深空之下 作者:最终永恒

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    这是一个充满了奇迹的宇宙。其中，最大的奇迹就是，它孕育了生命，并且产生了能够观察和思考宇宙的智慧生命。要走到这一步，需要很多前提，比如大尺度的宇宙结构，星系，恒星，行星的存在，化学反应，生命起源等等。这些都是概率小得令人难以置信的巧合。

    宇宙的本质是物理（这一句存有疑问），它的运行受物理定律支配。而在众多的物理定律中包含了大量的物理学常数，这些常数的值，决定了我们宇宙的最终形态。可以说，宇宙中的所有巧合与奇迹，都是由于这些常数的值落在一些非常小的范围内。如果这些常数的值发生很小的变化，我们的宇宙就会面目全非，不但不会孕育生命，连星系和恒星都不会出现。

    所以，人们常常把这样的宇宙称为精确调节的宇宙（fiuned universe）或刀锋上的宇宙（uhe knifeedge）。

    下面我们来看看，要达到现在宇宙的状态，对物理学常数的精确度范围有多么令人发指的要求。

    1.万有引力常数出现在从牛顿的万有引力定律到广义相对论的很多物理定律中，对宇宙宏观结构至关重要。这个常数的值大家应该也不陌生：6.67 x 10^11。

    如果万有引力常数比现在的值小10^36，恒星将无法稳定存在。它自身的引力无法与来自内核聚变的辐射压力抗衡，将会在顷刻间土崩瓦解。

    如果万有引力常数比现在的值大10^40，在过于强大的引力作用下，宇宙中将布满黑洞，不会再有恒星。

    10^36是一个小到人类的大脑无法理解的一个数字。下面这个例子也许可以帮助你理解它。如果你把10^36颗直径0.1毫米的沙粒连接起来，它的长度会达到可观察宇宙直径（930亿光年）的114倍。在这样一个难以想象的长度上，如果你取掉一粒沙，整个宇宙就崩溃了。

    此外，还有其他一些参数对现在宇宙的状态起着重要作用。它们有的是物理学常数，有的是多个常数共同作用的结果。

    2.恒星核聚变的效率是0.007，它表示在氢元素聚变成氦元素的时候，有0.7%的质量转化为能量。这个参数由若干其他物理学常数决定，包括强相互作用力的大小。如果这个参数的值是0.006，那么复杂的化学元素将无法存在，生命活动所依赖的复杂化学发应也无从发生。如果这个参数的值是0.008，那么所有的氢元素将会在大爆炸后迅速消耗殆尽。不过并非所有物理学家都赞同这一观点，他们认为，只要强相互作用力的增加不超过50%，氢元素是可以长期稳定存在的。

    3.宇宙的密度参数是宇宙中的物质密度和关键密度（critisity）的比例，这个值约等于1。如果宇宙的物质密度太大，暗能量不足以推动宇宙膨胀，那么宇宙就会在大爆炸以前迅速收缩。相反，如果宇宙的物质密度太小，就无法提供足够的引力形成恒星。

    4.宇宙学常数描述了暗能量密度和宇宙关键能量密度的比例。这个常数的数量级是10^122。这个微乎其微的数值决定了它只能在10亿光年的尺度上发挥作用。如果它不是这么小，恒星和星系都无法形成。

    5.碳12原子的第三低能态是7.656mev。如果这个值低于7.596mev或高于7.716mev，恒星制造的碳元素将不足以支持碳基生命。同样，要制造出满足地球生命所需的氧元素，我们对强相互作用力大小范围的要求是0.5%，而对电磁力大小范围的要求是4%。当然，如果你相信其他元素，比如硅，也可以支持生命，就可以忽略这一点。

    这样的例子还有很多，比如精细结构常数，宇宙的维度等等，这里就不一一赘述了。不过，不能忽视的一点是，今天宇宙的最终状态是所有这些因素作用的结果。它们必须同时落在指定的范围内。所以，我们得到今天宇宙的概率是所有小概率的乘积。你也许可以想象得到，我们中了一个什么样的大奖。

    无论从科学还是哲学的角度来看，精确调节的宇宙都是一个无法回避的问题。那么，为什么我们会得到这样一个好像专门为我们设计的宇宙呢？

    首先我们必须考虑到的是，物理学并没有发展到回答宇宙中所有问题的程度。目前看起来彼此独立的物理学常数可能在更深的层次上相互关联。以后我们也许会发现，现在宇宙状态的概率比上面的计算要大得多。

    下面来看看人们为了解释精确调节的宇宙做出的各种尝试。

    1.智能设计

    一个很容易想到的答案是：宇宙是由更高级的智能生物设计的，无论是神还是我们无法理解的外星人。设计这样一个宇宙的目的就是为了在其中孕育生命，或者是一个实验，看看生命的萌芽需要多长时间才能散布到整个宇宙。如果把这个观点再推广一下，我们甚至可以假设我们的宇宙只是一个计算机系统的虚拟世界。

    反对这个观点的人提出，制造一个如此巨大而且历史无比悠久的宇宙，只是为了在一个不起眼的小蓝星上喂养几只生物，效率未免太低了（我们毕竟还没有发现地外生命的可靠证据）。其实这并不能有效的推翻智能设计观点，因为，培养皿中的第一个细菌可能也会提出相同的问题。

    不过，这个答案在多大程度上解决你的问题，取决于你对信仰的虔诚程度。如果你认为一个自有全能的神就是一切问题的终极答案，而这个神本身的存在和由来是不容质疑的，那么你就不用再往下思考了。相反，如果你还想把科学研究的方法继续用来思考智能设计者本身存在的原理，你就会发现自己掉进了一个无限循环的怪圈：能设计出宇宙的智能生物肯定是比宇宙本身更难以理解的。

    2.人择原理

    人择原理的支持者认为：“如果宇宙没有被精确调节到现在的状态，人类就不会存在，也不会观察和思考宇宙”。

    人择原理有很多版本，其中，弱人择原理认为，物理学和宇宙学中参数的可能取值并不是完全等同的，宇宙偏爱那些使得碳基生命得以进化的取值。

    强人择原理更进一步，认为，宇宙必须具备允许生命炸某些阶段得以发展的性质。而最终人择原理认为：包含智慧的信息处理过程一定会在宇宙中出现，而且，一旦出现就不会灭亡。人择原理的反对者提出，这个观点既无法试验也无法证伪，而且它颠倒了因果关系。人类进化是为了适应宇宙，而不是宇宙适应人类。霍金也认为，我们的宇宙并不像人择原理描述的那样特别。

    3.多宇宙理论在众多解释中，多宇宙理论大概是和物理学联系最为紧密的一个观点了。这个观点认为，物理学常数的所有取值都是可能存在，并且必定存在的。只是它们存在于不同的宇宙中。我们生活的宇宙恰好得到了现有的常数值，所以最终得到了现在的宇宙状态，出现了可以观察和思考宇宙的智慧生命。而其他宇宙得到了不同的常数值，所以它们可能在大爆炸后迅速坍塌，回到奇点，不会形成星系和恒星；有的宇宙中，恒星可能在点燃的一瞬间就灰飞烟灭，无法演化出生命。

    目前的物理学中有很多不同版本的多宇宙假说。能用于解释精确调节的宇宙的假说大概只有基于弦论或m理论的版本。详情可以参考弦论和平行宇宙到底什么关系？不过，无论弦论还是多宇宙理论，目前都是无法证实的。同样，精确调节的宇宙也是一个没有答案的问题。

    （作者：知乎ma）

    （本章是免费的，侵删。）