為什麼光速慢一點點，就不會有碳元素；讓光速快一點點，就不會有氧元素？

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《人類宇宙》中說到人類宇宙的誕生是多麼的不可思議，需要多麼多的巧合在一起。並說到：如果我是神，我讓光速慢一點點，那就不會有碳元素。讓光速快一點點，就不會有氧元素。為什麼？？

謝邀。要了解這個問題，涉及到兩方面知識，一是化學元素的起源是什麼？二是光速如何影響元素內部相互作用？

化學元素的起源是什麼？

宇宙的時間和空間都來源於137億年前的大爆炸。最初，宇宙中充滿了光和夸克，隨後，夸克組成了質子和中子。

大約3分鐘之後，這些質子中子冷卻之後組成了原子核。這個過程稱為核合成。氫、氦、鋰、鈹等元素被大量合成了。而直到今天，宇宙中90%的物質仍然是氫核。但這時宇宙仍然太熱，這些原子核無法吸引電子而形成原子。要形成原子，還要等待30萬年之後。

到那時候，宇宙冷卻到可以形成原子。從宇宙微波背景輻射中，我們仍能看到這些早期原子的信號。

前面四種元素是最早期形成的，而其他元素的形成涉及到核聚變過程。

所有質子都是帶正電的，因此相互排斥。要讓它們緊密地形成原子核，需要另外一種力來讓它們相互吸引。這種力叫做強力。質子相互碰撞，最終強力大於電磁斥力而使它們束縛在一起形成原子核。這個過程就叫做核聚變。

大爆炸之後的原子通過引力相互吸引，並聚集成大的雲狀物。雲內部的壓力把它自身加熱到幾百萬度的溫度，從而導致氫聚變為氦，從而形成了恆星。核聚變先從內部開始，然後發展到外部。這個過程使恆星膨脹，進而冷卻，最終把它變為紅巨星。

一旦內核的氫在聚變過程消耗完，氦開始聚變為碳、氮、氧。

這個聚變過程，小質量（小於8倍太陽質量）的恆星演化成白矮星。白矮星主要由碳、氧組成，並且密度極大。

大於8倍太陽質量的恆星（稱為超巨星），它的引力足夠強，聚變得到碳原子，隨後再聚變得到氖、氧、鎂原子。然後，氧聚變為硫、硅、磷和鎂。硅繼續聚變出重元素，一直到鐵元素。

但是，這個過程不能產生比鐵元素更重的元素，因為前面的聚變過程都是釋放能量，可以促使聚變繼續發生，而產生更重的元素需要吸收能量，使得強力釋放的能量不足以克服電磁斥力。

超巨星的終點是超新星，最重的元素是在超新星中產生的。超新星的內核被鐵元素充滿，它的壓力和溫度不斷升高。內核釋放出大量伽馬射線，促使電子質子融合為中子，同時釋放大量能量和中微子。這個過程會導致大量包含中微子的衝擊波，比鐵重的元素一直到鈾元素，都是這個過程產生的。

總結一下，最輕的四種元素在大爆炸之後就產生，鎂以及之前的元素在紅巨星中產生，鐵以及之前的元素在超巨星中產生，從鐵到鈾元素在超新星中產生。

星雲、塵埃、星球中的原子相互碰撞，大量化學反應不斷發生。這些反應最終產生了生命，從而產生了我們人類。

光速如何影響元素內部相互作用？

這裡實際上假設了，光速在物理中不是一個基本常數。如果它可以改變，影響的是電磁相互作用，物理學中描述電磁相互作用的是精細結構常數 α 。

前面我們看到，要合成元素，需要強力克服電磁力，從而使質子束縛在原子核內，描述強力的是強相互作用耦合常數 $alpha_{s}$ 。
α和 $alpha_{s}$ 需要滿足一定的關係，像碳這一系列元素才是穩定的,電磁力如果變化，實際上就影響了元素的合成。

具體精細結構常數改變多少，會影響元素的合成。我可以給你一篇文獻，其中有具體的數學計算。文中講到的是 $alpha_{s}$ 的影響。類似的，僅改變α 也會產生類似的影響。
我把結論描述如下：

如果 $alpha_{s}$ 增加 4%, 星球的聚變就無法產生碳，基於碳元素的生命就更無法出現了。如果 $alpha_{s}$ 減小10%，核聚變都無法發生，基於核聚變的一系列天體物理過程也無法發生了。

文獻參見：Cosmology, Life, and the Anthropic Principle

不過，在物理學中光速一般被看做基本常數。任何一個基本常數的改變，都會改變一系列其他物理常數。那些現實世界肯定和我們現在看到的完全不一樣。

補充：評論中有人問我，鈾之後的元素為什麼產生不了？

它們實際上是在超新星中產生了，但是因為比鈾重的元素都是不穩定的，都會衰變為更輕的元素。所以自然界發現的元素都是鈾以及比鈾輕的元素。鈾雖然也是不穩定的，但是它的半衰期幾乎和地球壽命一樣，所以地球上還是有鈾元素存在的。

