量子泡沫中波动形成独立平行宇宙的计算机说明
多元宇宙中的其他宇宙是否具有更优化的暗能量值，以形成恒星和生命？（图片来源：Mark Garlick/科学图片库/Getty Images）
在多元宇宙的某个地方，可能有比我们自己的宇宙更容易形成恒星，甚至可能形成生命的宇宙——一项新的研究表明，这一切都要归功于最不可能的怀疑：暗能量。
一组科学家探索了暗能量的强度如何直接影响恒星形成的难易程度，事实证明，我们宇宙中暗能量的力量并不能产生最有效的恒星工厂。事实上，研究人员表示，如果你从多元宇宙的任何地方随机选择一个观察者，他们很可能来自一个暗能量强度远大于我们宇宙的宇宙。
达勒姆大学的Daniele Sorini领导了这项研究，她告诉Space.com：“这让我很惊讶！”。
暗能量是加速宇宙膨胀的神秘力量。最流行的暗能量模型表明，它是宇宙常数，它描述了为膨胀的宇宙加速提供动力的空白空间的内在能量。我们说它是“恒定的”，因为我们认为暗能量的强度在历史上一直保持不变。
人工智能正在寻找暗物质
然而，假设暗能量具有不同的强度，使宇宙的膨胀加速得更快或更慢。Sorini与爱丁堡大学的John Peacock和日内瓦大学的Lucas Lombriser一起模拟了以这种方式改变暗能量将如何影响恒星形成，以及由于恒星对生命至关重要，它将如何影响宇宙的宜居性。
走向多元宇宙
多元宇宙概念假设我们的宇宙是一个可能是无限宇宙的集合的一部分，每个宇宙都有自己独特的特征，包括可能不同的暗能量强度。
为了使生命存在于宇宙中——至少是我们所知道的生命——宇宙需要恒星为轨道行星提供热量和能量，使这些生命得以生存。Sorini、Peacock和Lombriser在他们的计算中发现，在形成恒星方面最有效的宇宙具有暗能量的强度，即暗能量的密度，或每一小块空间所含的能量，这是我们宇宙中暗能量值的十分之一。
这意味着在那些更高效的宇宙中，空间的膨胀仍在加速，但速度只有十分之一。因此，这些宇宙中的所有物质将比我们的宇宙更接近。
该团队表示，在宇宙历史上，这样的宇宙将把27%的气体转化为恒星。另一方面，我们的宇宙预计将把约23%的气体转化为恒星。
但故事中有一个转折：假设你从多元宇宙的任何地方随机选择一个观察者。一个观察者（或者至少是我们所知道的生命）只能存在于形成恒星的宇宙中。如果你让随机观察者描述他们所在多元宇宙角落的暗能量强度，他们很可能生活在一个暗能量比我们的宇宙更强的宇宙中。
等等，什么？
这听起来像是矛盾。如果暗能量较弱的宇宙最善于形成恒星——回想一下，最有效的宇宙的暗能量强度是我们的十分之一——我们怎么能指望在暗能量较强的宇宙中找到大多数观察者呢？
这一切都取决于统计数据，但索里尼有一个类比可以提供帮助。他说：“假设你有许多标有1到100的盒子，你正在往这些盒子里放弹珠。”
想象一下，你把最多的弹珠，比如100颗，放在2号盒子里。更少的弹珠，也许每颗10颗，进入其他盒子。在索里尼的类比中，具有最多弹珠的盒子2对应于恒星形成效率的峰值，暗能量密度是我们宇宙的十分之一。然后，我们可能会发现我们的宇宙对应于盒子4或5，例如，含有较少弹珠的盒子。
然而，尽管所有编号为3到100的盒子各自包含的弹珠比盒子2少，但将它们加在一起，盒子3到100中的弹珠比只有盒子2中的弹珠多。所以，如果我们随机选择一个大理石，它很可能来自一个编号大于2的盒子。
索里尼说：“多元宇宙也是如此。”换句话说，最有效的恒星形成宇宙的暗能量值较低，但还有更多的宇宙具有更大的暗能量，虽然效率不高，但仍然会产生恒星并导致可居住的宇宙。
不过，这只是在一定程度上；理论上，暗能量也会变得如此强大，以至于它不会给任何恒星形成的机会，也不会在一些恒星形成后不久撕裂宇宙。在索里尼的类比中，这样的宇宙可能由101号及以上的方框表示，每个方框根本不含弹珠。
效率更低，质量更高
当巨大的气体云坍塌时，恒星形成；星系形成于这种恒星形成气体的巨大晕内，这些晕的大小取决于恒星形成的物理学和宇宙中大尺度结构的生长之间的相互作用。当暗能量较弱时，大尺度结构生长得更快，当暗能量较强时，生长得更慢。这是因为强暗能量更容易更快地将一切撕裂。
然而，Sorini说：“有趣的结果是，当暗能量值较高时，单个光环可以容纳更有效形成恒星的星系。”
