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如果有多元宇宙,那么那里也会有生命吗?

发布时间:2019-03-20 14:42:51  作者:宇宙探索  来源:宇宙探索  阅读:94

    如果有多元宇宙,那么那里也会有生命吗?
      多元宇宙理论是宇宙学和理论物理学中一个由来已久的概念,它指出宇宙可能有多个,甚至无限多个。虽然这个术语可以追溯到19世纪末,但这一理论的科学基础来源于量子物理学和对黑洞、奇点等宇宙学力量的研究,以及大爆炸理论产生的问题。
      当谈到这一理论时,最紧迫的问题之一是生命是否可以存在于多个宇宙中。如果物理定律确实从一个宇宙到另一个宇宙会改变,这对生命本身意味着什么呢?根据一组国际研究人员的新系列研究,生命可能在整个多元宇宙中是常见的(如果它确实存在的话)。
      这些研究题为“暗能量对星系形成的影响,我们的宇宙的未来是什么?”和“星系形成的效率和宇宙常数的多元宇宙解释与EAGLE模拟”,最近出现在皇家天文学会的月刊上。前一项研究是由达勒姆大学计算宇宙学研究所的研究生杰米·萨尔迪多(Jaime Salcido)领导的。
      后者由悉尼大学悉尼天文研究所的约翰·坦普尔顿研究员卢克·巴恩斯(Luke Barnes)领导。这两个小组包括来自西澳大利亚大学国际射电天文研究中心、利物浦约翰摩尔大学天体物理学研究所和莱顿大学莱顿天文台的成员。
      研究小组一起试图确定宇宙的加速膨胀是如何影响我们宇宙中恒星和星系形成的速度的。这加速了膨胀率,这是宇宙的λ-冷暗物质(Lambda-CDM)模型的一个组成部分,它产生于爱因斯坦广义相对论所提出的问题。
      由于爱因斯坦的场方程,物理学家了解到宇宙自大爆炸以来要么处于膨胀状态,要么处于收缩状态。1919年,爱因斯坦提出了“宇宙学常数”(以λ为代表),这是一种“抑制”引力效应的力,从而确保宇宙是静态的和不变的。
      此后不久,当埃德温·哈勃(Edwin Hubble)基于其他星系的红移测量,揭示宇宙确实处于膨胀状态时,爱因斯坦撤回了这个建议。爱因斯坦甚至宣称宇宙常数是他职业生涯中“最大的错误”。然而,20世纪90年代后期对宇宙膨胀的研究使他的理论得到了重新评价。
    如果有多元宇宙,那么那里也会有生命吗?
      对冷暗物质(LCDM)宇宙模型的想象。
      简言之,正在进行的对大规模宇宙的研究表明,在过去50亿年中,宇宙膨胀加速了。因此,天文学家们开始假设存在一种神秘的、无形的力量来驱动这种加速。通常被称为“暗能量”,这种力也被称为宇宙学常数(CC),因为它负责抵消引力的影响。
      从那时起,天体物理学家和宇宙学家就一直在试图了解暗能量是如何影响宇宙演化的。这是一个问题,因为我们现在的宇宙学模型预测,在我们的宇宙中一定有更多已经被观测到的暗能量。然而,考虑到更多的暗能量会导致如此迅速的膨胀,在任何恒星、行星或生命形成之前,它会稀释物质。
      因此,在第一项研究中,萨尔迪多和他们的团队试图确定更多暗能量的存在是如何影响我们宇宙中恒星形成的速度的。为此,他们使用EAGLE(星系及其环境的演化与聚集)项目进行了流体力学模拟,这是对观测到的宇宙最真实的模拟之一。
      利用这些模拟,研究小组考虑了过去138亿年和未来138亿年中暗能量(以其观测值计算)对恒星形成的影响。在此基础上,研究小组开发了一个简单的分析模型,指出尽管宇宙膨胀速度不同,暗能量对宇宙中恒星形成的影响却微乎其微。
    如果有多元宇宙,那么那里也会有生命吗?
      大爆炸的时间线与宇宙扩张
      进一步表明,只有当宇宙已经产生了大部分恒星质量并且只导致恒星形成的总密度降低约15%时,λ的影响才变得显著。正如萨尔西多在达勒姆大学的新闻稿中所解释的那样:
      “对于许多物理学家来说,宇宙中无法解释但似乎特殊的暗能量是一个令人沮丧的谜题。我们的模拟表明,即使宇宙中有更多或极少的暗能量,它对恒星和行星形成的影响也是微乎其微的,从而提高了生命存在于多元宇宙中的可能性。”
      在第二项研究中,研究小组使用了EAGLE合作的相同模拟来研究不同程度的宇宙学常数(CC)对星系和恒星形成的影响。这包括模拟具有λ值的宇宙,这些宇宙的λ值是在我们的宇宙中观测到的当前值的0到300倍。
      然而,由于宇宙的恒星形成率在加速膨胀开始前大约35亿年(约85亿年前和大爆炸后的53亿年)达到峰值,宇宙学常数(CC)的增加对恒星形成速率的影响很小。
      综合起来,这些模拟表明,在一个多元宇宙中,物理定律可能会有很大的不同,更多暗能量宇宙加速膨胀的影响不会对恒星或星系的形成速度产生重大影响。这反过来又表明,在多元宇宙中的其他宇宙将和我们自己的宇宙一样适合居住,至少在理论上是这样。正如巴恩斯博士解释的那样:
      “多宇宙先前被认为是用来解释暗能量的观测值的门票,我们有一张幸运的票,生活在宇宙中,形成了美丽的星系,就像我们所知道的那样,它允许生命存在。我们的工作表明,我们的票似乎有点太幸运了,可以这么说,它比生命中需要的更特别。这是多元宇宙的一个问题,谜题依然存在。”
      然而,研究小组的研究也对多元宇宙理论解释我们宇宙中暗能量观测值的能力产生了怀疑。根据他们的研究,如果我们生活在一个多宇宙中,我们将会观察到比我们多50倍的暗能量。尽管他们的结果并不排除多元宇宙的可能性,但我们所观察到的极少量暗能量更好地由尚未发现的自然规律的存在来解释。
      正如达勒姆大学计算宇宙学研究所的一位成员、该论文的合著者理查德·鲍尔教授解释的那样:
      “宇宙中恒星的形成是引力的吸引和暗能量的排斥之间的斗争。我们在我们的模拟中发现,比我们的暗能量更大的宇宙能够愉快地形成恒星。那么,为什么我们宇宙中有如此微弱的暗能量呢?我认为我们应该寻找一种新的物理定律来解释我们宇宙的这种奇怪特性,而多元宇宙理论对拯救物理学家们的援救作用不大。”
      这些研究是及时的,因为它们紧跟史蒂芬·霍金的最终理论,后者对多元宇宙的存在产生了怀疑,并提出了一个有限而合理光滑的宇宙。基本上,这三项研究都表明,关于我们是否生活在一个多元宇宙以及暗能量在宇宙进化中的作用的争论还远未结束。但我们可以期待下一代的任务为未来提供一些有用的线索。
      这些包括詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST),宽视场红外测量望远镜(WFIRST),和地面天文台,如平方公里阵列(SKA)。除了研究太阳系中的系外行星和天体外,这项任务还将致力于研究第一批恒星和星系是如何形成的,并确定暗能量所扮演的角色。