其他所有比鈾更重的元素，都是人類在實驗室合成的。早期合成一個新的元素，就可以得到一個諾貝爾獎。後來發現重元素越來越多，大家就覺得不稀奇了。

還有同學提醒，鎿和鈈在自然界也發現了。確實是這樣，人工合作這些元素之後，人們在鈾岩中也發現了有這兩種元素存在。除了這兩個元素，目前其他比鈾重的元素都要在實驗室合成。

如果減慢光的速度，只是一點點，我們的宇宙就沒有碳元素；
如果加快光的速度，只是一點點，我們的宇宙就沒有氧元素。
好險啊，差點什麼也沒有了！
為什麼光速控制著宇宙中碳元素和氧元素的合成呢？
我們先來看看宇宙中是怎樣合成碳元素的：
如果你相信大爆炸理論的話（不是所有人都相信的，比如說我前日去日本開會的時候在飛機機尾的小隔間吃薯片時遇見的來自大德州的Bruce牧師就不相信。。。。)
嗯，大爆炸之後，很快的，我們的宇宙中有了質子p，中子n，和電子e
也就有了合成一切的初始原材料，接下來它們就開始互相結合了。
p+e=1H，於是我們有了氕
p+n=2H, 於是我們有了氘
2H+2H=4He, 於是我們有了氦
重點來了：
4He+4He+4He=12C （以下稱該反應為3氦過程）於是我們有了碳，
看起來一切都是那麼理所當然吧，其實沒有啦。
愛因斯坦告訴我們核聚變要釋放能量

3氦過程釋放的能量是多少呢? 7.3367 MeV

原本，3氦過程是很難進行的；
必須要3氦過程釋放的能量恰好是能讓碳處於激發態下的能量，才能保證3氦過程順利進行。
那麼，讓碳原子保持激發態的能量是多少呢？7.3-7.6 MeV
這個激發態有一個名字，叫Hoyle State，Sir Fred Hoyle 就是下面這個老爺爺,
他也是大名鼎鼎的B2FH論文（闡述宇宙中重核合成論文）中的H。

Hoyle爺爺的計算表明：
碳原子的激發態和3氦過程釋放的能量相當，於是確保了自然界中現有濃度的碳12的形成。
那麼這個激發態又是由什麼決定的呢？精細結構常數
精細結構常數電磁相互作用中電荷之間耦合強度的度量，表徵了電磁相互作用的強度。
其表達式為：

分母上的C就是光速。
也就是說，光速C控制著精細結構常數，精細結構常數控制著碳原子處於的激發態所需能量，而這個能量又要恰好和3氦過程釋放的能量相當才能保持碳12合成的順利進行。

也就回答了為什麼這個光速必須跟阿拉木汗的身材一樣，不肥也不瘦，才行。

===============謝謝大家的討論======================

有很多人討論是否會由於光速的改變合成出新的元素，
從而衍生一個和地球完全不同的星球X
進而進化出和地球生物完全不同的物種生活在這個X星球上。

Hoyle State是基於地球上的生命是以碳氧元素為主要元素這一事實提出的。
如果碳12的Hoyle State比3氦合成釋放的能量高出479 KeV，
那麼宇宙中的就無法合成出足夠的碳12，就不會出現現有的碳基生命；
如果碳12的Hoyle State比3氦合成釋放的能量低出279 KeV，
那麼宇宙中就會合成出大量的碳12，導致氦4被消耗殆盡，
從而終止了4He+12C=16O的反應，我們就沒有氧氣了。
那麼，在不同的光速下，是否會有別的激發態滿足和3氦過程能量相當的元素大量合成；
如果有，是怎樣的元素，誰也不知道啊。
盜一張NASA的圖，下面那個是地球，上面那個是unknown。

=============過了一個周末看到這麼多贊好開心=============大家都在討論人擇原理（表示第一次聽說這個詞）
於是wiki了一些，了解到人擇原理已經上升到了哲學範疇，
是指「物質宇宙必須與觀測它的智能生命相匹配的理論」。
於是想到了上文提到的我在吃薯片的時候遇見的大德州Bruce牧師。
在簡單交談後他就很直接地問我為什麼不信仰上帝，
為了表達我對任何宗教信仰的尊重，我只是委婉得回答說是由於我的知識體系。
於是我舉了個例子：聖經說上帝第一天創造了地球，第五天創造了人類；
可是地球已經45億年了，人類起源卻只有200萬年左右。
Bruce悠閑地給自己倒了一杯橙汁，說：How do you know the Earth is that old?
於是我解釋了科學家怎麼在澳大利亞Jack Hill找到最老的鋯石，然後又怎樣發明了靈敏高解析度離子探針得到了精度到小數點後面7位的該鋯石鈾鉛同位素數據然後計算出45億年這個年齡。
Bruce聽完後露出迷之微笑，問我：How do you know all these?
我以為他是在質疑我的專業，於是告訴他這是我當年博士生資格考試的題目之一，
我用一個計算器和5張A4紙就可以算出來。
Bruce搖搖頭，捧了捧自己的大肚子，說：Why do you think you are smart enough to know all of these stuff?
然後，Bruce用手指了指上面，說：He made it!
我一時間，竟無言以對
現在想來，Bruce倒是用人擇原理給我上了生動的一課。。。

