5个使我们的存在成为可能的巧合
2024-11-19 16:36阅读：
5个使我们的存在成为可能的巧合
有一些小的如果事情只是一点不同会已经不允许我们的存在成为可能的宇宙细节。
STARTS
WITH A BANG — NOVEMBER 18, 2024
Ethan
Siegel
今天，宇宙已经演变成我们知道它是复杂的、生命友好的地方，因为我们能够在宇宙中来早期形成中性原子。然而，没有刚好正确的量子属性稳定的中性原子的形成将一直被大大延迟或甚至毕竟已经没有发生，让生命的表现和我们知道的宇宙一个不可能性。Credit: agsandrew / Adobe Stock and remotevfx /
Adobe Stock
关键要点
•这里在我们的宇宙中成分和条件似乎“恰到好处”来使恒星、星系、行星
、有机分子的存在成为可能，最终生命和甚至人类存在物。
•如果任何特定东西的数量已经是甚至略微的不同，展开的宇宙故事和导致我们出现会已经被禁止，造成一个大不相同的今天宇宙。
•我们宇宙的这五个方面虽然看起来不平凡的，但对我们的存在是巨大的重要的。没有这些巧合我们的存在将已经被禁止。
自大爆炸以来我们的宇宙已经令人印象深刻的成长了。
在热大爆炸的开始，宇宙正在迅速扩张并充满有高能、非常密包的超相对论量子。一个辐射统治的早期阶段让位给几个后期阶段，在这些阶段辐射占次统治的，但从未完全消失掉，而随着时间物质然后聚块成气体云、恒星、星团、星系和甚至更丰富的结构，所有时间宇宙继续膨胀。Credit:
Big Think / Ben Gibson / NASA / Pablo Carlos
Budassi
从一个炎热、稠密、近乎均匀的初始状态，恒星、星系和活行星浮现了。
从热大爆炸直到现今日子为止，我们的宇宙经历了一个巨大量的增长和进化，并且继续来这样做。大约138亿年前我们整个可观测的宇宙大约是一块普通巨石的大小，但今天半径已经扩大到约460亿光年。已经出现的复杂结构一定已经从早期起平均密度的至少0.003%的种子不完美生长了，并且已经经历了原子核、中性原子和恒星首次形成的阶段。Credit: NASA/CXC/M. Weiss
没有这五个巧合，我们的宇宙将已经不可避免无生命的。
在非常年轻的宇宙中取得的高温下，给定足够的能量粒子和光子不仅能自发的被创造，而且也能创造反粒子和不稳定粒子，造成一个原始粒子和反粒子汤。然而甚至以这些条件只能浮现少数特定的状态或粒子，到几秒钟已经过去时宇宙比它最初阶段是远更大。随宇宙开始扩张宇宙的密度、温度和膨胀率也迅速的下降。Credit: Brookhaven National
Laboratory
1.）富光子的早期宇宙。
在早期宇宙中，对一个自由质子和一个自由中子来形成氘是很容易的。但当能量是足够高时光子将一道来并将这些氘核炸开，将它们分解成单个质子和中子。这防止更重的元素在早期形成，取决于一个大的光子丰度。Credit: E. Siegel/Beyond the
Galaxy
大的光子丰度使早期起形成稳定的原子核困难的。
该图显示随着时间宇宙在大爆炸原子核合成的不同阶段期间扩张和冷却轻元素的丰度。氢、氘、氦-3、氦-4和锂-7的比例都源自这些过程。Credit: M. Pospelov & J. Pradler, Annual
Review of Nuclear and Particle Science, 2010
有太少光子所有的氢都聚变成氦及其他的。
由大爆炸原子核合成预测的氦-4、氘、氦-3和锂-7的丰度，观测显示在红色圆圈中。如果每个重子有许多更少的光子（最右边），一切早期起会已经变成氦或更重，没有游离氢剩下。Credit: NASA/WMAP Science
