생명이 있기 전에 구조가 있어야합니다. 우리의 우주는 역사 초기에 원자 핵을 합성했습니다. 그 핵은 전자를 원자를 형성하기 위해 전자를 고정시켰다. 이 원자들은 은하, 별 및 행성으로 응집되었습니다. 마침내 생물은 집에 전화 할 장소가있었습니다. 우리는 물리학 법칙이 그러한 구조물의 형성을 허용한다고 당연한 것으로 여깁니다. 그러나 그럴 필요는 없었습니다.
지난 수십 년 동안 많은 과학자들은 물리 법칙이 약간 다르면 우주에 복잡한 구조가 없을 것이라고 주장했다. 동시에 우주론 학자들은 우리의 우주가 멀티 버스의 한 구성 요소 일 수 있다는 사실을 깨닫게되었습니다. 다른 우주의 존재는 물리 법칙의 명백한 미세 조정에 대한 매력적인 설명을 제공합니다. 이 법은 우주마다 다르며, 우리는 다른 곳에서는 살 수 없었기 때문에 관찰자를 허용하는 우주에 살고 있습니다.
천체 물리학 자들은 많은 사람들이 우리 우주가 복잡한 구조에 초자연적으로 적합하다는 것을 주어진 곳으로 생각할 정도로 미세 조정에 대해 논의했습니다. 다중 사람들의 회의론자조차도 미세 조정을 받아들입니다. 그들은 단순히 다른 설명이 있어야한다고 생각합니다. 그러나 실제로 미세 조정은 엄격하게 입증 된 적이 없습니다. 우리는 천체 물리적 구조의 발전에 필요한 물리 법칙이 실제로 생명의 발전에 필요한 것을 알지 못합니다. 항성 진화, 핵 천체 물리학 및 구조 형성에 대한 최근의 연구는 미세 조정의 사례가 이전에 생각했던 것보다 덜 설득력이 있음을 시사합니다. 다양한 가능한 우주가 삶을 지원할 수 있습니다. 우리 우주는 그다지 특별하지 않습니다.
미세 조정의 첫 번째 유형은 작업 별에서 자연의 기본력의 강점을 포함합니다. 전자기력이 너무 강한 경우, 양성자의 전기적 반발은 항성 코어에서 핵 융합을 차단하고 별이 빛나지 않을 것입니다. 전자기가 너무 약한 경우, 원자력은 통제력이 떨어지고 별이 화려한 폭발로 폭발 할 것입니다. 중력이 너무 강한 경우 별은 블랙홀로 무너 지거나 결코 점화하지 않을 것입니다.
그러나 면밀히 조사 할 때 별은 놀랍도록 강력합니다. 전기력의 강도는 별이 운영이 손상되기 전에 어느 방향 으로든 거의 100의 계수만큼 달라질 수 있습니다. 중력의 힘은 10 만 배 더 강해야합니다. 다른 방향으로 가면 중력은 10 억 배나 약할 수 있으며 여전히 작업 별을 허용 할 수 있습니다. 중력 및 전자기력에 대한 허용 된 강도는 핵 반응 속도에 의존하며, 이는 핵무기의 강도에 달려있다. 반응 속도가 더 빠르면, 별은 중력과 전자기를위한 더 넓은 범위의 강도에 걸쳐 기능 할 수 있습니다. 핵 반응이 느린 범위가 좁아 질 것입니다.
이러한 최소 운영 요구 사항 외에도 별은 힘의 허용 강도를 더욱 제한하는 여러 다른 제약 조건을 충족해야합니다. 그들은 뜨거워 야합니다. 별의 표면 온도는 생명에 필요한 화학 반응을 주도 할 정도로 충분히 높아야합니다. 우리 우주에는 생물학을 지원하기 위해 행성이 충분히 따뜻하고 약 300 개의 켈빈이있는 대부분의 별 주변에 충분한 지역이 있습니다. 전자기력이 더 강한 우주에서는 별이 더 시원하여 덜 친절하게 만듭니다.
