探索“多元宇宙”可能是找到最佳生命条件的关键：

我们的宇宙是全部，还是可以有更多？我们的宇宙是否只是无数宇宙中的一个，都在一个包罗万象的多元宇宙中？

如果还有其他宇宙，它们会是什么样子？它们可能适合居住吗？

这可能感觉像是猜测上的猜测，但它并不像你想象的那么疯狂。

我和我的同事一直在探索地球的其他部分多元宇宙可能是什么样子——以及这些假想的邻近宇宙可以告诉我们什么使生命成为可能的条件，以及它们是如何产生的。

假设宇宙

一些物理学家认为，宇宙中的一次快速膨胀爆发被称为膨胀的黎明使得某种形式的多元宇宙不可避免。我们的宇宙实际上只是众多宇宙中的一个。

在这个理论中，每个新宇宙都从沸腾的暴胀背景中结晶出来，并带有自己独特的物理定律组合。

如果与我们相似的物理定律支配着这些其他宇宙，然后我们就可以对付他们了。好吧，至少在理论上是这样。

137.7亿年宇宙演化时间线。 （NASA/WMAP 科学团队）

在我们的宇宙中，物理学受告诉我们事物应该如何相互作用的规则和自然常数（例如光速）支配，这些规则决定了这些相互作用的强度。

因此，我们可以想象假设的“假设”宇宙，我们可以在其中更改这些属性并探索其中的后果数学方程式。

这听起来可能很简单，但我们修补的规则是宇宙的基本构成。如果我们想象一个宇宙，比方说，电子比我们的宇宙重一百倍，那么它会对恒星、行星甚至生命产生什么影响？

生命需要什么？

我们最近解决了在我们考虑跨多元宇宙的宜居性的一系列论文中提出了这个问题。当然，宜居性是一个复杂的概念，但我们认为生活需要一些选择要素才能开始。

复杂性就是其中之一。对于地球上的生命，这种复杂性来自元素周期表，它们可以混合并排列成无数不同的分子。我们是活的分子机器。

但稳定的环境和源源不断的能量流也很重要。毫不奇怪，地球上的生命起源于一颗岩石行星的表面，那里含有丰富的化学元素，沐浴在阳光下长期稳定的恒星。

调整基本力

在多元宇宙的范围内是否存在类似的环境？我们从考虑化学元素的丰度开始了我们的理论探索。

在我们的宇宙中，除了在大爆炸中形成的原始氢和氦之外，所有元素都是通过恒星的生命产生的。它们要么是通过恒星核心的核反应产生的，要么是在超新星爆发时产生的，当一颗大质量恒星在其生命的尽头自行分裂时。

所有这些过程都由四个基本过程控制宇宙中的力量。重力挤压恒星核心，将其推向极高的温度和密度。电磁力试图迫使原子核分开，但如果它们能够靠得足够近，强大的核力可以将它们结合成新元素。即使是可以将质子翻转为中子的弱核力，在恒星熔炉的点火中也起着重要作用。

T电子和夸克等基本粒子的质量也可以发挥关键作用。

因此，为了探索这些假设的宇宙，我们有许多可以调整的刻度盘。基本宇宙的变化会影响到物理学的其余部分。

碳氧平衡

为了解决这个问题的巨大复杂性，我们将物理学的各个部分分解成易于管理的块：恒星和大气，行星和板块构造、生命的起源等等。然后我们将这些块固定在一起，讲述一个关于多元宇宙宜居性的整体故事。

一幅复杂的图景出现了。有些因素可以强烈影响宇宙的宜居性。

例如，碳氧比（由恒星中心的特定核反应链设定）似乎特别重要。

偏离我们宇宙中的值太远，这两种元素的数量大致相等，导致环境生命极难出现和繁衍的地方。

但其他元素的丰富性似乎不那么重要。只要它们是稳定的（这确实取决于基本力的平衡），它们就可以在生命的基石中发挥关键作用。

探索更多的复杂性

我们只能采取以非常离散的步骤对可能性空间进行采样，以粗略的方法解开多元宇宙中的宜居性。

此外，为了使问题易于管理，我们必须采取一些理论上的捷径和近似。因此，我们仅处于了解多元宇宙生命条件的第一阶段。

在接下来的步骤中，需要考虑其他宇宙的替代物理学的全部复杂性。我们需要了解小尺度基本力的影响，并将其外推到大尺度，进而影响恒星乃至行星的形成。

一句话谨慎

多元宇宙的概念仍然只是一个假设，一个有待检验的想法。事实上，我们还不知道它是否是一个可以检验的想法。

而且我们不知道物理定律在多元宇宙中是否会有所不同，如果是，又会如何他们可能会有所不同。

我们可能正处于一段旅程的起点，这将揭示我们在无限中的最终位置——或者我们可能正走向科学的死胡同。

Geraint Lewis，悉尼大学天体物理学教授

本文根据知识共享许可从 The Conversation 重新发布。阅读原文。