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文章标题:宇宙的六个神奇数字,它能决定这个宇宙是否能永远继续下去

添加时间:2019-08-12 07:52:58

宇宙的六个神奇数字,它能决定这个宇宙是否能永远继续下去

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数学定律是宇宙存在的基础支柱。

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我在这里所说的宇宙不仅是原子,还包括了星系、星球及人类。原子的性质——也就是指它们的大小、质量、种类以及把它们结合在一起的力——决定了我们生活其中的世界的化学性质。原子之所以能存在,就是依赖深藏于它们之中的力与粒子。

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天文学家研究的天体——行星、星球及星系等,都受到重力的控制、管辖。每一件事物都在扩张中的宇宙舞台上演出,但是在大爆炸最初发生的时候,这个舞台的属性就已经铭刻于内了。

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科学的进展,在于找寻出自然界中的模式及规律性,并以此把愈来愈多的现象归纳在一般的类别与定律之内。理论家的目标是,把物理定律的精髓浓缩进一组只有少数数字的统一方程式中。他们还有不少路要走,可是进展却相当惊人。

六个数字

这里我来描述六个现在看来特别重要的数字:其中两个牵涉到基本的力;另两个数字定出我们宇宙的大小与整体的结构,并决定这个宇宙是否能永远继续下去;还有两个数字则决定空间的性质。

1、N。宇宙这么广大的原因就在于自然界中的关键性大数字N,它的值为10

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2、ε。另一个数字ε,值约为0.007,它决定了原子核被拘束的紧密程度,以及地球上的原子是如何制造出来的。它的值不但控制太阳能量释放的功率,而且对恒星如何把氢迁变成周期表中所有元素的影响更大。在我们的宇宙中,碳与氧较为普遍,而金和铀则相对稀少,原因在于恒星中发生的事。如果ε的值是0.006或0.008,我们就不可能存在了。

3、Ω。Ω量度的是我们宇宙中物质的含量,如星系、弥漫气体以及暗物质。它描述了宇宙中重力和扩张能之间的相对重要性。如果相对临界值来说这个比率太大,宇宙早就已经塌缩了;如果太小,星系及星球则无从形成出来。这样看来,宇宙一开始的扩张速率似乎就受到很精密的调整。

宇宙的六个神奇数字,它能决定这个宇宙是否能永远继续下去4、λ。我们能量度的第四个数字λ,是1998年科学界最大的新闻。这是未曾预期到的一种新的力——宇宙反重力,它管辖宇宙的扩张。虽然在小于10亿光年的距离内,它没有任何能被观测出的效应;但在我们的宇宙变得更暗淡及更空虚时,它注定会比重力及其他的力更为重要。对我们来说很幸运(但对理论家来说很惊奇)的是,λ的值很小,否则后果就是阻止星球及星系的形成。也就是说,宇宙的演化在尚未开始时就会被遏止了。

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5、Q。所有宇宙结构,包括星球、星系及星系团等,它们的种子在大爆炸的时候就都被种下了。我们宇宙的结构就依赖Q这个数字,它代表的是两种基础能量的比率,值约为十万分之一。如果Q的值比现在小许多,宇宙就没有生气,也没有结构(如星系等);如果Q的值再大许多,宇宙就会变成极端险恶的地方,没有星球或太阳系可以幸存,整个宇宙都会被巨大的黑洞占满。

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6、D。许多世纪以前,我们就已经知道这第六个关键性的数字,但直到现在我们才以新的视角来审视它。这个数字就是我们空间的维数D,它的值等于3。如果D的值为2或4,生命就不可能存在。现在普遍认为时间是第四维,可是它和其他的维度断然不同,因为它有方向,也就是说我们只能朝未来移动。在黑洞的附近,空间被扭曲到使得光能绕圆圈走,从而让时间留驻。再者,在宇宙诞生之初以及在微观世界中,空间的构造有可能显示出更深远的潜在结构——在十维空间的舞台上物体的振动及谐振,这称为超弦。

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也许在这些数字之间有某种关联。可是此时,我们无法从这些数字中预测出其他任何数字,我们也不知道是否有“万有理论”最终能把这些数字用一个公式联在一起,或者用这个公式可以独一无二地确定某个数字的值。我特别强调这六个数字,是因为在我们的宇宙中,每个数字都有它独特及关键性的角色,而且它们一起决定了宇宙如何演化;再者,只有在最近,我们才开始对其中的三个数字(和宇宙的大规模构造有关)进行精确的量度。

这六个数字构成了制造宇宙的“秘方”。宇宙的演化过程很容易受到这些数字的影响,如果其中的一个数字没有调好,就没有星球出现,也没有生命。这些调整是非理性的事实,还是一种巧合?或者是慈善的创世者的美意?我的意见是二者皆非。很可能存在有无限个宇宙,但这六个数字的数值各不相同。大多数的这种宇宙可能都已成为死胎,或无生命存在,我们只能在有“恰好组合”的宇宙中出现(因而我们现在很自然地在这里出现)。这种认知能给我们带来对于我们的宇宙、我们在这宇宙中的地位以及对物理定律本质的新看法。

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如果宇宙中这六个数字经过适度的调整,扩张宇宙就能演化为现在这样错综复杂、具有系统组织的宇宙。令人惊奇的是,它的始点却能简单到只用几个数字来阐明。让我们把这个舞台的场景布置好,先从原子到星系看一看各种不同尺度中的结构


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