（無相互作用的，或真空中的）光速是什麼？就是無質量自由粒子運動的速度。

這個定義是根本性的，因為無質量就是0，在一個理論里你是不能隨便去改變0質量的。

自然單位制的無質量自由粒子拉式量和運動方程是沒有可以調整的常數的，能調整的只有在引入相互作用和別的有質量粒子後的各種質量以及耦合常數。所以改變光速等價於修改拉氏量中的所有質量和耦合常數，也就是改變相互作用的強度，那麼改變核力也是很正常的。

如果說改變光速只改變電磁相互作用，那是不對的。所以排名靠前的兩個人的回答，很好，但都是錯誤的，因為他們只討論了精細結構常數的變化，也就是只改變光子的速度。那除光子外別的無質量粒子怎麼辦？運動方程一模一樣但是描述的運動不一樣？數學和標準模型就一起崩潰了。

因為核力的改變，原本穩定的元素會變得不穩定，原本形成元素的過程發生改變，也都是可以預料的。但是具體怎麼變，我沒算過，沒有發言權。

不過如果考慮同位素，其實我是比較懷疑是不是某個元素的一切同位素都會不穩定，但是我沒算過，所以還是沒有發言權。

Triple-alpha process
原文的說法：
在恆星合成元素的過程中，從氦聚變到鈹再聚變到碳依賴於兩次激發態能級共振，使得反應變得容易。激發態能級與光速成比例，稍微改變百分之幾就不能共振了，反應會很難。
而從碳聚變到氧恰好避開了激發態能級共振，否則碳容易繼續聚變成氧(會變得像鈹一樣稀有)。

所以生命的存在依賴於多個巧合，乃至多宇宙或者上帝？

這個說法並不正確：中等質量以上的恆星的引力足以暴力出奇蹟，無需巧合。

只要恆星核心停滯的「灰燼」質量趨近錢德拉塞卡極限(1.4個太陽質量)，引力足以碾壓原子核之間的斥力，把核反應強行繼續下去。從氦、碳、氧一直聚變到氖、鎂、硅、鐵，最後鐵核坍縮成中子星、恆星外層爆發成超新星。即使提高從氦到碳的門檻，也不如後面幾步反應的門檻高，在引力面前純屬螳臂擋車。

所以氦與碳之間的這些巧合，影響僅限於1.4個太陽質量以下的恆星的演化後期。這些恆星壽命接近宇宙年齡，大部分至今還活著，基本不影響宇宙元素合成。（短壽命的大質量恆星可以繁衍很多代。）

另外，大部分碳聚變成氧也不怕。反正氧和恆星外層的氫混合之後通過氫聚變的CNO循環還能回到碳，這個過程也產生了世界上幾乎全部的氮。

備註：恆星內部存在對流混合、外部通過恆星風散失質量、超新星爆發會拋出大部分質量，而且8個太陽質量以下的中等質量恆星反覆的氦閃還會在產生鐵之前把恆星逐漸吹散。所以碳和氧不會全部變成鐵而損失掉。

順便紀念超新星SN1987A爆發30周年，這是近現代史上唯一一顆肉眼可見的超新星。人類首次觀測到了來自恆星坍縮過程的25個中微子，以及鐵元素的「半成品」鎳56、鈷56同位素衰變的餘輝，基本符合理論預期。

A star explodes, providing new clues to the nature of the universe.
這句話名符其實。

這種結論當科普來聽是不合適的。

一個物理量不可能獨立被改變。換句話說，為了改變光速，與之相關的很多物理常數的值顯然都需要修改，在修改之後，所有的元素會改變，在那個新世界，原子跟電子相關的一些基本的常數都會不同了。

如果單獨改變光速，並且其他的所有物理常量不變。這就很容易推導出一些奇怪的結論，不過因為你沒法在不改變任何其他常量的情況下改變光速，那麼這個假設前提並不成立，在一個不成立的假設前提下，推導出任何奇怪的結論都有可能。

