物理学家长期以来一直在努力解决这样一个问题：为什么宇宙能够支持智慧生命的进化？许多力和粒子的值，由大约30个所谓的基本常数表示，似乎都完美地排列在一起，使其成为可能。
以万有引力为例。如果它弱得多，物质将难以聚集在一起形成恒星、行星和生物。如果它强得多，也会产生问题。为什么我们如此幸运？
物理学家约翰皮科克和卢卡斯隆布里瑟最近发表的研究表明，我们的宇宙可能不是为生命量身定制的。事实上，我们可能并不居住在最可能产生生命的宇宙中。
我们特别研究了智慧生命的出现是如何受到宇宙中“暗能量”密度的影响的。这表现为一种加速宇宙膨胀的神秘力量，但我们仍然不知道它是什么。
令人鼓舞的是，我们仍然可以测量它。而令人沮丧的是，观测到的值比我们从理论上预期的要小得多。这个谜题是宇宙学中最大的未解问题之一。然而，也是我们研究的主要动力。
人类推理
我们测试了“人类推理”是否可以提供一个合适的答案。人类学推理是这样一种观点:我们可以从我们人类存在这一事实推断出宇宙的属性。在80年代末，诺贝尔物理学奖得主史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）讨论了一种可能的人类解决方案，以测量暗能量密度的值。
温伯格推断，更大的暗能量密度会加速宇宙的膨胀。这将抵消引力将物质聚集在一起形成星系的努力。星系越少，宇宙中的恒星就越少。恒星对于我们所知的生命的出现是必不可少的，所以过多的暗能量会抑制像人类这样的智慧生命出现的几率。
温伯格随后考虑了一个由不同可能宇宙组成的“多元宇宙”，每个宇宙都有不同的暗能量含量。宇宙暴胀是宇宙历史早期加速膨胀的一个时期。
温伯格提出，多元宇宙中只有一小部分宇宙，无论是真实的还是假设的，拥有足够小的暗能量密度，以使星系、恒星以及最终的智慧生命得以出现。这可以解释为什么我们观察到暗能量密度很小——尽管我们的理论认为暗能量密度应该大得多——否则我们根本不可能存在。
温伯格推理中的一个潜在陷阱是假设宇宙中最终形成星系的物质比例与恒星的数量成正比。35年后的今天，我们知道事情并非如此简单。然后我们的研究旨在用一个更现实的恒星形成模型来测试温伯格的人类论点。
计数星星
我们的目标是确定在给定的暗能量密度下宇宙整个历史中形成的恒星数量。
首先，我们选择了一个暗能量密度在0到观测值的10万倍之间。根据这个量，重力可以或多或少地将物质聚集在一起，从而决定星系的形成方式。
接下来，我们估计了随着时间的推移在星系内形成的恒星的年数量。这来自于能够促进恒星形成的冷气体数量与星系外流的对立作用之间的平衡，星系外流会加热并推动气体离开星系。
然后，我们确定了某个宇宙模型的整个生命周期（过去和未来）中普通物质转化为恒星的比例。这个数字表示了宇宙产生恒星的效率。
然后我们假设宇宙中产生智慧生命的可能性与其恒星形成效率成正比。如上图所示，这表明最友好的宇宙包含了我们宇宙中观察到的暗能量密度的大约十分之一。
因此，我们的宇宙离最有利于生命的可能距离并不太远，但它也不是最理想的。
但是为了验证温伯格的人类推理，我们应该想象在多元宇宙中随机选择一个智能生命形式，并询问他们观察到的暗能量密度。
我们发现他们中的99.5%会经历比我们宇宙中观察到的更大的暗能量密度。换句话说，看起来我们居住在多元宇宙中一个罕见且不寻常的宇宙中。
这与一个事实并不矛盾，即拥有更多暗能量的宇宙会抑制恒星的形成，从而减少形成智能生命的机会。
同样，暗能量较少的宇宙个体更适合生命的存在。但生命虽然不太可能存在，但在许多可能拥有丰富暗能量的宇宙中仍然可以孕育——其中仍会有少量恒星。我们的计算发现，所有宇宙中的大多数观察者将体验到比我们宇宙中测量到的更高的暗能量密度。
此外，物理学家发现，最典型的观测者所测量的值大约是宇宙中值的500倍。
那我们怎么办？
总之，研究的结果挑战了人类的论点，即我们的存在解释了为什么我们的暗能量值如此之低。我们本可以更容易地发现自己在一个暗能量密度更大的宇宙中。
如果我们采用更复杂的多元宇宙模型，人类推理仍然可以存在。例如，我们可以允许不同宇宙的暗能量和普通物质的数量有所不同。也许，由于更高的暗能量密度，智能生命的数量减少可能会被更高的普通物质密度所补偿。
无论如何，我们的发现警告我们不要简单地应用人类论点。这使得暗能量问题更加难以解决。
我们的物理学家、宇宙学家现在应该做什么？努力思考。只有时间会告诉我们如何解决这个谜题。无论我们怎么做，相信这谜题将是令人难以置信地激动人心的。
热门跟贴