一個猜想,宇宙中「一年」概念的長短是不是相近的?
建立「一年」的概念必須是智慧生物,一年的概念來自其最初進化出的行星的公轉周期。
基本假設1:智慧生物在行星上產生,由一顆恆星提供能源。
進化出智慧生物,至少需要複雜的生命形態有一定優勢。恐怕必須有恆星提供的,行星表面的穩定的輻射作為能源。基本假設2:生物生存在有液態水的環境中,即行星常溫在0-100℃。
水的化學性質非常特別,宇宙中的元素是有限的,其他組合再也沒這種特殊的性質了。可以推測宇宙中所有進化出來的生物(智慧創造的另說)都是依賴水的。要滿足兩個基本假設,恆星的質量就不能太大或行星離恆星太近。否則行星受到輻射就太強了,這樣行星的公轉周期就不可能太短(由恆星質量和軌道半徑決定)也就是「一年」的概念不可能太短(而且大質量恆星不穩定,無法安全進化出智慧生物)。反之,行星受到輻射也不能太弱,因此行星公轉周期也不可能太長。
因此,是否可以猜測宇宙中智慧生物的「一年」概念是差不多長的?
考慮到光速的特殊性,宇宙另一角落的智慧生物是否也在用和我們的「光年」差不多長的距離單位在度量宇宙呢?
天文學入門級票友試圖回答。因為太晚了所以只做個定性討論,並且引用維基百科的若干經驗公式:
(1)在合適的範圍內(0.43~2太陽質量),恆星的光度大約與恆星質量的4次方成正比。
(質光關係)
(2)對於給定的恆星,適居帶的距離大約與恆星和太陽光度之比的0.5次方成正比。
(適居帶的經驗公式)
則rx/r0=(Lx/L0)^0.5=(Mx/M0)^2
其中r是行星到恆星的距離,L是恆星的光度,M是恆星的質量。
故在合適的範圍內(0.43~2太陽質量),適居帶的距離與恆星質量的平方成正比。
另一方面,由萬有引力定律,行星的公轉周期與恆星質量的0.5次方成反比,與到恆星距離的1.5次方成正比。(可自行參見高中教材關於萬有引力定律的公式)
則對於以上適居帶內的恆星,公轉周期與恆星質量的2.5次方成正比。
於是對於0.43~2太陽質量的恆星,公轉周期在0.12年到5.66年不等。
對於這個質量範圍外的恆星,或許題主更加不認為適合支持生命了。於是剩下的問題是題主能在多大的誤差範圍內認為這個「相近」是可以容忍的……
但是就數學上的討論而言,真正達到「每個適居帶內的行星,無論其中央恆星為何,公轉周期總是差不多」等價於「適居帶內恆星的公轉周期是一個與中央恆星質量無關的常數」,從上面的推導可以看出,既然適居帶內的行星公轉周期與質量的2.5次方成正比,顯然不能說「一年」的長度對各個支持智慧生命的恆星都差不多。
時間只不過是人類假設出來的一個數學工具而已,在哪裡都一樣,在地球,在黑洞中心。在宇宙的盡頭等............
很好的猜想,但這個問題似乎沒有必要搞的那麼複雜,而且對時間的尺度定義也不重要。其實這個問題就是說,外星生物所在星球的公轉周期和地球是否接近?。
這個問題受幾個變數影響,首先恆星的大小和恆星的壽命是相關的,所以恆星不可能太大,如果太大的話,維持的時間會比較短,星系內的行星沒有足夠時間演化出生命。
既然恆星的大小(質量)是有一個範圍限制,那麼它的引力場也應該是有一個範圍。
前面說的是假設生命存在的條件是已知的,也就是行星和恆星的距離有一個範圍區間,那麼在這個距離內,行星的公轉速度其實是取決於恆星的引力場大小。也就是說,如果恆星比較大,那麼行星的公轉速度也要更快(在相同距離上),用慣性作用力來抵消引力。
然後還有一個問題,就是恆星的光度和恆星質量的關係,根據前面 @萬鉚工 的回答,已經得出光度和引力的關係並不是對等的,因此結論得出,即使在保持和地球相同光度的情況下,因為恆星的大小不同,公轉的周期也會不同。
PS:非物理專業,天文物理愛好者,如果說的不對,歡迎指正
基本假設2站不住腳,水的特殊性質不知道指的是什麼?水在生物體內一大重要任務就是運送物質,這個能做到的太多了。即便生物體非水不可,那還有不同大氣壓呢,怎麼就非得0到100度了呢
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