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让我们来看一个例子。上文提到过,宇宙的密度涨落尺度决定了早期宇宙中物质分布的均匀程度。让我们将这个常数连同宇宙学常数一起变大,此时,星系能在宇宙学常数远大于临界值的情况下形成。因为密度涨落尺度的变大补偿了宇宙学常数变大的效应,它造成了宇宙中非常致密的区域,星系可以从中诞生。当然,对于宇宙学常数来说,它还是有个临界值,但这个临界值随着密度涨落尺度的增加而不断增加。
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于是,你可以再来一遍此前的论证,即让宇宙学常数连同密度涨落尺度一起在不同的宇宙间变化。也就是说,针对每一个宇宙,现在你要从帽子里同时取出两个数字。你将第一个数字赋予宇宙学常数,再将第二个数字赋予密度涨落尺度。这两个数字的取值范围要保证星系的形成。在这个约束下,它们的取值完全随机。[23]最终我们发现,这两个随机数字与它们的观测值相符的概率约在1/100 000上下,大大小于此前的1/20。[24]
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我们无法观测到其他宇宙,因而无法确定哪些参数会在多重宇宙中变化。如果假定只有宇宙学常数能在不同宇宙间变化,那么温伯格的论证就是成功的;如果假定宇宙学常数和密度涨落尺度都能发生变化,那么温伯格的论证就不怎么让人满意了。由于没有任何独立的证据证明哪种假设才是对的,温伯格的论证其实还没有定论。
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因此,那些声称温伯格的论证成功地预言了宇宙学常数的人过于武断了,他们犯下了一个较之上文所讨论的谬误更为微妙的谬误。如果你不是概率论专家,你完全意识不到这个谬误。有些对象无法被我们观测,因此也无法被我们独立检查,如果你借机任意赋予这些对象概率分布,就会犯下这个概率论中的谬误。温伯格的原始论证因此没有逻辑说服力,因为你总可以针对那些不可观测的宇宙作出不同的假设,从而得到不同的结论。[25]
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想要解释同样的事实,宇宙自然选择假说做得更好。它可以同时确定宇宙学常数的取值和密度涨落尺度的取值。回想一下,在简单的暴胀模型中,密度涨落的大小同宇宙的大小存在很强的负关联,即密度涨落越小,宇宙尺度就越大,因而(假定其他常数相同)能产生更多黑洞。于是,密度涨落尺度应该尽可能地接近星系形成条件所要求的下限。这个要求也意味着,宇宙学常数的临界值会变小。因此,宇宙自然选择假说与简单暴胀模型的组合预言了,宇宙学常数和密度涨落尺度都应该是很小的值。这个预言不是任意的,它和实际观测完全相符。
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反过来看人择原理,它允许一个极小宇宙的存在,因为只有一个星系的宇宙也能够孕育智慧生命。观测发现,大多数恒星都有行星,所以一个星系中的行星数量就足够产生生命了,增加星系的数量并不会增大宇宙孕育生命的概率。
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人择原理的一些狂热爱好者会对该原理稍加修饰,以图将之保留。他们认为,如果一个宇宙有更多宜居的行星,那我们就更有可能出现在这样的宇宙中。这一原则偏好尽可能大的宇宙,这也意味着,这个宇宙的密度涨落尺度和宇宙学常数会尽可能小。
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我们没有改变一个理论的基本事实,却似乎改变了这个理论的预言。这其中肯定发生了一些有趣的事。两个版本的人择原理在多重宇宙的描述上没有任何区别,两者间的区别仅仅在于筛选宇宙的标准。
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“等等,”人择原理爱好者或许会这样回答,“多重宇宙中的文明更有可能发现自己处在一个有多种文明存在的宇宙中,所以宇宙中更可能有多个星系而不是一个星系。”这个论证貌似挺有说服力。不过我们会这样追问:“你怎么知道呢?”如果宇宙很小的话,多重宇宙中就可能有更多宇宙,随机产生的文明更有可能出现在这些小宇宙中。到底是有很多星系的大宇宙,还是只有一个星系的小宇宙?哪种场景正确取决于大小宇宙在多重宇宙中的分布,我们不可能独立验证这一分布。理论物理学家可能会构造出许多种模型,各个模型有各个模型的大小宇宙分布。但是,尽管你能调整这些不可观测对象的特征,尽管你能使它们同你的理论符合得更好,这并不能证明你的理论。
