苗千

宇宙到底為什么存在？這個(gè)問題似乎太過(guò)空洞。宇宙為什么是現(xiàn)在這樣的狀態(tài)？這樣的問題似乎也毫無(wú)意義。人類意識(shí)到可以把宇宙作為一個(gè)對(duì)象來(lái)研究才不過(guò)幾十年的時(shí)間，在這幾十年的時(shí)間里人類發(fā)現(xiàn)宇宙必然會(huì)有一個(gè)開端，這個(gè)開端大約是在140億年以前。

在宇宙誕生初期的一些過(guò)程，宇宙的年齡，乃至目前宇宙中大多數(shù)星系與天體的分類和分布已經(jīng)成為宇宙學(xué)研究的共識(shí)。而隨著對(duì)宇宙本質(zhì)認(rèn)識(shí)的不斷深入，更多的問題也隨之出現(xiàn)，例如我們所觀測(cè)到的宇宙狀態(tài)是否算是非常特殊？宇宙中的規(guī)律，一些常數(shù)，為什么會(huì)是某些特定的數(shù)值？這些問題并非全無(wú)來(lái)由，因?yàn)樗鼈兣c生命的存在的可能性息息相關(guān)。

生命因何而存在

人類在地球上生生不息，早已經(jīng)對(duì)周圍的環(huán)境習(xí)以為常。但實(shí)際上，作為目前宇宙中唯一一個(gè)擁有生命的行星，地球是宇宙中一個(gè)極其特殊的天體，它以適當(dāng)?shù)木嚯x圍繞著一顆穩(wěn)定的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)，表面平均溫度恰好可以允許液態(tài)水的存在，它處于銀河系的邊緣，因此不必?fù)?dān)心受到超新星爆發(fā)或是其他天體的威脅……正是在這一系列偶然條件的共同作用之下，地球上才出現(xiàn)了生命——人類只有放眼整個(gè)宇宙，才會(huì)真正明白生命的偶然與可貴。

另一方面，人類對(duì)于宇宙的理解越深刻，就越明白生命的出現(xiàn)要依賴于宇宙中的各種“初始條件”。宇宙作為時(shí)間和空間的總和，在其間不僅有各種物質(zhì)，還有制約物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律和各種常數(shù)。物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這些規(guī)律和常數(shù)似乎是經(jīng)過(guò)某種“設(shè)定”一樣，搭配得非常精確，才使生命的出現(xiàn)在最根本的意義上成為可能。

物理學(xué)家們意識(shí)到，宇宙中存在著四種最基本的相互作用：強(qiáng)相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和引力相互作用。這些相互作用的強(qiáng)度各不相同，而如果缺少了其中任何一種相互作用，或者強(qiáng)度與人們所觀測(cè)到的強(qiáng)度不同，整個(gè)宇宙的形態(tài)都會(huì)發(fā)生極大變化，生命可能壓根兒就不會(huì)出現(xiàn)。如果引力作用不存在，或者其強(qiáng)度大大弱于其真實(shí)強(qiáng)度，那么宇宙間的天體和星系自然也就都沒有機(jī)會(huì)因?yàn)橐ψ饔枚酆闲纬?如果引力作用稍稍弱于目前的強(qiáng)度，那么恒星的溫度就會(huì)比真實(shí)溫度更低，從而無(wú)法形成超新星爆發(fā)——也就無(wú)從在宇宙中產(chǎn)生出重元素，生命自然也就無(wú)從出現(xiàn)和演化。另一方面，如果重力的強(qiáng)度高于其真實(shí)的強(qiáng)度，那么理論上只需要更少的材料就可以形成恒星，恒星的體積就會(huì)更小，壽命也會(huì)更短。

