一篇新论文提出了我们可以测试人择原理的方法,或者宇宙是否已经为生命进行了“微调”。令人惊讶的是,这个古老问题可能在很短的时间内得到答案。
物理学中存在一个问题(或者对于热爱生命的人来说没有问题),因为宇宙似乎对生命(至少是我们在地球上发现的那种生命)的出现和繁荣进行了微调。
如果重力比实际情况弱得多(而且它是,只要问任何磁铁),恒星和行星就不会形成。如果它稍微弱一点,或者电磁力稍微强一点,恒星就会更冷,不会爆炸产生生命存在所需的较重元素。还有无数其他例子。只要稍微改动一下物理学的数值,这个宇宙中我们所知道的生命就不会存在。
物理学家保罗·戴维斯(Paul Davies)有句名言:“‘生命在刀锋上保持平衡’这句陈词滥调是令人震惊的轻描淡写。”写了问题。 “宇宙中没有一把刀能拥有如此锋利的刀刃。”
当然,科学家和哲学家尝试以不同的方式解决这个问题。你可能会说宇宙并不是真正适合生命存在。也许如果常数不同,就会出现一种不同的生命(通过不同的流程)来询问为什么宇宙似乎对其存在进行了如此精细的调整。
一种想法是提出这样一个问题:“为什么宇宙对我们如此精细地调整?”是一种幸存者偏差,或观察者选择效应,有时称为人择原理。
“假设生命和智慧的进化需要一系列极不可能的巧合:行星与银河生命带中异常稳定的恒星的距离恰到好处,有稳定的卫星和彗星偏转的木星,恰到好处的化学多样性,产生细胞的极其不可能的化学巧合,一长串低概率的进化步骤,导致一个通才物种在环境条件下被迫成为一个超级通才智能物种,”写未来研究所的安德斯·桑德伯格。 “然而,宇宙中的每一个智慧物种都会有这些巧合。相反,知道我们的存在并不能告诉我们智慧是否普遍。”
简而言之,任何观察者都会发现自己处于一个似乎适合他们的宇宙中。如果条件不合适,他们就活不下去。他们还活着,所以生存的条件一定是合适的。这个想法的延伸表明我们只是处于一个各种常数有许多可能的值,并且位于生命可能存在的部分。
这是一个很难测试的想法,但是根据一篇新论文,这是可能的,而且我们很快就会得到答案。
作者重点研究了暗物质,根据标准的暗能量/冷暗物质物理学模型,暗物质是构成宇宙大部分物质的神秘物质。到目前为止,对暗物质的探索已经产生了符合要求的零粒子。
关于暗物质的一种想法是弱相互作用大质量粒子(WIMP)。这个想法之所以受到青睐,是因为它是由超对称性,并且预计其产生的数量足以解释宇宙诞生时的观测结果。因此,它们的存在不需要人择原理来解释为什么它(和我们)在这里。
然而,我们还没有发现具有预测能量的弱相互作用粒子,物理学家越来越多地转向轴子和“模糊轴子”作为替代解释。最初提出是为了解释电荷宇称不守恒(或 CP 不守恒),并且预计非常轻。
如果它们确实构成了暗物质,预计它们是在早期宇宙的“大规模膨胀”期间以特定质量产生的。如果发现轴子暗物质,或者通过即将进行的观测发现它的迹象,我们可以将其视为对人择原理的检验。
“关键是,大规模膨胀和质量 m > 10-19 eV 的超轻轴子的存在意味着暗物质‘一定’是轴子:对于典型的初始条件,我们最终会得到太多的轴子。加州大学戴维斯分校物理与天文学系的物理学家内马尼亚·卡洛珀 (Nemanja Kaloper) 在一份报告中解释道:陈述。
“为了发现轴子不是暗物质,我们推断初始条件不仅不可能(可以通过人为固定)而且极不可能,这实际上甚至不属于人为推理的范围。”
虽然发现暗物质的可能性似乎不大——毕竟我们已经寻找了一段时间——即将由日本于 2032 年发射的用于 B 模式偏振研究的 Lite 卫星 (LiteBIRD) 可以提供证据,或者违反人择原理。
卡洛珀解释说:“LiteBIRD 卫星有可能发现接近当前极限的原始重力波,这与大规模膨胀相匹配。” “大多数宇宙学家会认为这证实了大规模的通货膨胀。”
“我们也有可能通过调查宇宙中的超大质量黑洞来发现超轻轴子的迹象。轴子影响黑洞的自旋质量比,这是可以观察到的,”卡洛珀继续说道。 “最后,未来的直接暗物质搜索有可能发现暗物质主要不是由超轻轴子组成。在这种情况下,我们认为人择原理失败了。”
该研究将发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上,预印本可在arXiv。