Was könnte passieren, wenn jede der vier Grundkräfte stärker oder schwächer würde? [geschlossen]

Nur um zu beginnen (ich werde dies weiter aktualisieren, wenn ich mehr finde):

• Wenn die starke Kernkraft (die Kraft, die Quarks zu Protonen und Neutronen zusammenbindet und Protonen und Neutronen im Kern zusammenbindet) um 5 % stärker oder schwächer wäre, wäre Leben unmöglich.
• Wenn die Schwerkraft stärker wäre, würden Sterne schneller ausbrennen; Dies gilt bis zu dem Punkt, dass die Sonne bei einer um den Faktor 10 stärkeren Schwerkraft bereits die Größe eines roten Riesen erreicht hätte und die Erde nicht mehr existieren würde.
• Wenn die schwache Kernkraft deutlich stärker gewesen wäre, hätte der Urknall den gesamten Wasserstoff zu Helium verbrannt, was zu einem Mangel an Wasser und stabilen Sternen geführt hätte. Wenn es deutlich schwächer gewesen wäre, hätte keines der Neutronen beim Urknall in Protonen zerfallen können.
• Wenn die starke Kernkraft 1 % stärker oder schwächer als ihr aktueller Wert wäre, könnte Kohlenstoff nicht in großen Mengen innerhalb von Sternen erzeugt werden, und wenn sie 2 % stärker wäre, würde entweder die Bildung von Protonen blockiert werden, also gäbe es keine Atome oder binden sie zu Diprotonen, wodurch ein Brennen der Sterne unmöglich wird.
• Wenn die elektromagnetische Kraft etwas stärker wäre, wären Hauptreihensterne zu kalt, um Leben zu fördern. Wenn es etwas schwächer wäre, wären Hauptreihensterne zu heiß, um Leben zu fördern, und sie wären auch sehr kurzlebig. Eine leichte Verstärkung könnte auch alle Quarks in Leptonen verwandeln oder Protonen dazu bringen, sich so stark abzustoßen, dass selbst die leichtesten Atome nicht existieren könnten.

Ein Buch mit mehr Informationen ist John Leslies Buch Universes ; Hier ist ein Link zum Google-Buch.

Hoffe das hilft!

Die starke Kraft

In unserem Universum ist die starke Kernkraft nicht stark genug, um den Helium-2-Kern zusammenzuhalten, also kann Helium-2 nicht existieren. Aber wenn die starke Kraft nur ein kleines bisschen stärker wäre, dann würde Helium-2 existieren und die Fusion von Wasserstoff zu Helium-2 wäre möglich, und die Welt wäre anders.

Wie viel stärker?

• Barrow und Tipler sprechen von 2,4 %.
• MacDonald und Mullan zitieren eine Abhandlung von Barrow mit 13 %.
• Wikipedia zitiert RAW Bradford mit 2 %, obwohl Bradfords Artikel tatsächlich überhaupt keine Zahl enthält.

Aber die ganze Argumentation ist sowieso weitgehend Unsinn. RAW Bradford hat in The Effect of Hypothetical Diproton Stability on the Universe (J. Astrophys. Astr. (2009) 30, 119–131) den frühen Kosmos für verschiedene Stärken der starken Kraft berechnet, bis zu 40 % stärker als unsere eigen. Seine Berechnungen zeigen, dass die Menge an Helium-2, die beim Urknall produziert wird, … überhaupt nicht ist . Es ist nicht wahr, dass, wie Barrow und Tipler sagen, der gesamte Wasserstoff im Universum in Helium-2 umgewandelt wird. Im Gegenteil, nichts davon ist es.

Es ist nicht so, dass die Fusionsreaktion nicht existiert: sie existiert. Aber es ist langsam, und der Urknall kühlt schnell ab, so dass es für eine Fusion zu kalt ist, lange bevor eine messbare Menge Helium-2 hergestellt wurde. Darüber hinaus gibt es in der ersten Sekunde des Urknalls, wenn das Universum heiß genug für eine Proton-Proton-Reaktion ist, so viel Hitze und Licht, dass es sofort alle Diprotonen, die sich möglicherweise gebildet haben, zersplittert und sie in Stücke sprengt.