除了引力作用之外，強(qiáng)相互作用用以維持原子核內(nèi)部的穩(wěn)定性。如果強(qiáng)相互作用的強(qiáng)度比它的真實(shí)強(qiáng)度高出50%，那么宇宙中幾乎所有的氫元素都會(huì)在宇宙的早期燃燒掉，在恒星內(nèi)部進(jìn)行的恒星核合成也會(huì)比真實(shí)情況少得多。而且強(qiáng)相互作用強(qiáng)度的任何變化都會(huì)對(duì)宇宙中碳元素和氧元素的合成影響巨大，而這兩種元素都是構(gòu)成地球上的有機(jī)生命最重要的元素。與之類似的，支配核輻射效應(yīng)的弱相互作用如果遠(yuǎn)小于它的真實(shí)強(qiáng)度，那么在宇宙早期就會(huì)出現(xiàn)更多的中子，恒星可能根本就無(wú)法形成。

除了這幾種基本相互作用的強(qiáng)度之外，還有其他更微妙的數(shù)值對(duì)于宇宙的狀態(tài)和生命的產(chǎn)生影響巨大。例如在總共六種夸克中最輕的兩種，上夸克與下夸克之間的質(zhì)量差別大約是電子質(zhì)量的10倍，這個(gè)數(shù)字發(fā)生任何變動(dòng)都有可能影響到構(gòu)成原子核的粒子：質(zhì)子和中子的穩(wěn)定性。質(zhì)子和中子都可以看作夸克的某種束縛態(tài)，如果上夸克和下夸克之間的質(zhì)量差發(fā)生變化，那么夸克就有可能形成新的束縛態(tài)而非質(zhì)子和中子，整個(gè)宇宙中的物質(zhì)形態(tài)可能會(huì)更加簡(jiǎn)單，無(wú)法發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。另外，一些宇宙常數(shù)，能量密度等數(shù)值，如果發(fā)生變化，都可能極大影響宇宙的形態(tài)以及時(shí)空的性質(zhì)，無(wú)論發(fā)生任何變化，可能生命的產(chǎn)生都無(wú)從談起。

這樣來(lái)看，似乎整個(gè)宇宙狀態(tài)，從各種常數(shù)，到相互作用的強(qiáng)度，乃至物理定律的形式，全都“配合”的恰到好處，仿佛經(jīng)過(guò)精心的“微調(diào)”（Fine-Tuning）以確保生命形式可以在宇宙中產(chǎn)生，這難免讓人感到迷惑。根據(jù)人類的研究，從最簡(jiǎn)單的形式開始，地球上的生命形式也只有幾十億年的歷史，而宇宙已經(jīng)有了大約140億年的歷史，而且經(jīng)過(guò)了不同的演化過(guò)程。為什么從剛剛誕生開始，各種宇宙常數(shù)和定律就都“恰到好處”地允許生命出現(xiàn)？這種“巧合”會(huì)讓一些人認(rèn)為宇宙的狀態(tài)是被一位萬(wàn)能的造物主所設(shè)計(jì)好的，而讓生命可以出現(xiàn)，正是宇宙存在的意義之一。除了宗教情感之外，對(duì)于這種堪稱特殊的宇宙狀態(tài)，很多相信多重宇宙學(xué)說(shuō)的宇宙學(xué)家也認(rèn)為，這正是在宇宙中存在著無(wú)窮多個(gè)充滿各種可能性的宇宙的最好的證據(jù)。

如何理解多重宇宙？

如果任何一個(gè)宇宙常數(shù)都可以是任何數(shù)值的話，那么這些數(shù)值恰好是落在生命可以存在的區(qū)間的可能性可以說(shuō)微乎其微。因此，有一類多重宇宙學(xué)說(shuō)認(rèn)為，正是因?yàn)榇嬖谥鵁o(wú)窮多個(gè)宇宙，在不同的宇宙中分布著各種常數(shù)的不同數(shù)值，因此生命的出現(xiàn)也就不是一個(gè)巧合——因?yàn)樯荒茉谠试S出現(xiàn)生命的宇宙中出現(xiàn)。

