我们的宇宙就是全部,还是可能还有更多? 我们的宇宙只是一个包罗万象的多元宇宙中无数的宇宙之一吗?
如果存在其他宇宙,它们会是什么样子? 它们适合居住吗?
这可能感觉像是猜测堆积如山,但它并不像你想象的那么疯狂。
我和我的同事一直在探索多元宇宙的其他部分可能是什么样子? 这些假设的邻近宇宙可以告诉我们什么使生命成为可能的条件以及它们是如何产生的。
假设宇宙
一些物理学家抗衡宇宙黎明时爆发的快速膨胀(称为通货膨胀)使得某种形式的多元宇宙不可避免。 我们的宇宙实际上只是众多宇宙之一。
在这个理论中,每个新宇宙都是从沸腾的膨胀背景中结晶出来的,并带有其独特的物理定律组合的印记。
如果与我们类似的物理定律支配着其他宇宙,那么我们就可以应对它们。 嗯,至少在理论上是这样。
在我们的宇宙中,物理学受到告诉我们事物如何相互作用的规则以及决定这些相互作用强度的自然常数(例如光速)的支配。
因此,我们可以想象假设的“假设”宇宙,在其中我们改变这些属性并探索数学方程中的后果。
这听起来可能很简单,但我们修改的规则是宇宙的基本构成。 如果我们想象一个宇宙,其中的电子比我们的宇宙重一百倍,那么它会对恒星、行星甚至生命产生什么后果?
生活需要什么?
我们最近在一系列论文中解决了这个问题,其中我们考虑了多元宇宙的可居住性。 当然,宜居性是一个复杂的概念,但我们认为生命需要一些精选的成分才能正常运转。
复杂性是这些因素之一。 对于地球上的生命来说,这种复杂性来自元素周期表中的元素,这些元素可以混合并排列成无数不同的分子。 我们是活的分子机器。
但稳定的环境和源源不断的能量也是必不可少的。 毫不奇怪,地球生命始于一颗岩石行星的表面,拥有丰富的化学元素,沐浴在一颗长寿稳定恒星的光芒下。
调整基本力量
多元宇宙范围内是否存在类似的环境? 我们开始了我们的理论探索丰富的化学元素。
在我们的宇宙中,除了原始氢和氦是在宇宙中形成的,所有元素都是通过恒星的生命而产生的。 它们要么是通过恒星核心的核反应产生的,要么是在超新星的极度暴力中产生的,当一颗巨大的恒星在其生命的尽头将自己撕裂时。
所有这些过程都由在宇宙中。 引力挤压恒星核心,使其达到极高的温度和密度。 电磁力试图迫使原子核分开,但如果它们足够接近,强核力可以将它们结合成新元素。 即使是可以将质子转变为中子的弱核力,在恒星熔炉的点火中也发挥着重要作用。
电子和夸克等基本粒子的质量也可以发挥关键作用。
因此,为了探索这些假设的宇宙,我们有许多可以调整的刻度盘。 基本宇宙的变化会影响到物理学的其余部分。
碳氧平衡
为了解决这个问题的巨大复杂性,我们将物理的各个部分切成可管理的块:星星和气氛,行星和板块构造, 这生命的起源, 和更多。 然后我们将这些块拼凑在一起,讲述一个关于多元宇宙宜居性的整体故事。
一幅复杂的画面出现了。 有些因素可以强烈影响宇宙的宜居性。
例如,碳与氧的比例(由恒星中心的特定核反应链决定的)似乎特别重要。
如果这两种元素的含量与我们宇宙中的值相差太远,就会导致生命极难出现和繁荣的环境。
但其他元素的丰度似乎不太重要。 只要它们是稳定的(这确实取决于基本力量的平衡),它们就可以在生命的组成部分中发挥关键作用。
更复杂的探索
我们只能采取粗略的方法来解开多元宇宙的可居住性,以非常离散的步骤对可能性空间进行采样。
此外,为了使问题易于管理,我们必须采取一些理论上的捷径和近似值。 因此,我们仅处于了解多元宇宙生命条件的第一步。
在接下来的步骤中,需要考虑其他宇宙的替代物理学的全部复杂性。 我们需要了解小尺度上基本力的影响,并将其推断到大尺度上,即恒星乃至行星的形成。
一句警告
多元宇宙的概念仍然只是一个假设,一个尚未得到检验的想法。 事实上,我们还不知道这是否是一个可以测试的想法。
我们不知道多元宇宙中的物理定律是否会有所不同,如果是的话,它们会有多大的不同。
我们可能正处于一段旅程的开始,这将揭示我们在无限中的最终位置? 否则我们可能会走向科学的死胡同。