Was die Strenge der starken Krafteinschränkung anbelangt, stellen J. MacDonald und DJ Mullan in dem arXiv-Artikel Big Bang Nucleosynthese: The Strong Nuclear Force meets the Weak Anthropic Principle detaillierte Berechnungen vor, die zeigen, wie die Synthese verschiedener Kerne im Urknall aussehen würde von einer starken Kraft beeinflusst, die 10 %, 20 %, 30 %, … stärker ist als die, die wir haben. Ihre Schlussfolgerung lautet: „Unser Hauptergebnis ist, dass die Existenz gebundener Diprotonen- und Dineutronenkerne beim Urknall nicht unbedingt zu einer vollständigen Umwandlung von Wasserstoff in Helium führt. Stattdessen gibt es Parameterbereiche, für die erhebliche Mengen an Wasserstoff verbleiben … [D] Die endgültige Wasserstoffhäufigkeit ist größer als 50 % des Standard-BBN-Werts [Urknall-Nukleosynthese] für Erhöhungen der Konstante der starken Kraftkopplung von weniger als etwa 50 %.Anthropische Grenzen für die starke Kraftstärke von BBN sind in der Tat schwach. '

Die Hoyle-Resonanz

Wenn Beryllium-8 mit Helium-4 in der richtigen Art von Stern kollidiert, entsteht Kohlenstoff-12. Es gibt sehr viel überschüssige Energie, was bedeutet, dass der Kohlenstoff-12-Kern in einem hochgradig angeregten Zustand ist und sich selbst in Stücke sprengt, bevor er sich genug zusammentun kann, um ein Teilchenpaar zu bilden und einen Gammastrahl zu emittieren, den Überschuss zu emittieren Energie und beruhigen Sie sich in einem ruhigen und respektablen mittleren Alter. Folglich gibt es kein Kohlenstoff-12, und wir existieren auch nicht.

Was die Welt rettet und uns existieren lässt, ist, dass es eine Resonanz des Kohlenstoff-12-Kerns gibt, bei$7.656$MeV, was bedeutet, dass der angeregte Kern lange genug wie eine Glocke läutet, damit die überschüssige Energie ausgelassen werden kann. Was bedeutet, dass Kohlenstoff-12 existiert , und wir auch.

Nun denken die Leute manchmal, dass dies bedeutet, dass die starke Kraft nicht anders sein darf als sie ist (zu hochpräzise), sonst wäre die durch die Fusion erzeugte Energie falsch und die Hoyle-Resonanz könnte uns nicht retten. Das ist Unsinn.

1. Die Abhängigkeit der Fusionsenergie von der Stärke der starken Kraft ist berechenbar. Die Abhängigkeit der Energie der Hoyle-Resonanz von der Stärke der starken Kraft (genau genommen der starken Kraft s zwischen Quarks) entzieht sich derzeit unserer Berechnungsmöglichkeit. Es war schwierig genug, die Resonanz auf der Grundlage der heutigen Kräfte zu berechnen: Eine Berechnung wurde schließlich 2011 mit Supercomputern durchgeführt und Ende 2012 verfeinert, aber selbst dann war dies nur mit einigen vereinfachenden Näherungen möglich. Evgeny Epelbaum, Hermann Krebs, Timo A. Lähde, Dean Lee und Ulf-G. Meißner, 'Struktur und Rotationen des Hoyle-Staates', Phys. Rev. Lett. 109, 252501 (2012). Es ist durchaus denkbardass die Energie der Hoyle-Resonanz genauso von der starken Kraft abhängt wie die Energie der Fusionsreaktion, so dass unabhängig von der Stärke der starken Kraft die Hoyle-Resonanz dafür sorgt, dass das Kohlenstoff-12 überlebt.

2. Wenn die Hoyle-Resonanz leicht verstimmt ist, laufen alle möglichen Reaktionen anders ab, nicht nur die Kohlenstoffreaktion . Das Endergebnis ist, dass der Stern weniger Kohlenstoff produziert, aber auch weniger stabil ist, was bedeutet, dass er eher dazu neigt, Gasschwaden in das interstellare Medium zu spucken. Es wird weniger Kohlenstoff produziert, aber wir sehen mehr davon. Es gibt also reichlich Kohlenstoff, aus dem wir gemacht werden können. M. Livio, D. Hollowell, A. Weiss, JW Truran, „Die anthropische Bedeutung der Existenz eines angeregten Zustands von$^{12}$C', Nature 340 , 281-284 (1989).