述，這篇文章刊載於北京出版的《科學通報》(Science Bulletin)上。在這篇論文中，梅納教授寫道：“人們可以通過一些具體的機制過程，比如元素的生過程，來對這種相對抽象的論述進行物理學檢驗。”

他：“這就需要利用超級計算機，我們在其中對世界進行模擬，並允許我們採用不同於真實世界中的一些基本物理學參數。具體到某個物理學問題，比如我想知道大爆炸中輕元素的生對輕夸克的質量變化是否敏感；另外，在3-α過程中諧振狀態的穩定性如何？”

布蘭頓· 卡特爾最初設想的理論是這樣的：“我們的宇宙(同時也包括那些其賴以存在的基本物理常數)必須允許觀察者在某一階段出現。”史蒂芬·霍金教授是宇宙大爆炸 和宇宙膨脹方面的專家，他在一系列的專著和論文中介紹和拓展了這一思想。比如在他的暢銷書《時間簡史》中，霍金教授總結了一系列看上去支持人擇原理的天體 物理學現象和常數，並提問道：“為何宇宙以這樣接近於介於坍塌和永遠膨脹模型的臨界膨脹速率開始並膨脹下去，即便是在今天，在經過100億年之后，仍然在以几乎臨界速率膨脹？假如大爆炸之后一秒鐘時的宇宙膨脹速率哪怕小上一億億分之一，那麼我們的宇宙早在變成今天的大小之前便已經重新陷入塌縮。”

梅納教授在論證其觀點時寫道：“我們所生活其中的宇宙是由一些特定的參數定義的，這些參數取得某些特定的值，使其似乎專為生命而定製，其中也可能包括地球上的生命。”

他 指出：“比如，宇宙的年齡必須足夠大，從而可以允許星系，恆星和行星，以及第二代和乃至第三代恆星的形成，這些形成時間較晚的恆星體系吸收了由此前已經 消亡的更早的恆星在太空中散播的碳和氧元素。而從更加微觀的角度來，粒子物理標準模型中輕夸克質量的某些基本參數或電磁精細結構常數的取值也必須允許中 子，質子和原子核的形成。”

宇宙大爆炸核合成機制僅僅生了氫原子核以及α粒子(氦核)，而那些被普遍認為屬於生命必須元素的物質，如碳和氧都是在后來才由亮度和質量巨大，因此壽命也非常短促的早期恆星在其內部經由核合成機制生，並以超新星爆發的形式散佈到宇宙空間當中。

在德國於利希研究中心JUQUUEN超級計算機上進行的一系列計算機模擬中，梅納教授和同事們將自然界中輕夸克的質量數值進行了更改，以驗證這一數值發生多大程度的變化將會導致大質量恆星內部碳和氧元素的合成過程受阻。最終他們得到的結果是，輕夸克質量上2~3%的變化將不會對大質量恆星內部碳和氧元素的合成造成災難性的影響。

而在宇宙的開端，當大爆炸發生併產生元素周期表上最初開頭的兩個元素之時情況則有所不同。梅納教授表示：“從觀測到的元素豐度到自由中子的衰變周期大約為882秒這一事實，大部分倖存下來的中子都會被氦核捕獲。你會發現這裏對輕夸克的質量變動有一個嚴格的限定。”他：“這種嚴格的限定似乎可以被視作是宇宙人擇原理的一項支持證據。很顯然，我們可以設想存在很多個宇宙，在每一個宇宙中基本參數都有不同的取值，從而導致其中的環境大大不同於我們所在的宇宙。”

史蒂芬·霍金教授指出，即便是基本物理學參數上發生非常微小的變化也會導致這種多重宇宙中出現“完全不同的宇宙，即便它非常美麗，但毫無疑問，我們中的任何人都將無法欣賞這種美”。

梅納教授對此表示贊同：“那樣的話，就明我們所在的宇宙似乎是對我們友好的，而這正是人擇原理的基礎。”(晨風)