美國(guó)理論物理學(xué)家、宇宙學(xué)家、麻省理工學(xué)院教授阿蘭·古斯

劍橋大學(xué)理論天文學(xué)家馬丁·里斯

出于這個(gè)原因，一些宇宙學(xué)家把人類所觀測(cè)到的宇宙的狀態(tài)作為多重宇宙存在的證據(jù)，劍橋大學(xué)著名的理論天文學(xué)家馬丁·里斯（Martin Rees）正是其中的代表人物。多年來(lái)他始終堅(jiān)信多重宇宙理論，盡管他也承認(rèn)人類有可能永遠(yuǎn)都無(wú)法發(fā)現(xiàn)多重宇宙存在的科學(xué)證據(jù)，但他仍然堅(jiān)信其他形式的宇宙確實(shí)存在。里斯認(rèn)為，我們所在的宇宙的狀態(tài)在大爆炸發(fā)生時(shí)就已經(jīng)被決定——這樣的狀態(tài)，以人類的觀察來(lái)看，是非常特殊的一種。宇宙膨脹的速度、宇宙中各種元素的分配、各種基礎(chǔ)相互作用的強(qiáng)度，似乎是專門為了生命的出現(xiàn)所準(zhǔn)備的。例如，我們的宇宙中充滿了大量的各種各樣的原子，這是生命出現(xiàn)的最基本的條件之一：如果要出現(xiàn)有機(jī)生命，那么這種生命形式必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子的尺度，在時(shí)間上，這種生命所存活的時(shí)間也有要遠(yuǎn)大于原子之間相互作用的時(shí)間。

如果宇宙中沒有大量原子的存在，那么宇宙中主要的存在形式有可能是黑洞，或是不活躍的暗物質(zhì)，或者是物質(zhì)全部平均分布的毫無(wú)差別而言的宇宙，在這樣無(wú)聊的宇宙中自然不可能有生命存在。在里斯看來(lái)，這種獨(dú)特的宇宙狀態(tài)說(shuō)明生命出現(xiàn)在了一個(gè)恰好允許生命存在的宇宙中。這也正是所謂的“人則原理”（Anthropic Principle）：一個(gè)被觀測(cè)的宇宙環(huán)境，必然是允許觀測(cè)者存在的。想要理解宇宙的狀態(tài)為何如此，似乎只有“神創(chuàng)論”和“多重宇宙”兩種選擇了。劍橋大學(xué)的唐寧學(xué)院在2007年甚至舉辦過(guò)一次名為“上帝還是多重宇宙”（God or Multiverse）的研討會(huì)專門探討這個(gè)問題。

我們的宇宙到底是否經(jīng)過(guò)“微調(diào)”，或者說(shuō)宇宙環(huán)境是否專門為了生命的出現(xiàn)而設(shè)定，盡管對(duì)于這些問題以人類目前的科學(xué)發(fā)展程度還不能夠給出明確的解答，但顯然還有相當(dāng)多的科學(xué)家對(duì)此持完全相反的觀點(diǎn)。

正如此前人們?cè)?jīng)認(rèn)為如此精妙的生命結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)只能是上帝精心設(shè)計(jì)的結(jié)果，人類必然是造物主精心設(shè)計(jì)的“微調(diào)”的產(chǎn)物，但達(dá)爾文的自然選擇理論完全可以從進(jìn)化的角度來(lái)解釋生命形式何以從簡(jiǎn)單發(fā)展到如此復(fù)雜。在物理學(xué)領(lǐng)域，人們認(rèn)為也有可能會(huì)出現(xiàn)某種理論解釋宇宙中生命出現(xiàn)的必然性。有人認(rèn)為這種局面恰好可以催生新物理學(xué)的誕生。比如說(shuō)，目前全世界的物理學(xué)家都以構(gòu)建出足以解釋宇宙中一切現(xiàn)象的“大統(tǒng)一理論”作為研究的最高目標(biāo)——這樣的一種理論，應(yīng)該不僅可以解釋宇宙中發(fā)生的一切現(xiàn)象，還可以解釋其自身。一些宇宙常數(shù)究竟為什么必須為一個(gè)特定的數(shù)值，而不是可以取一個(gè)任意的實(shí)數(shù)，大統(tǒng)一理論理應(yīng)也可以對(duì)此做出解釋。在這種情況下，這個(gè)無(wú)所不包的理論就可以證明，我們所觀測(cè)到的宇宙并不是偶然的產(chǎn)物，而是其唯一可能具有的形態(tài)。

