宇宙探索 7月13日
认为太阳系完美，这种观念通常也会认为我们的宇宙是完美的，因为它不仅允许生命诞生，还产生了可以认知宇宙的人类，所以宇宙是完美的，为此许多人写了许多文章论证宇宙的完美，这其中最经典的论证就是涉及我们所生存宇宙的一些关键常数，这些常数只要发生很小一点变化，我们所生存的宇宙就要面目全非，而我们自然也就要灰飞烟灭了，甚至压根没有诞生的机会呢。这段话的另一个意思是，如果我们的宇宙或者太阳系不是如此完美，那么就不会有我们来讨论来赞叹它到底有多完美的可能性，这被简称为人择原理。
让我举个简单的例子了解下物理学常数的些微变化，将如何深刻影响我们的生存吧。
图示：冰山的大部分都淹没在水中，但它毕竟是可以浮在水面上的
比如，从现在开始，地球上新生成的冰的密度大于普通的海水的密度。
想一想，这么简单的变化，会影响到什么呢？
图示：解冻时的凌汛可能冲毁大坝造成灾难
如果冰的密度比水重，那就意味着每年冬天生成的冰，将会沉到河底、湖底乃至海底，乍一看这似乎是好事儿，我们再也用不着破冰船了，只要水够深，那么冬天也不会影响到我们的水运了，泰坦尼克号的悲剧再也不会重演了，每年的凌汛危机也不用提防了，因为冰压根不在水面上了，另外冬季也不影响捕鱼了。
图示：北冰洋的虎鲸再也不用发愁寻找呼吸孔了
且慢，除了这些马上能想到的好处之外，你还能想到什么害处吗？
图示：如果冰都沉底了，当然冰钓的乐趣也就没有了
比如，冰如果都沉底的话，那么底栖的生物可能就要倒大霉了，它们赖以生存的环境，现在将被冰块覆盖，这将是一场灭顶之灾，由此可能引发一场连锁的生态危机。
图示：BBC冰冻星球中，由于超低温盐水沉入海底，导致沿途的贝类、海星、螃蟹等被冰冻而亡
但让我们暂时把生态灾难放在一边，比起生态灾难来说，沉入底部的冰块的巨大危害爆发速度可能比生态灾难来得快得多，因为沉入底部的冰块越多，这些冰块安然度过春天、夏天和秋天的机会就越大，当冬天再次来临的时候新的冰块沉积到老的冰块之上，这个循环一旦开始，就意味着冰块会越来越多，而伴随着冰对阳光的反射，地球将会全面降温，这导致更多的冰块生成，这样的循环一旦启动，那么压根要不了多长时间，我们的地球就会变成一个大雪球，而人类文明可能也就将就此终结。
图示：地球历史上曾经陷入过好几次雪球地球危机，每一次这样的危机都是因为火山大爆发才解开封冻，让地球生命重获新生。
你看，就这么一点小小的变化，我们都无法承受。
这是因为水由2个氢原子和1个氧原子组成的。而氧原子吸引电子的能力比氢原子强，这导致水分子中的氧原子其实带有部分负电荷，而氢原子则带有部分负电荷，虽然水分子整体并不带电，但不妨碍构成它的原子都带有部分电荷，而相邻的两个水分子彼此之间，可以通过这些部分正负电荷产生微弱的吸引力，这个吸引力被化学家们称为氢键。
图示：水分子氧原子间的排斥力和氢键形成是冰的密度小于水的关键原因
当水开始冷却时，它最初像所有液体一样开始收缩体积，当水温降到4摄氏度时，它达到最大密度，当温度进一步降低时，水的密度不再继续增加反倒开始下降，这是因为水分子中带有部分负电荷的氧原子彼此排斥对方的靠近，这阻止了密度的增长，与此同时彼此靠近的水分子之间开始利用氢键形成更加规律的结构，这个结构降低了水的密度，最终让冰的密度低于水，从而让冰块可以漂浮在水面上，而这都和电荷之间的排斥力有关，而这个力的大小是由一个物理学常数库伦常数决定的。
图示：电荷之间的作用力大小由库伦常数决定
图示：真空中的库伦常数值
当前物理学家们测量到的库伦常数的值大约为8.98755178736817×10^9，如果这个常数稍微变小一点点，比如变成8.98755178736816×10^9啥的，那么水分子间的排斥力就会小一些，那么当温度下降时，水分子就可以聚集得更加密集一些，这样当它形成冰块时，就可能形成比液态水密度更大的固体，那么冰块就会沉底了！
当然，库伦常数要是发生变化，那么绝不仅仅是冰块的密度会发生变化这么简单，我在这里做了彻彻底底的简化，真实情况可要复杂得多，事实上这个常数要是变了，整个宇宙都要发生巨大的改变，所有化学规律都要重写，甚至包括恒星的形成与它的寿命长短等等。
从数学概率论的角度看，如果宇宙只有一个，而它恰好就是完美的，能支持生命诞生并产生出智能生命来，这样的概率大概非常接近零，所以一些人相信宇宙有个设计者，是它精确地调整了一系列基本物理学常数，最终才有了我们这个宇宙，但这种观念并不受所有人欢迎，而且显得在思维上懈怠，这意味着任何问题都交给这位设计者就完事了，我们不必思考任何艰难的问题。
所以，为了解决这个恼人的形而上学问题，一些物理学家提出了各种各样的解决方案，其中的共性都必然涉及到许多宇宙乃至无限多宇宙的概念，只有当宇宙的数量足够多时，那么再微小的概率也能成真。
不过，鉴于我们还没有发现别的宇宙真实存在的线索和证据，因此当前关于宇宙常数为何恰好如此时，更多的是一个哲学问题而不是一个真的的科学问题。不过，思考这样的问题能给我们带来乐趣，不是吗？
联系客服
