NASA图解宇宙膨胀，揭示宇宙扩张奥秘

宇宙膨胀示意图。来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室

新研究考察宇宙膨胀，得出新的德雷克方程

1960 年，为筹备第一届 SETI 会议，康奈尔大学天文学家弗兰克-德雷克（Frank Drake）提出了一个等式，用于计算银河系中可探测到的外星文明的数量。与其说该方程是一个科学原理，不如说它是一个思想实验，总结了 SETI 研究人员所面临的挑战。这就是后来众所周知的德雷克方程，至今仍是搜寻地外智能（SETI）的基础。此后，天文学家和天体物理学家对该方程提出了许多更新和修订。

这得益于对地球生命起源及其出现前提条件的持续研究。在最近的一项研究中，由杜伦大学领导的天体物理学家提出了一个生命出现的新模型，该模型关注宇宙膨胀的加速度（又称哈勃常数）和恒星形成的数量。由于恒星对于我们所熟知的生命的出现至关重要，因此这个模型可以用来估算在我们的宇宙和宇宙之外（即多元宇宙场景中）出现智慧生命的概率。

这项研究由杜伦大学计算宇宙学研究所的博士后助理研究员丹尼尔-索里尼（Daniele Sorini）领导，并由欧洲研究理事会（ERC）资助。与她合作的还有英国皇家天文台和爱丁堡大学天文学研究所的宇宙学教授约翰-皮科克（John Peacock），以及日内瓦大学理论物理学部的卢卡斯-隆布里瑟（Lucas Lombriser）。详细介绍他们研究成果的论文最近发表在《皇家天文学会月刊》上。

德雷克方程是一个数学公式，用于计算在宇宙中发现生命或高级文明的概率。资料来源：罗切斯特大学

如前所述，德雷克方程并不是用来估算地外智慧生命（ETI）数量的工具，而是科学家在宇宙中寻找生命的指南。该方程的公式为

其中，N 是银河系中我们可能与之交流的文明数量，R* 是银河系中恒星形成的平均速度，fp 是这些恒星中拥有行星的部分，ne 是实际能够支持生命的行星数量，fl 是将会发展出生命的行星数量，fi 是将会发展出智慧生命的行星数量，fc 是将会发展出传输技术的文明数量，L 是这些文明将信号传输到太空的时间长度。

从同样的意义上说，这项新研究并不试图计算宇宙中智慧物种的绝对数量。相反，研究小组提出了一个宇宙恒星形成历史的分析模型，以测量最广为接受的宇宙学模型中宇宙学参数的影响。在这个模型中，暗物质和暗能量（Lambda）约占宇宙物质能量密度的 95%。剩下的 5%，也就是我们每天都能看到的 “普通 ”物质，就是科学家们所说的重子物质（又称 “发光物质”）。

在他们的论文中，研究小组根据不同的暗能量密度计算了整个宇宙历史中普通物质转化为恒星的比例。恒星对生命至关重要，它通过核聚变产生较重的元素，从而形成行星、生物化学和我们所知的所有生命。他们的模型预测，恒星形成的最有效密度为 27%，而科学家在我们的宇宙中观测到的密度为 23%。简而言之，他们的研究结果表明，在多元宇宙的背景下，我们的宇宙是一个异常值。

早期暗能量可能导致早期星系种子（左图）萌发出比理论预测更多的明亮星系（右图）。资料来源：Josh Borrow/Thesan 团队

这些发现可能会对宇宙学以及正在进行的关于我们的宇宙是否对生命进行了 “微调 ”的争论产生重大影响。正如索里尼博士在皇家天文学会新闻稿中解释的那样：

“了解暗能量及其对我们宇宙的影响是宇宙学和基础物理学面临的最大挑战之一。支配我们宇宙的参数，包括暗能量的密度，可以解释我们自身的存在。但令人惊讶的是，我们发现即使暗能量密度明显更高，也仍然可以与生命相容，这表明我们可能并不是生活在最有可能存在的宇宙中。”

新模型还能让人们深入了解不同密度的暗能量如何影响宇宙的形成以及生命出现的条件。暗能量的影响推动了宇宙膨胀，使宇宙的大尺度结构（星系和星系团）之间的距离越来越远。要发展生命，物质必须能够聚集在一起形成恒星和行星，并在数十亿年内保持稳定--因为进化是一个持续数十亿年的长期过程。

这项研究的另一个启示是，恒星的形成和宇宙大尺度结构的演化随着时间的推移会达到一种平衡。这种平衡决定了生命出现和智慧生命最终发展所需的暗能量密度的最佳值。隆布里瑟（Lombriser）教授说： “运用该模型探索生命在不同宇宙中的出现，看看我们对自己宇宙的一些基本问题是否必须重新解释，这将是一件令人兴奋的事情。

德雷克方程可能需要额外的参数，包括Lambda能量密度（ld）和多重宇宙（mv）参数。无论如何，对生命的探索以及生命如何产生的问题仍在继续，就像弗兰克-德雷克方程本身一样！

进一步阅读： 皇家天文学会、MNRAS

BY：universetoday- Matt Williams

FY：Astronomical volunteer team

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