生命究竟是什么

關(guān)于宇宙是為了生命的存在而經(jīng)過(guò)“微調(diào)”的看法，還有一個(gè)原因使其無(wú)法得到廣泛的認(rèn)同，那就是人類至今為止都還沒有一個(gè)關(guān)于“生命”，可以被廣泛接受的清晰明確的定義。生命到底是什么？生命是否只能在地球上存在？生命到底可以以什么樣的狀態(tài)存在？生命是否可以被定義為宇宙的觀測(cè)者？在這些問題沒有得到明確的解答之前，所謂宇宙的特性是為了生命而微調(diào)也就失去了根基。即使以目前人類所認(rèn)識(shí)到的生命狀態(tài)來(lái)說(shuō)，宇宙常數(shù)和物理學(xué)規(guī)律也不是最適合生命存在的狀態(tài)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，人們可以幻想在一個(gè)完全不同的宇宙之中，在不同的物理學(xué)規(guī)律的支配之下，可能會(huì)出現(xiàn)其他形式的生命——這不僅取決于宇宙的狀態(tài)，還取決于我們對(duì)于生命的理解。

宇宙中的各種常數(shù)到底為什么“偏偏”是這樣的數(shù)值？關(guān)于這個(gè)問題，加拿大圓周理論物理研究所的物理學(xué)家李·斯莫林（Lee Smolin）認(rèn)為，必須采取一種科學(xué)的方式對(duì)其進(jìn)行分析，也就是說(shuō)它應(yīng)該可證實(shí)、可證偽，并且是獨(dú)一無(wú)二的解答。這個(gè)解答必須還可以做出進(jìn)一步的推論，可以被實(shí)驗(yàn)確認(rèn)或者否定，而且這個(gè)解答所給出的結(jié)果必須是獨(dú)特的，沒有其他更加簡(jiǎn)單的解答可以得出同樣的預(yù)測(cè)。從這個(gè)立場(chǎng)出發(fā)，關(guān)于“微調(diào)”問題的很多解答都不可取。在斯莫林看來(lái)，不僅所謂的造物主創(chuàng)造宇宙的解釋不可取，所謂的從多重宇宙學(xué)說(shuō)出發(fā)，通過(guò)人則原理給出的解釋同樣不是一個(gè)科學(xué)解釋，因?yàn)樗豢赡芙o出任何可以被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的預(yù)測(cè)。