별은 또한 긴 삶을 살아야합니다. 복잡한 생명체의 진화는 엄청난 시간에 걸쳐 발생합니다. 생명은 복잡한 화학 반응의 앙상블에 의해 주도되기 때문에 생물학적 진화를위한 기본 시계는 원자의 시간 척도에 의해 설정됩니다. 다른 우주에서는 이러한 원자 시계는 전자기의 강도에 따라 다른 속도로 진드기를 할 것이며,이 변형은 고려해야합니다. 힘이 약하면 별은 핵 연료를 더 빨리 태우고 평생이 줄어 듭니다.
마지막으로, 별은 처음에 형성 될 수 있어야합니다. 은하와 나중에 별이 원시 가스에서 응축하기 위해 가스는 에너지를 잃고 식힐 수 있어야합니다. 냉각 속도는 전자기의 강도에 달려 있습니다. 이 힘이 너무 약하면, 가스는 충분히 빨리 냉각 할 수 없으며 은하로 응축하는 대신 확산 상태를 유지합니다. 별은 호스트 은하보다 작아야합니다. 다른 별 형성은 문제가 될 것입니다. 이러한 효과는 전자기의 강도에 또 다른 하한을두고 있습니다.
모든 것을 종합하면, 기본력의 강점은 여러 차례에 따라 다를 수 있으며 여전히 행성과 별이 모든 제약을 만족시킬 수 있습니다 (아래 그림과 같이). 많은 과학자들이 생각하는 것만 큼 세력은 거의 미세 조정되지 않습니다.
가능한 미세 조정의 두 번째 예는 탄소 생산의 맥락에서 발생합니다. 적당히 큰 별이 중앙 코어의 수소를 헬륨으로 융합시킨 후, 헬륨 자체는 연료가됩니다. 복잡한 반응 세트를 통해 헬륨은 탄소와 산소로 연소됩니다. 핵 물리학에서의 중요한 역할로 인해 헬륨 핵은 특별한 이름 인 알파 입자가 제공됩니다. 가장 흔한 핵은 1, 3, 4 및 5 개의 알파 입자로 구성됩니다. 두 개의 알파 입자 인 베릴륨 -8이있는 핵은 눈에 띄게 결석하며 정당한 이유가 있습니다. 그것은 우리 우주에서 불안정합니다.
베릴륨의 불안정성은 탄소 생성을위한 심각한 병목 현상을 만듭니다. 별이 헬륨 핵을 함께 융합하여 베릴륨이되면서 베릴륨 핵은 거의 즉시 그들의 구성 부분으로 돌아갑니다. 주어진 시간에, 별 코어는 작지만 일시적인 베릴륨을 유지합니다. 이 희귀 한 베릴륨 핵은 헬륨과 상호 작용하여 탄소를 생산할 수 있습니다. 이 과정에는 궁극적으로 3 개의 헬륨 핵이 포함되기 때문에 트리플 알파 반응이라고합니다. 그러나 반응이 너무 느리게 우리 우주에서 관찰 된 탄소의 양을 생산하기에는 너무 느립니다.
이 불일치를 해결하기 위해 물리학 자 프레드 호글 (Fred Hoyle)은 1953 년에 탄소 핵이 특정 에너지에서 공명 상태를 가져야한다고 예측했다. 이러한 공명으로 인해 탄소 생산에 대한 반응 속도는 다른 우주에서 발견되는 탄소의 풍부함을 설명하기에 충분히 더 크다. 공명은 나중에 예측 된 에너지 수준에서 실험실에서 측정되었습니다.
걱정은 다른 우주에서는 힘의 대체 강점을 가진이 공명의 에너지가 다를 수 있으며 별은 충분한 탄소를 생산하지 않을 것이라는 점입니다. 에너지 수준이 약 4 % 이상 변경되면 탄소 생산이 손상됩니다. 이 문제를 때때로 트리플 알파 미세 조정 문제라고합니다.
