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我们在多元宇宙中是孤独的吗?

天体生物学家已经开始探索生命是否能在其他宇宙中存在。

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来源:Bruce Rolff/Shutterstock

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人类面临的伟大问题之一是我们是否孤独地存在于宇宙中。事实上,天体生物学家似乎触手可及,能够利用詹姆斯·韦伯太空望远镜等现代天文观测设备,探测到其他“地球”上可能存在的生命迹象。

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现在,一群天文学家通过提出生命是否可能存在于其他宇宙的问题,将这个问题进一步延伸。换句话说,他们想知道我们在多元宇宙中是否孤独。他们已经开发出一种方法来探索这个问题,即考虑在其他宇宙中可能存在的各种条件。

这个问题之所以出现,是因为支配物理定律的基本常数的值似乎是完美地排列,以允许生命出现。

例如,碳原子在恒星内部通过三个氦核聚变形成。但三个粒子同时碰撞似乎非常不可能,碳的形成数量应该非常少。

共振频率

1954年,天文学家弗雷德·霍伊尔推断,既然存在如此大量的碳——地球上的生命就是由碳构成的——那么一定存在一种机制能够促进其在恒星内部的形成。通过这种方式,他预测了著名的霍伊尔共振,该共振将三体碰撞的可能性和碳的丰度提高了几个数量级。物理学家很快开始寻找,并且几乎立即发现了这种共振。

这种共振的奇特之处在于,它之所以可能,仅仅是因为各种基本常数取了精确的值,仿佛它们是为制造碳而微调的一样。

宇宙学家尚未发现任何理由来解释这种微调,这使得他们推测这些常数可能很容易取任何其他值,也许是在其他宇宙中。但正因为如此,在那些地方,人类就不会进化出能够观测到这一点。这被称为人择原理,即人类只能在具有允许这种进化的基本常数的宇宙中进化。

这一切都引出了多元宇宙的概念——即其他宇宙可以存在,其基本常数与我们宇宙中的常数不同。

现在,西雅图蓝 the Marble 天体科学研究所的 McCullen Sandora 和他的同事们询问生命是否可能在任何一个其他宇宙中进化,如果可能,那么什么样的条件能够支持它?

在他们目前的研究中,他们调查了原子核在恒星内部的形成方式,以及恒星在死亡时留下的不同元素的相对比例。这种混合物形成了新一代行星的构建块。

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Sandora 及其同事考察了恒星内部产生的金属量与其他元素之比;霍伊尔共振及其在其他宇宙中可能产生的碳量;以及同位素的稳定性,以了解重要元素在衰变前会存在多长时间。

在每种情况下,团队都会研究在其他宇宙(甚至在我们自己宇宙的其他部分)中,这些属性可以有多少不同,同时仍然允许类似地球的生命出现。

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他们的答案为生命可能出现的地点设定了有趣的限制。他们得出结论,碳含量必须恰到好处——太多或太少都会大大降低生命出现的可能性。“我们的结果表明,富碳或贫碳的行星是不可居住的,”Sandora 及其同事表示。

信息载体

他们说,其他元素的含量不那么重要。“生命对氮的丰度不那么敏感,”他们说。“我们还发现了提示性但非结论性的证据,表明富含金属和贫磷的行星是宜居的。”

Sandora 及其同事的工作是更广泛努力的一部分,旨在绘制出使类似地球的生命成为可能条件的图谱。他们已经研究了能够使光合作用在适当位置的行星上发生的恒星类型,可能形成多少类似地球的行星等等。

这是一个大胆的项目,其预测即使在我们的宇宙中存在其他地方,也很难验证。

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与许多关于地外生命的思考一样,它采用了对生命的狭隘定义,该定义是基于地球上的碳基生命形式。

但对生命的更普遍的定义是可能的。例如,一些研究人员从生命代代相传的信息的角度来思考生命,通过进化过程。从这个意义上说,生命是一个用于存储、处理和传输信息的进化系统。

这带来了对生命的另一种看法。对于手头有时间的宇生生物学家来说,表征可以进行这种信息传输的宇宙可能是一种有用的尝试。


参考:多元宇宙宜居性预测:元素丰度:arxiv.org/abs/2302.10919

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