原因是，随着暗能量强度的增加，给定光环的半径变得更小、更紧凑，因为它的半径与光环的质量和哈勃常数成正比，哈勃常数定量地描述了宇宙的膨胀率。因为晕更紧凑，其中的恒星形成气体密度更大——气体密度越大，气体冷却得越快，所以晕有利于增强恒星形成，这需要低温（绝对零度以上10度以下）才能使气体引力坍缩成恒星。然而，由于暗能量不利于大尺度结构的形成，在这样的宇宙中形成的星系更少——因此，那里的恒星总数更少。
恒星在过期时会丰富宇宙的化学成分，释放出通过其内部深处的核聚变反应形成的重元素。地球上生命的生物化学基于五种元素——氢、碳、氮、氧和磷——它们构成了形成核苷酸的化学构建块，核苷酸组装成DNA。除了大爆炸中产生的氢之外，所有这些元素都是由恒星产生的。这些和其他更重的元素也是用来建造行星的材料，行星需要绕恒星运行，以接收我们所知道的生命所需的光和热。恒星形成的越多，这些元素就越多，可以支持生命的行星就越多。
违反人择原理？
自从1998年神秘的加速力被发现以来，我们宇宙中暗能量的强度一直是科学家们感到震惊的原因。大多数理论预测，我们宇宙中的宇宙常数应该有一个很大的值，但实际上，我们在宇宙中观察到的暗能量的强度比预测的小10^120倍。这是一个很大的区别——我们最好的理论真的错得那么严重吗？
我们应该感到幸运的是，暗能量在我们的宇宙中如此微弱。如果它像我们的理论所说的那样强大，它将导致一个失控的宇宙，在很久以前，它可能会在“大撕裂”中撕裂时空的结构，并且没有生命能够存在。我们会在101号包厢。
但暗能量并不是宇宙中似乎支持生命的唯一参数。光速、电子的电荷、质子的质量、重力和强力等，似乎都很好地平衡了。如果它们的价值观稍有不同，宇宙将是一个变化的、更不适宜居住的地方，恒星和生命将无法形成和发展。更重要的是，我们不知道为什么他们有我们衡量的价值观。我们所知道的是，如果他们没有这些价值观，那么我们就不会在这里衡量他们。
这种悖论被称为人择原理，它描述了一种选择效应，在这种效应中，我们将这些值测量为对生命进行了如此精细的调整，因为我们不可能存在于一个没有精细调整的宇宙中——它们是我们存在的必要条件。
一个提出的解决方案是，我们的宇宙只是多元宇宙中的一个宇宙，多元宇宙由可能无限的平行宇宙组成，每个平行宇宙都有不同值的基本常数。我们必然会生活在一个对生命友好的宇宙中，而不是一个不友好的宇宙。
人们认为暗能量的强度是人择原理的另一个微调参数，特别是在理论和观测之间存在令人费解的巨大差异的情况下。但Sorini、Peacock和Lombriser的发现似乎与人择推理不太一致，因为他们已经表明其他宇宙可能具有更有利的暗能量强度。
索里尼说：“我认为关键的信息是，在应用人择推理时要小心，因为这个问题实际上比表面看起来更微妙。”“我们的研究结果表明，在没有对其背后的假设进行更仔细的推理的情况下，你不应该把这个论点当作一张免于牢狱之灾的卡片。”
然而，他们的发现也有一些值得注意的地方。首先，他们假设暗能量是宇宙常数，而不是可以随时间改变强度的标量场。他们还假设了恒星形成的某种天体物理学模型；不同的模型可能会产生不同的结果。或者，如果多元宇宙是真实的，那么暗能量的某些值可能出于某种原因比其他值更普遍，这意味着我们需要考虑一个更复杂的多元宇宙，在索里尼的盒子类比中，更多的盒子可能有100个弹珠，而不是10个弹珠。
空海中的孤岛
虽然其他可能的宇宙可能提供更多的生命机会，但不可能说它们是否比我们自己的宇宙更有人居住。毕竟，生命的出现涉及的因素远不止宇宙形成恒星的效率。假设尽管其中一个宇宙的暗能量强度与我们的宇宙不同，但它确实有生命——它的居民会看到什么？因为暗能量会导致宇宙随着时间的推移而加速膨胀，所以暗能量较弱的宇宙会看到它的星系和星系团靠得更近，而暗能量较强的宇宙会经历比我们自己的宇宙更多的膨胀，使星系彼此相距更远。
索里尼说：“形成的结构将是空海中的孤岛。”“我们甚至可能看不到其他星系，因为一切都会与我们脱节。我们会误以为我们的星系是整个宇宙中唯一的星系。”
因此，虽然我们可能有点幸运地存在于我们不太优化的宇宙中，但拥有一个充满星系的天空似乎比在一片虚无的海洋中成为一个岛屿要好得多。
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