如果光速变慢一点点会发生什么?碳基生命将不会在宇宙中出现|原创

通常来讲,我们讨论的光速是指光在真空中的速度(即每秒299792458米),这个速度是宇宙中的一种速度极限,同时也是不会改变的。那如果光速变慢一点点会发生什么呢?根据已知的物理规律,我们可以推测出,如果光速变慢一点点,碳基生命将不会在宇宙中出现,为什么这么说呢?且看下文分析。

通常来讲,我们讨论的光速是指光在真空中的速度(即每秒299792458米),这个速度是宇宙中的一种速度极限,同时也是不会改变的。那如果光速变慢一点点会发生什么呢?根据已知的物理规律,我们可以推测出,如果光速变慢一点点,碳基生命将不会在宇宙中出现,为什么这么说呢?且看下文分析。

如果光速变慢一点点会发生什么?碳基生命将不会在宇宙中出现|原创

所谓碳基生命,是指以碳元素为有机物质基础的生命,事实上,地球上包括我们人类在内的所有已知生命都是属于碳基生命,而之所以会这样,是因为碳元素(在地球的环境中)有着其他元素无法与之相比的优越性。

比如说碳原子拥有四个自由电子,其得到电子的能力(氧化性)和失去电子的能力(还原性)是旗鼓相当的,和其他元素相比,碳原子能够更容易地形成复杂且稳定的高分子有机物,又比如说含碳化合物的分子活性很强,可以迅速对外界条件的改变做出反应。

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总而言之,宇宙中要演化出碳基生命,首先就必须要有大量的碳元素,幸运的是,宇宙中的碳元素丰度确实很高,那宇宙中的碳元素是怎么来的呢?

3α过程

根据现代宇宙学的主流观点,宇宙诞生于大约138亿年前,在早期宇宙中只存在着简单的元素(绝大多数都是氢和氦),随着时间的流逝,这些物质不断地在引力的作用越聚越多,然后形成了一团团巨大的原始星云。

在此之后,一些原始星云会继续发生引力坍缩,其核心区域的压强和温度也不断升高,当达到一定程度的时候,氢元素就发生了核聚变,在此过程中,氢不断地聚变成氦,并释放出大量的光和热,于是一颗颗闪亮的恒星就诞生了。

如果恒星的质量足够大,那么在其核心的氢元素消耗完毕之后,又会启动氦的核聚变,而碳元素就是来自于此,具体过程可分为两步,第一步是两个氦-4原子核(He-4)首先聚变成铍-8原子核(Be-8),第二步则是铍-8原子核再与另一个氦-4原子核聚变成碳-12原子核(C-12)。

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因为氦-4原子核其实就是“α粒子”,所以这个过程就被称为“3α过程”。

光速的改变对“3α过程”的影响

在“3α过程”中,铍-8扮演着非常重要的角色,然而铍-8的稳定性极差,通常情况下,它们会在大约2.6 x 10^(-16)秒之内就重新衰变成两个α粒子,这样就会让“3α过程”的第二步很难发生。

那为什么宇宙中依然存在着大量的碳元素呢?这主要有两个原因,一是在恒星核心高温高压的环境中,新的铍-8原子核会不断地生成。

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还有一个更重要的原因就是,“3α过程”的第二步所释放的能量为7.3367MeV,而碳元素处于激发态的能量为7.3-7.6 MeV,可以看到,前者刚好在后者的范围之内,这样就可以形成一种特殊的“能量共振”,从而使得“3α过程”的第二步成功完成的可能性大幅度升高。

换句话来讲就是,假如碳元素处于激发态的能量再高一点点,那么恒星内部聚变出碳元素的可能性就会大幅度下降,那么是什么决定了碳元素处于激发态的能量呢?答案就是精细结构常数。

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精细结构常数(α)是一个表征电磁相互作用强度的基本常数,其表达式如上图所示,其中的e、ε0、c和h分别代表基本电荷、真空介电常数、光速(指真空中的光速)以及普朗克常数。

据此我们可以推测出,如果光速是可以改变的,那么光速和精细结构常数就是反比例关系,也就是说,假如光速变慢,那么精细结构常数就会变大,与此同时,精细结构常数又与碳元素处于激发态的能量值是正比例关系,因此碳元素处于激发态的能量就会随之变高。

也就是说,光速只需要变慢一点点,就可以让“3α过程”的第二步所释放的能量低于碳元素处于激发态的能量,这样就会造成恒星内部聚变出碳元素的可能性大幅度下降,在这种情况下,宇宙中的碳元素就会比现在少很多,而假如宇宙中的碳元素不够多的话,那么碳基生命就将不会在宇宙中出现。

不得不说,宇宙的精妙实在是令人叹为观止,你认为呢?

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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