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从原子到星系,决定我们宇宙一切的上帝之数——精细结构常数!

说到'上帝之数',有些读者朋友可能会想到魔方变化数,但是魔方变化数用在这里,的确有点不够资格呢!

在物理学上,确实有一个数,可以称作'上帝之数',专业名称是'精细结构常数α',正是这个常数,决定了我们现有的世界是什么样,如果这个数稍有变化,就可能就导致整个世界的坍塌,这话一点没有夸张的成分,就让我们来了解这个数的来历吧。

牛顿

1664年,牛顿发现了太阳光可以细分为七种颜色,后来科学家发现,七色光可以继续细分,叫做光谱。每种原子激发的光谱都不同,这使得我们可以利用光谱特性,去分析遥远天体的元素成为了可能。

直到1913年波尔提出量子模型,才从理论上解释了光谱形成的原因, 这一解释也引出了精细结构常数α,该常数结合了基础物理学所有重要的常数,本身没有量纲,意味着这个常数不限于我们的计数方法,对整个宇宙都生效,不同文明得到的精细结构常数是一样的数值。

我们来看看精细结构常数的组成:

精细结构常数

其中:e是电子的电荷, ħ是约化普朗克常数,c 是真空中的光速,ε0 是真空介电常数,最终计算下来的α≈1/137.03599976。

我们更多地称1/α为'上帝之数',几乎等于137。

随着量子力学和相对论的发展,人们发现该常数具有深刻的意义,如果精细精细结构常数稍有差别,那么元素周期表的稳定元素将大大减少,当α>0.1时,碳原子将不复存在。

碳原子

之前对于这个精细结构常数有一些猜想:

1937年狄拉克提出大数假说:重力常数反比于宇宙的年龄。

1948年匈牙利裔物理学家爱德华·特勒等人,根据狄拉克假说提出:精细结构常数现在正以约每年3万亿分之一的速度在增大。

然而后来的科学家根据实验发现,精细结构常数的变化率,不可能超过每年30万亿分之一,使得狄拉克猜想破灭。

星系

1997年科学家利用夏威夷天文台,当时最大的光学望远镜,观测了17个极亮的类星体后,通过光谱分析得出120亿年前,精细结构常数比现在小约十万分之一,科学家分析了α变化的原因,排除了e变化后,他们猜测可能是光速c发生了变化。

对于精细结构的研究,物理学家从来没有停止过,目前有一种主流的理论——平行宇宙假说。

该假设可以很好地解释精细结构的数值问题:在多重宇宙成立之初,存在无数个精细结构不同的宇宙,而我们就处在当前宇宙,因为只有我们这个宇宙是最稳定的,这就是著名的人择原理。

宇宙

因为宇宙若不是这样的话,就不会有我们的存在,也不会有我们来探讨这个宇宙,宇宙造就了我们,那么我们选择这个宇宙也是必然的。

可是,你真的相信我们宇宙是'上帝掷骰子'掷出来的吗?

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