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在宇宙自然选择假说中,我们的宇宙只是芸芸宇宙中典型的一员。此处,我们无法加入一些选择条件,来挑选宇宙中的异数。
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请注意,以上论证所针对的问题,并不是到底该从黑洞中创造宇宙,还是该从泡泡中创造宇宙。它针对的是,时间和动力学在解释已知宇宙特征、预言未知宇宙特征的逻辑推理过程中到底扮演何种角色。一个暴胀模型可以采用时间和宇宙泡长链——一层泡泡套一层泡泡再套一层泡泡,来避免对人择原理的依赖,享受宇宙自然选择假说的优点。
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我们讨论的关键并不在于,随时间演化的理论在拟合观测结果上比独立于时间的理论做得更好。我们讨论的关键在于,一个随时间演化的理论能够给出清晰的预言,而基于人择原理的理论总是可以遵从人的意志不断调整预言。这或许与我们的第一印象不同。基于自然规律随时间演化的理论假说,较之于不含时间的理论假说,更加脆弱,也更容易被证伪。如果一个观点强硬到不能被证伪,那它肯定不属于科学。
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时间重生:从物理学危机到宇宙的未来
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我们已经看到,若想知道物理定律是如何被取舍的,时间的真实性是回答这一问题的关键。在真实的时间之上,我们可以假设物理定律随着时间演化。认同时间的真实性,或许还能帮助我们解决另一大物理学未解之谜——如何诠释量子力学。一套新的量子理论将从时间的真实性中诞生。与此同时,它也会再一次向我们展现,物理定律到底是如何随时间演化的。
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量子力学是有史以来最为成功的物理学理论。今天,我们所依赖的数字科技、化学科技、医药科技,几乎无一例外地源自量子力学。然而,我们有充分的理由相信,量子力学仍然是不完备的。
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理解量子力学无疑是我们理解世界过程中的一大挑战。自20世纪20年代被提出以来,物理学家为了理解量子力学构造了各种稀奇古怪的场景。既死又活的猫,粒子间超光速的信息传递,无穷多的平行宇宙,观测者不看就不存在的真实世界……这些充满想象力的观点都是为了解密亚原子世界。
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所有这些都在回应一个事实:量子力学无法给出单个实验的物理图景,这一事实毋庸置疑。量子力学的一个公理是,量子力学仅能对实验结果作出统计式的预测。
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爱因斯坦很早就认为量子力学是不完备的,这是因为量子力学无法精确地描述单个实验。电子到底是怎样在能量态之间跃迁的?相隔遥远的粒子之间到底是怎么做到瞬时通信的?为什么它们似乎发生了瞬移?量子力学无法回答这些问题。尽管如此,量子力学依然非常有用。在整理大量经验数据的过程中,量子力学为物理学提供了一个框架、一种语言。纵使它确实无法解释亚原子世界中到底发生了什么,它仍然为我们提供了一套预测实验结果的算法。迄今为止,这套算法非常有效。
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不靠谱的量子力学
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真的存在这样一个总能进行成功预测,但本质上还是不靠谱的理论吗?未来真的可能有新的理论推翻量子力学对这个世界作出的假设吗?纵观科学史,我们可以发现许多先例。千年以来,托勒密的太阳系模型工作得很好,但它的基本观点却大错特错;牛顿运动学对这个世界的假设被后来的相对论和量子力学彻底推翻。似乎,一个理论的有效性无法保证这个理论就是真理。
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