指出目前有關高票答案中的問題吧：

以現有知識來說，下面這些物理量都可能造成光速的改變。
e：基本電荷的電量，它的改變可能會影響電磁波的速度。
h：普朗克常數，決定了單個光子的能量，它的改變可能會影響電磁波速度。
$epsilon_{0}$ ：真空電容率，它本身就定義為 $frac{1}{mu _{0}c^{2} }$ ，所以它也一定是會被光速影響的。

3 氦過程放出的能量，等於 $mc^{2}$ ，其中質量是前後反應質量之差，因為光速的改變可能導致質子，中子，以及電子的質量改變，所以在光速改變後，3 氦過程釋放的能量一定不再等於 7.3367 MeV

同時，精細結構常數 $alpha =frac{e^2}{2epsilon _0hc}$ ，
這裡面，分子的 e 可能因為光速改變而改變，
分母的 $epsilon _0$ 一定會因為光速改變而改變，
普朗克常數 h 則一定會因為光速改變而改變，
最後的 c 自然本身就是光速所以也會改變。

換句話說，用於計算該反應的所有常數，都可能因為光速而改變，其中部分常數必定因為光速而改變，利用這樣的公式得出光速改變造成碳氧消失顯然是不合適的。

碳12原子的產生依賴於一種叫做霍伊爾態的共振態的存在，並且需要霍伊爾態的能量相對氦原子核能量的三倍在特定範圍內取值，而霍伊爾態的能量與精細結構常數有關，精細結構常數與光速有關。就是這個邏輯。

不過，在定量的意義上，這件事還有爭議。

參考：
http://arxiv.org/abs/1306.5083
http://philsci-archive.pitt.edu/5332/1/3alphaphil.pdf
https://arxiv.org/pdf/1505.06997.pdf

因為光速與元素都是我們所處的這個宇宙的固有特性的外在直觀表現，其中光速更為基礎一些。如果光速變了，就意味著這個宇宙的基本特性發生了變化，那就不止是幾個元素不會出現的事兒了。熱門答案答非所問。

根據人擇原理，目前的條件產生現在的人類。正是因為你產生了，你才意識到光速是個巧合。
如果光速慢一點點，可能產生另外一些元素，同樣產生出智慧生物。這種智慧生物也會說，宇宙真是結構巧妙，光速慢一點點就沒我們了....
所以根本沒那麼多巧合，只不過你是生活在這個光速的宇宙而已。其他光速的宇宙也可能產生智慧生物，對於其他宇宙的智慧生物來說，一切也很「巧合」。
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前面的高票答案已經從原理上說了為什麼光速慢一點就沒碳元素了。我只是就答主所提出的不可思議和巧合做一點解釋而已，提出一點看法，各位看官看下就好，不要認真。

論為什麼隕石總掉坑裡？

題目本身有問題，最長的答案也是。
光速慢一點點，就不會有現在定義的碳元素。讓光速快一點點，就不會有現在定義的氧元素——這樣嚴謹一些，邏輯關係前面其他答主已經說清楚了，稍微理解下。

光速慢一點點或者快一點點，連神都不是你了，不要說碳元素氧元素了，你丫還敢動光速？

確定不是本末倒置嗎？我覺得就是因為光速是這個速度才產生了碳元素和氧元素。如果光速不是這個速度，也許就產生了其他元素，也許生命就會以其他形式出現了呀！難道不是嗎？

光真特么太重要了，沒有光就不能生成萬物。我真不知道是先有光還是先有光源。

一滴墨水滴在坐標繫上（5，5）點人類驚嘆：向X正方向移一點就看不到（6，5）向X負方向移一點就看不到（4，5）好奇妙！

你隨手扔個東西，掉在了一個點上，這很平常，你先畫一個點，在扔東西，基本不可能，就是這道理。

宇宙是由若干處於量子態的最基本粒子合成而來，沒有數學意義上的連續函數那樣的變化路徑，並且不同宇宙遵循不同的物理常數。

好險丫，當年題主如果遊得慢一些，出生的就不會是你了

可是不管你遊慢遊快，總會有一個嬰兒出生的

你說是嗎？

你的出生是因為那天你媽在人海里多看了你爸一眼！如果那天你爸走快點，抑或你媽打個哈欠，沒看見你爸，抑或你媽那天畫口紅的時候，正好斧頭幫經過，口紅畫到臉上了，你就不能出生了！所以說你的出生是前無古人，後無來者的奇蹟！
看著結果推原因就是這麼不靠譜。

如果當初跑贏的是另外一個小蝌蚪呢？

從E=mc2中可以推得物質的量可以由能量和光速決定；從光的波粒二象性和量子力學可以知道原子能級躍遷需要特定單位數量的能量；從弦理論可以確認能量的最小單位等同於微觀粒子的最小單位。綜合以上，紀錄片所言非虛，畢竟原子質量是原子特異性的標誌之一。