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宇宙是否有意被设计成可以支持生命?我们现在有测试的方法了!

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美国国家航空航天局(NASA)打造的的哈勃望远镜为人们展示了宇宙最为深邃且清晰的可视图。展示的区域只是宇宙中的一小部分样本区域,但正是这样的观测结果让许多科学家开始重新思考“人择原理”的问题:


(图片来源:R. Williams (STScI)、哈勃深空团队和 NASA/ES,发布于 2024 年 12 月 9 日,作者:Mark Thompson)

人择原理提出,宇宙的基本参数,例如基本力的强度,被精确调整到可以支持生命的程度。这一观点的真实性以及是否值得科学研究,一直以来都备受争议。一篇新论文提出了一些可行的测试方法,并首次将这一主题纳入科学的严谨审视之中。


人择原理的概念最早由物理学家布兰登·卡特(Brandon Carter)于1973年提出。卡特在纪念哥白尼诞辰500周年的集会上首次提出了这一理论。该原理试图解释为何宇宙中的各种基本参数似乎经过了“精确调节”,用以支持这个孕育像人类这样的观察者的宇宙。如果这些参数稍有不同,生命可能根本无法演化。


尼古拉·哥白尼的肖像,托伦市政厅,1580年(图片来源:frombork.art.pl)

人择原理有两个版本:第一个是·弱人择原理(Weak Anthropic Principle, WAP):这一版本主张,我们之所以观察到宇宙与我们的存在相互兼容,是因为如果宇宙不具备这样的条件,我们就无法存在,也就无法进行观察。另一个则是强人择原理(Strong Anthropic Principle, SAP):这一版本进一步认为,宇宙的参数必须是使生命存在成为可能的。这暗示了一种更深层次的目的性或必然性。


这个问题到底应该被归类为科学还是哲学呢?这不重要。不管它是科学还是哲学,任何一个有用的理论都必须能够找到有效的测试方法。一直以来人们认为人择原理是无法通过实验进行测试的,直到一篇由加州大学的 Nemanja Kaloper 教授和德国电子同步加速器的研究员Alexander Westphal博士共同撰写并发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上的论文上,首次提出了一种可以测试该原理的实验方法。


人择原理提出如果宇宙要发展成为碳基生命可以进化的地方,它就必须要先具备一组非常特殊且精准的基本参数,包括万有引力常数、普朗克常数和电子电荷等等。但凡宇宙形成之初任何一个参数与现实中不同,宇宙的一切都会变得与我们现在所认识的宇宙完全不同。

Kaloper和Westphal确定了人择原理所隐含的基本参数,并成功模拟了宇宙的演化方式。该发现使得宇宙模型的数据与观测到的宇宙数据进行比较成为可能。模型与观测到的宇宙之间的任何差异都可以用于衡量人择原理的有效性。


在了lllustris 模拟器的大尺度宇宙结构计算机模型的帮助下,这张由lllustrisTNG模拟器提供的照片描绘了正在形成星系和星云中的暗物质和气体并且展示了它们之间链接的细丝。该团队表示,大量的预测可以作为宇宙膨胀和暗物质性质的标准。令人沮丧的是,或许,在某种方式上,我们还没有证明这一原理的的有效性。我们仍然需要几年的时间来获得必要的证据来证明这一原理。在此之前,人择原理仍然很有趣并且吸引人们的好奇心。自从这篇论文发表以来,至少值得我们关注。


宇宙是所有空间和时间及其内容的总和,它包括了所有存在的事物,任何基本的相互作用,物理过程和物理常数。因此,宇宙包含所有的能量和质量,以及它们所形成的结构,从亚原子粒子到整个银河的丝状结构。从20世纪早期以来,宇宙学领域确定了空间和时间同时诞生于大爆炸之中。大约在137.87±0.020亿年之前。并且宇宙的膨胀导致它致那以后一致在扩张。目前我们只能观测到直径大约为930亿光年的宇宙部分,但是我们现在仍然不知道宇宙的确切大小


一些早期的宇宙学模型是由古希腊和古印度的的哲学家发展起来的,这些模型都是地心说,将地球作为宇宙的中心。几个世纪以来,随着日益精准的天文观测,尼古拉·哥白尼提出了日心说模型,将太阳放在太阳系的中心位置。在艾萨克·牛顿在万有引力定律发展的过程中。他基于哥白尼的工作,约翰内斯·开普勒的行星运动定律和提霍·布拉赫的观测成果上进行了进一步的研究。随着观测仪器的不断进步,人们逐渐意识到太阳只是只是银河系中的沧海一粟,仅仅是数百亿恒星中普通的一颗。


许多星系中的恒星都有行星。以宇宙的最大尺度观察,无论从任何方向来看,星系都十分平均的分布在宇宙空间中,这个现象意味着宇宙既没有中心也没有边缘。在较小的尺度下,星系则以星系团或超星系团的形式分布,这形成了绝大的丝状结构和空洞,就此创造出泡沫一般的广阔结构。20世纪初的发现表明,宇宙有一个开端,并且自那时以后一直在不断扩张。

BY:universetoday.

FY:Astronomical volunteer team

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