다행히도이 문제에는 간단한 해결책이 있습니다. 핵 물리학이 빼앗아가는 것도 제공합니다. 핵 물리학이 탄소 공명을 중화하기에 충분히 변화했다고 가정합니다. 이 크기의 가능한 변화 중 약 절반은 베릴륨을 안정적으로 만드는 부작용을 가질 것이므로 공명의 상실은 관련이 없을 것입니다. 이러한 대체 우주에서, 탄소는 알파 입자를 한 번에 하나씩 추가하는보다 논리적 인 방식으로 생산 될 것이다. 헬륨은 베릴륨에 융합 될 수 있으며, 이는 추가 알파 입자와 반응하여 탄소를 생성 할 수있다. 결국 미세 조정 문제는 없습니다.
잠재적 미세 조정의 세 번째 사례는 두 입자로 구성된 가장 간단한 핵과 관련이 있습니다. 중성 핵, 하나의 양성자와 하나의 중성자; 2 개의 양성자로 구성된 디프로톤; 및 두 개의 중성자로 구성된 Dineutrons. 우리 우주에서는 중수소 만 안정적입니다. 헬륨의 생산은 먼저 두 양성자를 중수소로 결합하여 발생합니다.
강한 핵무기가 더욱 강력하다면, 디프로톤은 안정적 일 수 있습니다. 이 경우, 별은 가장 단순하고 빠른 원자력 반응을 통해 에너지를 생성 할 수 있었으며, 여기서 양성자는 결합하여 디프로톤과 다른 헬륨 동위 원소가되었다. 때때로 별들은 치명적인 속도로 핵연료를 타고 화상을 입을 것이라고 주장되며, 생물구를지지하기에는 너무 짧은 평생이 발생합니다. 반대로, 강한 힘이 약하면 중수소가 불안정하고 무거운 원소로가는 경로의 일반적인 디딤돌은 이용할 수 없습니다. 많은 과학자들은 안정적인 중수소가 없으면 전혀 무거운 요소가없는 우주로 이어질 것이며 그러한 우주는 복잡성과 삶이 없을 것이라고 추측했다.
결과적으로 별은 매우 안정적인 엔티티입니다. 그들의 구조는 자동으로 조정하여 자신의 중력의 호감에 대해 스스로를 지원하는 데 필요한 올바른 속도로 핵 연료를 태우도록 자동으로 조정됩니다. 핵 반응 속도가 더 높으면 별은 중앙 온도가 낮을 때 핵연료를 태울 것이지만 그렇지 않으면 그렇게 다르지 않을 것입니다. 사실, 우리 우주는 이러한 유형의 행동의 예를 가지고 있습니다. 중수소 핵은 양성자와 결합하여 강한 힘의 작용을 통해 헬륨 핵을 형성 할 수 있습니다. 이 반응의 발생 가능성을 정량화하는이 반응의 단면은 일반적인 수소 융합보다 2 천만 배 더 큽니다. 그럼에도 불구하고, 우리 우주의 별들은 상대적으로 사건이없는 방식으로 중수소를 태 웁니다. 항성 코어는 평범한 조건에서 수소를 태우는 데 필요한 1,500 만 개의 켈빈과 비교하여 1 백만 개의 켈빈의 작동 온도를 가지고 있습니다. 이 중수소 연소 된 별은 더 차가운 중심이 있으며 태양보다 다소 크지 만 그렇지 않으면 눈에 띄지 않습니다.
마찬가지로, 강한 핵무기가 낮다면, 안정된 중수소가 없을 때 별이 계속 작동 할 수 있습니다. 많은 다른 과정은 별이 에너지를 생성하고 무거운 원소를 합성 할 수있는 경로를 제공합니다. 삶의 첫 부분에서 별은 천천히 수축하고 중앙 코어는 더 뜨겁고 밀도가 높으며 태양의 전력 출력으로 빛납니다. 우리 우주의 스타들은 결국 핵 융합을 발화 할만 큼 뜨겁고 밀도가 높지만, 대체 우주에서는이 수축 단계를 계속하고 중력 전위 에너지를 잃어서 힘을 창출 할 수 있습니다. 가장 긴 스타는 최대 10 억 년 동안 태양과 비교할 수있는 전력 출력으로 빛날 수 있습니다. 아마도 생물학적 진화가 일어나기에 충분할 것입니다.
