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为什么光速慢一点点,就不会有碳元素;让光速快一点点,就不会有氧元素?

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日报标题:好险啊,光速要是变一点儿,这一切可能都不一样了

PC.Bananahammock,科研工作者

如果减慢光的速度,只是一点点,我们的宇宙就没有碳元素;

如果加快光的速度,只是一点点,我们的宇宙就没有氧元素。

好险啊,差点什么也没有了!

为什么光速控制着宇宙中碳元素和氧元素的合成呢?

我们先来看看宇宙中是怎样合成碳元素的:

如果你相信大爆炸理论的话(不是所有人都相信的,比如说我前日去日本开会的时候在飞机机尾的小隔间吃薯片时遇见的来自大德州的 Bruce 牧师就不相信……)

嗯,大爆炸之后,很快的,我们的宇宙中有了质子 p,中子 n,和电子 e

也就有了合成一切的初始原材料,接下来它们就开始互相结合了。

p+e=1H, 于是我们有了氕

p+n=2H, 于是我们有了氘

2H+2H=4He, 于是我们有了氦

重点来了:

4He+4He+4He=12C (以下称该反应为 3 氦过程)于是我们有了碳,

看起来一切都是那么理所当然吧,其实没有啦。

爱因斯坦告诉我们核聚变要释放能量

3 氦过程释放的能量是多少呢? 7.3367 MeV

原本,3 氦过程是很难进行的;

必须要 3 氦过程释放的能量恰好是能让碳处于激发态下的能量,才能保证 3 氦过程顺利进行。

那么,让碳原子保持激发态的能量是多少呢?7.3-7.6 MeV

这个激发态有一个名字,叫 Hoyle State,Sir Fred Hoyle 就是下面这个老爷爷,

他也是大名鼎鼎的 B2FH 论文(阐述宇宙中重核合成论文)中的 H。

Hoyle 爷爷的计算表明:

碳原子的激发态和 3 氦过程释放的能量相当,于是确保了自然界中现有浓度的碳 12 的形成。

那么这个激发态又是由什么决定的呢?精细结构常数

精细结构常数电磁相互作用中电荷之间耦合强度的度量,表征了电磁相互作用的强度。

其表达式为:

分母上的 C 就是光速。

也就是说,光速 C 控制着精细结构常数,精细结构常数控制着碳原子处于的激发态所需能量,而这个能量又要恰好和 3 氦过程释放的能量相当才能保持碳 12 合成的顺利进行。

也就回答了为什么这个光速必须跟阿拉木汗的身材一样,不肥也不瘦,才行。

 

有很多人讨论是否会由于光速的改变合成出新的元素,

从而衍生一个和地球完全不同的星球 X

进而进化出和地球生物完全不同的物种生活在这个 X 星球上。

Hoyle State 是基于地球上的生命是以碳氧元素为主要元素这一事实提出的。

如果碳 12 的 Hoyle State 比 3 氦合成释放的能量高出 479 KeV,

那么宇宙中的就无法合成出足够的碳 12,就不会出现现有的碳基生命;

如果碳 12 的 Hoyle State 比 3 氦合成释放的能量低出 279 KeV,

那么宇宙中就会合成出大量的碳 12,导致氦 4 被消耗殆尽,

从而终止了 4He+12C=16O 的反应,我们就没有氧气了。

那么,在不同的光速下,是否会有别的激发态满足和 3 氦过程能量相当的元素大量合成;

如果有,是怎样的元素,谁也不知道啊。

盗一张 NASA 的图,下面那个是地球,上面那个是 unknown。


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