Team
太阳一样恒星将从来不是可能的。
在宇宙的早期，有大量的夸克、轻子、反夸克和所有物种的反轻子。自热大爆炸以来仅过了一秒的几分之一这些物质-反物质对中的大多数湮灭掉，留下一个非常微的物质超过反物质的过量。这种过量如何成的是一个被称为重子创世的谜题，是现代物理学中最大的未解问题之一。Credit: E. Siegel/Beyond the
Galaxy
2.）一个足够的物质-反物质不对称性。
随宇宙扩张和冷却，不稳定的粒子和反粒子衰变，而物质-反物质对湮灭，光子不能再以足够高的能量碰撞来产生新的粒子。反质子将与一个等量的质子碰撞，湮灭掉它们，中子的反中子也将是如此。在这场大屠杀后，不知怎的剩下比反物质更多的物质：一个大的初始不对称性的证据。Credit: E. Siegel/Beyond the
Galaxy
对每16亿个光子我们有大约1个质子（没有反质子）。
在整个矮星系Segue
1和Segue
3中仅有大约1000颗恒星存在，后者有一个令人印象深刻的60万个太阳的引力质量。构成矮卫星Segue
1的恒星被圈在这里。随我们发现有更少恒星数量的更小、更暗的星系，我们开始认识到这些小星系有多普遍以及它们的暗物质对正常物质比率能是有多高；对每个银河系相似的星系可能有多达100个，暗物质质量超过正常物质一个几百倍甚至更多的因素。Credit: Marla Geha/Keck
Observatory
如果那个丰度只是1000倍更小，恒星的富集度将是超常低。
![cigar galaxy messier 82]( "5个使我们的存在成为可能的巧合")
这张雪茄星系梅西耶82的特写照片不仅显示恒星和气体，还显示超加热的星系风及被它的与它的更大、更大质量的邻居M81相互作用引诱的未打算的形状。（M81位于屏幕外的右上角）。当恒星形成跨一整个星系积极发生时，它变成所谓的一个星爆星系，被猛烈的驱逐气体的风特征。如果星系是质量太低的，这种富集的物质将全部被甩出，防止有潜力的岩石行星的下一代恒星的形成。Credit: R. Gendler, R. Croman, R. Colombari;
Acknowledgement: R. Jay GaBany; VLA Data: E. de Block
(ASTRON)
在恒星中没有足够的重元素，岩石世界将永远不形成。
虽然暗物质之网（紫色左）似乎可靠它自己决定宇宙结构的形成，但来自正常物质（红色右）的反馈能严重的影响星系和更小尺度上的结构的形成。当我们观察它时以正确比例的暗物质和正常物质都需要以来解释宇宙。宇宙内的结构形成是分层结构的，首先形成小星团，其次形成早期原星系和星系，然后被星系组和星系团跟随，最后是大尺度宇宙之网。Credit: Illustris Collaboraiton/Illustris
Simulation
3.）暗物质的存在。
从2008年到2017年，这段长达十年的时间闪过显示随着时间在蟹状星云的气态和丝状结构中令人难以置信的详细特征。在这部动画的时间尺度上，星云已经进一步增加了大小约十分之一光年，允许我们在仅瞬间中可视化极端大时间尺度的通过，并来理解从一个超新星甩出物质的惊人速度。Credit: Detlef
Hartmann/Astrobin
没有暗物质，超新星甩出物会逃离它们的家园星系。
按照建模和仿真，所有星系都应该被嵌入暗物质晕中，暗物质晕密度在星系中心达到峰值。在足够长的时间尺度上也许是十亿年，来自光晕边缘的单个暗物质粒子将完成一圈环绕。没有一个大质量的暗物质晕，星系将是更小、质量更低，不能把持住来自恒星灾难的甩物。Credit: NASA, ESA, and T. Brown and J.