충분히 거대한 별의 경우, 수축은 가속화되어 치명적인 붕괴가 될 것입니다. 이 별들은 기본적으로 초신성으로 갈 것입니다. 그들의 중앙 온도와 밀도는 원자력이 발화 될 수있는 큰 값으로 증가 할 것이다. 이 별들의 죽음의 왕국에서 많은 유형의 원자력이 일어날 것입니다. 이 폭발성 핵 합성 과정은 중수소 부족에도 불구하고 우주에 무거운 핵을 공급할 수 있습니다.
그러한 우주가 미량의 무거운 원소를 생산하면, 나중에 별의 별들은 핵 연소를위한 또 다른 옵션을 가지고 있습니다. 탄소 질소-산소 사이클이라고하는이 과정은 중간 상태로서의 중수소를 필요로하지 않습니다. 대신, 탄소는 헬륨의 생산을 일으키는 촉매로서 작용한다. 이주기는 태양의 내부에서 작동하며 총 전력의 작은 부분을 제공합니다. 안정한 중수소가없는 경우, 탄소 질소-산소 사이클은 에너지 생성을 지배 할 것이다. 그리고 이것은 원자력 발전을위한 옵션을 소진하지 않습니다. 별은 또한 탄소 생산을위한 삼중 알파 공정과 대략 유사한 삼중 핵과 공정을 통해 헬륨을 생성 할 수 있습니다. 따라서 별은 대체 우주에서 에너지와 복잡한 핵을 모두 제공하기위한 많은 채널을 가지고 있습니다.
미세 조정의 네 번째 예는 은하 및 기타 대규모 구조의 형성에 관한 것입니다. 그들은 우주 시간의 초기 순간에 생성 된 작은 밀도 변동에 의해 시드되었습니다. 우주가 충분히 식은 후, 이러한 변동은 중력의 힘으로 더 강해지기 시작했고, 더 밀도의 영역은 결국 은하와 은하 클러스터가됩니다. 변동은 작은 진폭으로 시작되었으며, , 0.00001과 같습니다. 따라서 원시 우주는 엄청나게 매끄 럽습니다. 가장 밀도가 가장 높은 영역의 밀도, 온도 및 압력은 100,000 명당 몇 가지 부분 내에서 동일했습니다. q 의 값 우주에서 미세 조정의 또 다른 가능한 사례를 나타냅니다.
q 더 낮았으므로 변동이 우주 구조가 될 정도로 강해지기까지 더 오래 걸렸을 것이며, 은하는 밀도가 낮았을 것입니다. 은하의 밀도가 너무 낮 으면 은하의 가스가 식힐 수 없습니다. 은하 디스크에 응축하거나 별에 합류하지 않을 수도 있습니다. 저밀도 은하는 생명을위한 생존 가능한 서식지가 아닙니다. 더 나쁜 것은, 긴 지연으로 인해 은하가 전혀 형성되는 것을 막을 수 있습니다. 약 40 억 년 전에 시작하여 우주의 확장은 물질을 응집 할 수있는 것보다 더 빨리 가속화하고 당기기 시작했습니다. q 너무 작아서 구조 형성이 완료되기 전에 가속이 시작되었을 정도로 은하가 붕괴되는 데 너무 오래 걸렸을 수 있었고, 추가 성장이 억제되었을 것입니다. 우주는 복잡성이없고 생명이 없어 질 수있었습니다. 이 운명을 피하기 위해 q 의 가치 10 배 이상 더 작을 수 없습니다.
q 더 커졌습니까? 은하는 일찍 형성되어 밀도가 높아 졌을 것입니다. 그것은 또한 습관의 전망에 위험을 초래했을 것입니다. 별들은 서로 훨씬 더 가까워서 더 자주 상호 작용했을 것입니다. 그렇게함으로써, 그들은 궤도에서 행성을 벗겨 내고 깊은 공간으로 상처를 입을 수있었습니다. 또한 별이 함께 가까워지기 때문에 밤하늘은 더 밝아 질 것입니다. 별 배경이 너무 조밀 한 경우, 결합 된 별빛은 다른 적절한 행성의 바다를 끓일 수 있습니다.
