宇宙从哪里来  第一章 如果光速只有一半(4)

2015-02-26 17:40:37
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让我们看看,现实中太阳因为辐射每年损失的质量很惊人,高达20亿亿公斤,但这和太阳的总质量无法比,太阳质量比每天损失的质量要整整大出13个量级,如果我们想仅仅通过核聚变将太阳的质量消耗完,需要的时间比宇宙年龄还要长一千倍(宇宙年龄现在的估计值是138亿年)。其实,等不到大部分质量辐射掉,50亿年后,太阳将变成红巨星,其半径正好将地球吞没。

如果光速降低一半,太阳每年损失的质量大了四倍,基本也不会让太阳在变成红巨星之前轻了多少。所以,太阳还是很幸运的。同样幸运的是我们人类,因为太阳辐射的能量不变,地球照样保持同样的光照,万物继续生长。
 

如果你学过一点关于波的知识,你会说,如果光速变了,那么光的波长就变了。例如,太阳发出光的主要部分黄色光的波长是580纳米左右,现在就该只有一半了,290纳米。这是为什么?原因很简单,因为光的能量没有变化,那么它的频率就没有变,在一秒中它该振动多少次还是振动多少次。但是,它每振动一次跑的距离就是波长,既然速度下降了,这个距离或波长就下降了。 

你接着问,是不是我们不会再看到黄色光了。事实上,整个可见光的波长都缩短了一半,原来红色光的波长缩短到比原来紫色光的波长还要短,短到紫外光去了,我们是否看不到任何物体了?答案是不会,我们还会看到所有可见光。这是因为,人眼中的视锥细胞和视杆细胞中用于感光的化学物质没有变,它们仍然能够吸收固定频率的光,既然光的频率没有变,可见光仍然可见。只是,大脑如何形成对这些光的感觉我们不得而知。

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(人的眼睛靠视锥细胞和视杆细胞感受光,这是原子物理层次上的反应,既然光的能量没有变,原子物理没有变,那么眼睛该吸收什么频率的光还是吸收什么频率的光)

总结一下,如果我们能够保证原子物理和原子核物理不改变,改变光速看起来不会为我们人类带来什么变化。

那么,改变光速的同时,我们真的能够保证不改变原子物理吗?下面让我们一步一步推理,看我们能否做到这一切。 

想想看,地球每天绕太阳运动,这是太阳用万有引力拉着地球的结果。因此,不论改变什么,我们不想改变太阳的质量,也不想改变地球的质量,否则万有引力会发生变化,地球轨道也就会发生剧烈变化,人类可承受不起。太阳的质量来自组成太阳无数个原子核,因此我们不想改变原子核的质量。同样,我们也不想改变电子的质量,因为原子和分子的大小与电子的质量有关,原子和分子的大小改变了,一切动物和植物的大小也会改变,这会引起难以想象的灾难。比方说,如果将电子的质量降到一半,原子的大小就会变成原来的两倍大,你的身高就会从178厘米变成356厘米,比姚明的身高226厘米还要整整多出130厘米,你认为你还能正常走路,正常生活吗?

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(如果电子的质量轻了一倍,1身高178厘米的人将变成身高356厘米,不仅比姚明高了130厘米,比篮圈还要高)

现在我们有了两个很好的理由让原子核和电子的质量保持原样。接下来,我们该考虑电荷的大小了。有一点应该肯定,电子电荷的大小必须严格等于质子电荷的负值,否则,中性的原子就不可能存在。如果原子都不是中性的,很难想象它们能够结合在一起形成灰尘、岩石和水,更难想象它们能够结合在一起形成动物和植物。 

为什么质子的电荷的绝对值恰好等于电子电荷的绝对值而又相差一个符号?在上世纪70年代之前没有人知道原因。事情到了上世纪70年代才有改观,但这不是我们这本书的话题。

好了,就让我们确定质子的电荷的绝对值严格等于电子电荷的绝对值。接下来的问题是,我们能够同时改变它们的大小吗?不能。如果我们这样做,质子和电子之间的力就会改变,同样会改变原子的大小。至少,我们不能将电荷的大小改变太多,否则人体同样会变得太大或太小。 

前面说过,改变电子质量会改变原子的大小,现在我们又说改变电子的电荷也会改变原子的大小。你可能会问,如果我们在改变电荷大小的同时也改变电子的质量,能够找到一个途径让原子的尺寸不发生改变吗?答案是肯定的。例如,在将电子的质量放大一倍的情况下,如果我们将电子电荷的平方缩小一倍,原子就会保持原样了。

现在轮到原子核物理出场了。假如我们将电子电荷的平方改变一点,我们就同时改变了质子的电荷。有人计算过,如果将电荷平方仅仅改变百分之四,碳原子核就不可能在恒星中通过核聚变形成。宇宙学家还告诉我们,碳原子核并不是自开天辟地以来就存在的,它们只能在恒星中通过更轻的原子核聚变形成。如果没有碳原子核,自然没有碳水化合物,自然就没有了动物和植物。因此,尽管你可以通过改变电子的质量来应付电荷的改变以保障原子的大小,你却可能因电荷的改变失去了碳。还有物理学家指出,如何电荷变大4倍以上,恒星中的任何聚变都不会发生,从而整个宇宙黑暗一片,死气沉沉。 

(未完待续)

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名家简介
李淼简介:
男,1962年10月出生。中国科学技术大学交叉学科理论研究中心教授,研究方向包括超弦理论、量子引力等。
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