天体物理生命存在必要条件

作者:看一望无际的金色稻田 更新时间:2024/5/29 18:37:48 字数:1808

通过天体物理学过程产生生命存在所需要的适当栖身之所(比如存在围绕稳定恒星的行星)的这种创造在某种程度上依赖于基础物理学定律的本质。如果这些定律在广泛意义上是我们现在认为它们所应该是的那样,那么这样的栖身之所要存在,要求包括以下内容:

引力必须产生能够供生命及其能源各自栖居的巨大稳定结构(行星和恒星)。这就要求引力相对于电力要弱很多。电磁力和引力的比率N必须接近于观测值N渐进等于10³⁶。 弱力必须允许氦的合成过程能够留下足够的氢。它通过一个系数10⁻¹¹与引力相联系。为了使其有效,中子—质子质量的差别必须接近于电子质量。 星球的平衡应当允许恒星(比如太阳)的寿命很长,因此也就允许轻元素向重元素的变化。这要求核聚变效能ε渐进等于0.07。 在通过恒星的核相互作用制造重元素时,人们需要克服铍“瓶颈”。恒星中碳和氧的产生要求仔细设置两种不同的核能水平以提供共振。如果这些水平有一点点不同,我们需要用来构成生命的元素就不会存在。(事实上正是在这个基础上霍伊尔预言了著名的碳12能级,后来得到了实验的确证。) 为了构成在空间中传播重元素的超新星爆发的基础,人们需要某种类似于中微子和有着特定对偶常数的弱相互作用的存在,正如行星形成所追求的那样。 核力必须足够弱以使双质子不能存在,否则就不会有质子来使得重元素可以存在。中微子质量必须不能太大,否则宇宙就不能有足够长的寿命。

宇宙学边界/初始条件与适宜条件 最后,假定物理学定律按照前面的内容要求来说是适当的,那么宇宙本身按照它适宜生命存在的初始或者边界条件也必然是适当的。如果物理学定律基本上与我们现在相信的一样,这些宇宙学的要求就包括以下内容。 宇宙的尺度及其年龄必须足够大。可能存在膨胀然后又塌缩的宇宙,其总体寿命只有10,000年。我们需要一个足够老的宇宙,第二代恒星才能存在,然后才会存在有着足够长稳定生命的行星,演化才有可能导致智慧生命的出现。所以宇宙必须有150亿年的寿命来保证生命的存在,从而我们必须有“Ω_matter 渐进等于0.03”。 宇宙学常数的大小必须不能太大,否则星系就不能形成。为了星系的形成,我们需要|ΩΛ|<1。 那些存在于早期宇宙中,稍后会成为银河系中的涨落的种子必须大小合适,以使结构形成而不会塌缩为黑洞:因此描述了最后的散射面上的原始涨落(因此还有微扰宇宙模型的几何)的数字Q必须有的量级:Q渐进等于10-⁵。 如果一系列脆弱的条件得不到保持,人类身体中相互作用系统的复杂性有可能就不能运行。例如,背景辐射可能永远都不会低于3000K,因此物质总是被电离的(电子和原子核总是保持和对方分离),生命的分子也就永远无法形成。黑洞有可能变得如此普遍以至于它们迅速地吸引了宇宙中所有的物质,永远也不会存在一个可供生命发展的稳定环境。宇宙射线有可能永远都大量存在,任何尝试性的组织结构都会在它们得以复制之前就被毁灭。 局域系统必须是不相干的。局域性的概念是基本的,允许局域系统相对于宇宙其余部分的复杂结构独立有效地起作用。我们需要其中的宇宙和星系很大程度上为空的,引力波和潮汐力要足够弱,以便局域系统可以在很大程度上以一种孤立的方式起作用。 夜晚的天空是黑暗的(参考“奥伯斯”佯谬),这是宇宙膨胀和重子吸收光子的结果。这个特征是生命存在的必要条件,地球上的生物圈通过把废弃的能量处理给黑夜天空的冷源而运行。因此,一种解释为什么天空在夜晚看到的是黑暗的的方法是,如果不是这样,我们就不可能在这里观测它。 时间之矢的存在,以及像热力学第二定律那样的定律的存在,对于演化和意识来说可能是必需的。这依赖于宇宙初始和结束时的边界条件。 可能要求经典区域从量子态中的凸显。极早期的宇宙应当是一个量子物理学可以支配的领域,导致了完全的不确定性并且不能预言任何初始态的结果。我们需要这个可以演化为一个态,在其中经典物理学会导致规律的特性和允许秩序出现的可预言性。 行星上的物理条件必须足够长时间地处于半平衡态,以允许我们能够存在的脆弱平衡在经过极其缓慢的演化过程后得以实现。 因此,适当的局域系统作为生命的栖居之所的存在严格地依赖于遥远距离物质的大尺度特性。这提供了一个稳固的局域环境,在其中生命得以发展。

总体上梗概因此,宇宙中的条件能够阻止生命的发生有许多方式。只有在下列条件下生命才可以发生:存在重元素;存在充分的时间使得高级生命形式的演化可以发生;宇宙中存在不过于热也不过于冷的区域;存在支配化学和局域物理学的基本常数的精确限定值,等等。这些条件在一般的宇宙中不会为真

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