이 경우 미세 조정 인수는 그다지 제한적이지 않습니다. 은하의 중앙 영역은 실제로 모든 행성이 무인할 수없는 강렬한 배경 방사선을 생성 할 수 있습니다. 그러나 은하의 외곽은 항상 거주 가능한 행성이 생존하기에 충분한 밀도가 낮을 것입니다. 은하 부동산의 상당한 부분은 Q 에도 불구하고 실행 가능합니다. 우리 우주보다 수천 배 더 큽니다. 어떤 경우에는 은하가 훨씬 더 친절 할 수 있습니다. 은하계의 대부분을 통해 밤하늘은 지구상에서 우리가 보는 햇빛과 같은 밝기를 가질 수 있습니다. 행성은 자신의 태양보다는 배경 별의 전체 앙상블에서 생명을주는 에너지를받을 것입니다. 그들은 거의 모든 궤도에 상주 할 수 있습니다. 우리 자신보다 밀도가 더 큰 대체 우주에서는 명왕성조차도 마이애미만큼 일광을 얻을 수 있습니다. 결과적으로, 적당히 밀집된 은하계는 은하수보다 더 거주 가능한 행성을 가질 수 있습니다.
요컨대, 우리 우주의 매개 변수는 큰 요인에 따라 다양 할 수 있었으며 여전히 작업 별과 잠재적으로 거주 가능한 행성을 허용했습니다. 중력의 힘은 1,000 배나 더 강하거나 약 10 억 배나 약한 경우가 많았으며, 별은 여전히 오래 지속 된 핵 연소 엔진으로 기능 할 것입니다. 전자기력은 100의 요인에 의해 더 강하거나 약할 수있었습니다. 핵 반응 속도는 많은 순서에 따라 달라질 수있었습니다. 대안 적은 물리학은 행성과 사람들의 기본 원료를 구성하는 무거운 원소를 생산할 수있었습니다. 분명히, 별 구조와 진화를 결정하는 매개 변수는 지나치게 미세 조정되지 않습니다.
우리의 우주가 특히 미세 조정되지 않은 것처럼 보이지만, 우리의 우주는 여전히 인생이 발전하기 가장 좋은 우주라고 말할 수 있습니까? 우리의 현재 이해는 대답이 아니오임을 암시합니다. 삶에 더 친근하고 아마도 더 논리적 인 우주를 쉽게 구상 할 수 있습니다. 초기 밀도 변동이 더 강한 우주는 밀도가 높은 은하를 만들어서 우리 자신보다 더 거주하는 행성을 지원할 수 있습니다. 안정된 베릴륨이있는 우주는 탄소 생산에 간단한 수로를 가지고 있으며 트리플 알파 공정의 합병증이 필요하지 않습니다. 이러한 문제는 여전히 탐구되고 있지만, 우리는 우주가 복잡성과 생물학의 발달을위한 많은 길을 가지고 있으며, 일부는 우리 자신보다 훨씬 더 유리할 수 있다고 말할 수 있습니다. 이러한 일반화에 비추어, 천체 물리학 자들은 우리 우주의 미세 조정 정도를 포함하여 다중 사람들의 가능한 영향을 재검토해야한다.
Fred Adams는 Ann Arbor에있는 미시간 대학교의 물리 교수입니다. 그는 American Astronomical Society, National Science Foundation Young Investigator Award 및 미시간 대학교에서 수많은 교육 상을 수상했습니다. 그는 의 공동 저자이다 우주의 5 세 :영원의 물리학 내부와 존재의 기원 :우주에서 생명이 어떻게 나타 났는지.
이 기사는 원래 에 출판되었습니다 2017 년 1 월 Nautilus Cosmos .