Tumlinson (STScI)
这种“宇宙胶”将星系把持在一起，新一代恒星的一个必需。
这张概念图显示流星体将在生命过程中发现的所有五种核碱基交给古代地球。在生命过程中用的所有核碱基，A、C、G、T和U现在都已经被发现在陨石中，一道也有80多种氨基酸：远远比在这里地球上已知被用于生命过程的22种更多。在宇宙历史的过程中类似的过程无疑发生在大多数星系的恒星系统中，为生命到各种年轻的世界带来原材料。Credit: NASA Goddard/CI Lab/Dan
Gallagher
4.）碳的受激发的霍伊尔态。
霍伊尔状态的预测和三重阿尔法过程的发现或许是科学史中最令人震惊的人类世推理的成功应用。这个过程就是解释在我们现代日子宇宙中发现的大部分碳的创造的，并证明它被在恒星原子核合成过程中创造。Credit: E. Siegel/Beyond the
Galaxy
在红巨星内部，三个氦原子经历碳聚变。
当主序星演变成亚巨星时如这里所示，它们变得更大、更凉和远更发光，因为它们的核收缩和加热器来，增加聚变率，但也使恒星本身在这个过程中变得更蓬松。当和如果氦聚变开始时亚巨星阶段结束：氦原子在它们的核聚变成碳的激发态；没有这种激发态，碳（和所有重元素）的创造将是太低不许可生命在宇宙中。Credit:
NASA/Ames/JPL-Caltech
需要一个恰到好处质量的碳共振来建立起生命友好的元素
一个质子不仅仅是三个夸克和胶子而且是一个内部密集的粒子和反粒子的海洋。我们越精确观察一个质子和我们进行深度非弹性散射实验的能量越大，我们在质子本身内部发现的子结构就越多。对内部粒子的密度似乎没有限制，但是否一个质子是基本稳定的还是不是是一个没有被回答的问题。Credit: Jim Pivarski/Fermilab/CMS
Collaboration
5.）一个稳定的质子。
按质子的基本组成粒子的转变诅咒出质子衰变的两种可能途径。这些过程从未没有被观察到，但在标准模型的许多扩展中如SU（5）大统一理论中理论上许可的。Credit: J. Lopez, Reports on Progress in
Physics, 1996
理论上，质子能衰变为介子加轻子。
假设的大统一群SU（5）的粒子内容其中包含整个标准模型加上额外的粒子。特别是，有一系列（必然是超重的）玻色子，在这个图中标记为“X”，它们同时包含夸克和轻子的属性，并会造成质子根本上是不稳定的。它们的缺乏以及质子的观测到的稳定性，为这一理论在科学意义上相对实在性提供强有力的证据。Credit: Cjean42/Wikimedia
Commons
如果这些衰变太容易发生，正常物质将是不稳定的。
中微子探测器，就像这里在BOREXINO合作中用的探测器一样，通常有一个巨大的水箱服务为实验的目标，在那里一个中微子相互作用将产生快速移动的能然后被周围末端的光电倍增管探测到的带电粒子。这些实验也都对质子衰变是敏感的，在BOREXINO、SNOLAB、Kamiokande（及其继任者）和其他实验中缺乏观测到质子衰变已经对质子衰变和质子的寿命放上非常严格的约束。Credit: INFN/Borexino
Collaboration
质子的稳定性仍然不可解释的，使所有宇宙生命可能的。.
如果生命始于一种可以代谢来自它的环境的营养/能量的随机肽，从肽-核酸共同进化可能跟着发生复制。这里描画了DNA肽共同进化，但它也可以与RNA工作或甚至PNA作为核酸。断言对生命来发生需要一个“神圣的火花”是一个经典的“缺口之神”论点，但断言我们确切知道生命如何从非生命发生也是一个谬误。这些条件包括在它们的表面上有这些分子的岩石行星可能存在于大爆炸的前10-20亿年内。Credit: A. Chotera et al., Chemistry Europe,
2018
大多寂寞的星期一用图像、视觉和不超过200字告诉一个天文故事。
https://bigthink.com/starts-with-a-bang/5-coincidences-make-existence-possible/