美國(guó)物理學(xué)家李·斯莫林

關(guān)于宇宙的狀態(tài)是否經(jīng)過(guò)微調(diào)的爭(zhēng)論，在科學(xué)界可能仍然會(huì)繼續(xù)下去，對(duì)于這個(gè)問題最終會(huì)有怎樣的解釋尚未可知，但答案不會(huì)只是二選一的簡(jiǎn)單選項(xiàng)。例如目前人類觀察到宇宙空間的曲率非常接近平直，也就是說(shuō)我們生活在一個(gè)非常平坦的空間之中。在一些宇宙學(xué)家們看來(lái)，這正是宇宙狀態(tài)被微調(diào)的結(jié)果，但是另一方面，根據(jù)麻省理工學(xué)院的宇宙學(xué)家阿蘭·古斯（Alan Guth）提出的宇宙暴漲假說(shuō)，宇宙在剛剛誕生之后就發(fā)生了一次暴漲，這次暴漲的結(jié)果就是把空間從初始狀態(tài)拉伸到了平直的程度。也就是說(shuō)，無(wú)論宇宙誕生之初空間的狀態(tài)是怎么樣，暴漲都能夠確保把空間拉伸到平直狀態(tài)。正如一個(gè)氣球，在沒有被吹足氣的時(shí)候可能呈現(xiàn)出各種各樣的狀態(tài)，但是當(dāng)它被吹滿了空氣，氣球的表層就會(huì)呈現(xiàn)出一種平均且相對(duì)平坦的狀態(tài)了，這與氣球的初始狀態(tài)并無(wú)關(guān)聯(lián)。需要注意的是，宇宙暴漲假說(shuō)目前也還沒有得到最終證實(shí)，而且這個(gè)假說(shuō)一旦成立，人們也就必須接受它所引發(fā)的另一個(gè)推論：暴漲從來(lái)不會(huì)停止。一個(gè)暴漲會(huì)引發(fā)出無(wú)窮無(wú)盡的暴漲，雖然在我們所生活的區(qū)域宇宙暴漲已經(jīng)結(jié)束，但是在我們所無(wú)法觀測(cè)的宇宙其他區(qū)域仍然在發(fā)生著無(wú)窮無(wú)盡的暴漲，這也正是多重宇宙學(xué)說(shuō)的另外一個(gè)版本。盡管如此，宇宙暴漲假說(shuō)為科學(xué)家們提供了一個(gè)可能性：我們可能最終會(huì)找到一個(gè)科學(xué)理論，為宇宙當(dāng)前適合生命存在的狀態(tài)提供合理的解釋。

我們所居住的宇宙，是否一切常數(shù)和規(guī)律都被調(diào)整到恰到好處，正好適合生命存在？也有科學(xué)家認(rèn)為并非如此。加拿大阿爾伯塔大學(xué)的理論物理學(xué)家唐·佩奇（Don Page）認(rèn)為，雖然我們的宇宙允許生命存在，但是顯然并非完美。例如整個(gè)宇宙正處于加速膨脹之中，這個(gè)加速度可以用一個(gè)“宇宙常數(shù)”來(lái)表示。雖然有宇宙學(xué)家認(rèn)為，宇宙常數(shù)如果過(guò)大、宇宙加速膨脹的速度過(guò)快，那么星系就不會(huì)形成，生命則不會(huì)出現(xiàn)。但在佩奇看來(lái)，這一點(diǎn)恰恰也可以用來(lái)證明宇宙沒有經(jīng)過(guò)微調(diào)，因?yàn)楦〉挠钪娉?shù)，甚至稍微呈負(fù)值的宇宙常數(shù)才最有利于星系的形成，自然也就更有利于生命的產(chǎn)生和進(jìn)化。宇宙加速膨脹，實(shí)際上使生命形式更難獲得材料，這并非是生命存在的最佳條件。

我們必須意識(shí)到，生命在地球上出現(xiàn)有數(shù)十億年的時(shí)間，人類文明的長(zhǎng)度與之相比只是短短一瞬，而人類真正意識(shí)到宇宙的狀態(tài)，開始用科學(xué)方法研究宇宙，才只有短短幾十年的時(shí)間，與生命的歷程相比連滄海一粟都算不上。在這樣的情況下，人們對(duì)于自身，或是對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生出任何迷惑都屬正常，人類絕不能夠放棄的是科學(xué)精神。對(duì)于宇宙學(xué)家們來(lái)說(shuō)，遮擋宇宙真實(shí)面貌的大幕還沒有拉開，還有更多的實(shí)際問題需要解答。

〔本文寫作參考了《斯坦福大學(xué)哲學(xué)百科全書》（Stanford Encyclopedia of Philosophy）有關(guān)微調(diào)的內(nèi)容以及其他相關(guān)報(bào)道〕