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充满探险之旅的微调宇宙学
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大部分微调的例子都发现于20世纪七八十年代，发现者是保罗·戴维斯（Paul Davies）、布兰登·卡特（Brandon Carter）、伯纳德·卡尔（Bernard Carr）、马丁·里斯（Martin Rees）、约翰·巴罗（John Barrow）、弗兰克·蒂普勒（Frank Tipler）、史蒂文·温伯格等物理学家。近年来也正涌现出越来越多的例子。我进入该领域的第一次探险就是同马丁·里斯一道。他是一位极具英伦风格的白发天文学家，很有魅力，也是被我视为英雄的科学家之一。我从来没见过有人演讲时像他那样欢欣鼓舞，他的眼睛仿佛总是放射出热情的光芒。他也是第一位鼓励我遵从自己的内心、追寻非主流话题的科学权威。我们在上一章里看到，宇宙种子起伏的幅度大约为0.002%。马丁和我经过计算得出，如果这个数值小很多，星系就不会形成；如果它大很多，则会发生频繁的小行星撞击等艰难之事。
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我正是在讲这个主题时，台下的阿兰·古斯进入了梦乡。而那场演讲的主持人亚历克斯·维兰金则一直醒着，后来，我们组成了一个研究团队，开始研究中微子——这是一种由大爆炸创造出来的鬼魅般的粒子，数量很丰富。同样，我们发现它们也仿佛经过了细致的微调，如果它们重很多，就会阻挠星系的形成。我在MIT的同事弗兰克·韦尔切克（Frank Wilczek）冒出了一个想法，关于暗物质的密度在平行宇宙之间是如何变化的。他和我、马丁·里斯、安东尼·阿吉雷（Anthony Aguirre）一起进行了计算之后发现，如果把暗物质的旋钮拧动到远离观测值的地方，我们的健康也将受到损害。
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一个无法解释的巧合
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那么，我们应当如何看待微调性呢？首先，让我们来看一下，为什么我们不能对它置之不理，只把它看作一堆偶然的巧合。这是因为科学方法不能容忍无法解释的巧合存在，比如，“我的理论需要一个无法解释的巧合才能符合观测结果”等同于“我的理论被排除了”。例如，我们已经看到，暴胀理论预测出空间是平坦的、宇宙微波背景中斑点的平均尺度约为1度，这些预测都得到了第3章所提到的那些实验的证明。假设普朗克卫星团队观测到的平均斑点尺度竟比这个预测值小很多，促使他们不得不宣布以99.999%的置信度排除了暴胀理论。如果出现这种情况，暴胀依然有可能成立，因为它所预测的平坦宇宙中的随机涨落依然有可能生成与测量值一样小得异乎寻常的斑点，从而哄骗他们得出暴胀不存在的错误结论。然而，有99.999%的可能性，这种事并不会发生。换句话说，在这种情况下，暴胀理论需要十万分之一的巧合才能符合观测结果。如果阿兰·古斯和安德烈·林德现在联合举行一场新闻发布会，坚称没有任何证据证明暴胀不存在，因为他们的直觉认为普朗克卫星的测量结果只是一个偶然的巧合，应该被排除掉，那他们俩就违背了科学方法。
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也就是说，随机涨落意味着我们在科学中永远不能100%确定某一件事——永远存在一个微小的可能性，会让你不幸遭遇随机的测量噪声，诸如探测器故障，甚至有可能整个实验都只是一场幻觉。不过，在实际操作中，如果一个理论以99.999%的置信度被排除掉了，就相当于已被科学界判了死刑。与之类似，那种认为暗能量的微调性只是一个偶然的理论，同样需要一个无法解释的巧合，而这个巧合被排除掉的置信度为99.999 999……%，小数点后大约有120个9。
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那个A打头的单词——人择原理
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那么，第二层多重宇宙如何解释微调性呢？有一个理论认为，自然界的旋钮刻度上的任意一个数值，本质上都有可能出现在某处，那么这种理论将预测到，我们这种宜居宇宙会出现的可能性是100%。由于我们只能生活在一个宜居的宇宙中，所以无须惊讶我们正好栖身于这样一个宇宙中。
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虽然这个解释符合逻辑，却引来了众多争议。在地心说这种认为地球很特殊的观点被证明为愚蠢之见之后，它的对立面根深蒂固地植入了人们的大脑。这个与地心说对立的观点就是哥白尼原理，该原理认为我们在时间和空间中所处的位置都毫无特别之处。布兰登·卡特对哥白尼原理提出了异议，他把自己的观点称为“弱人择原理”（weak anthropic principle）。他说：“我们必须考虑到一个事实，那就是，我们在宇宙中的位置必然是特殊的，至少特殊到允许我们这些观察者存在。”我的一些同行认为，这种观点是一种倒退，让人联想到地心说。但是，当我们把微调性纳入考量时，第二层多重宇宙的图景确实与哥白尼原理相悖，如图5-7所示，绝大多数宇宙都是一片死寂，我们的宇宙却与众不同——它包含的暗能量比其他大多数宇宙少很多，与此同时，其他“旋钮”的设定也迥然不同。
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图5-7 如果各个宇宙的暗能量密度（这里由颜色深度来代表）不同，那么，只有在那些密度最低的宇宙中，才可能出现星系、恒星和生命。在这张图中，颜色最浅的宇宙约占总数的20%，但真实的比例大约为10-120。
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引入无法观测的平行宇宙来解释观测现象，惹恼了我的一些同行。我还记得1998年费米实验室的那场演讲，那里位于芝加哥郊外，拥有一台著名的粒子加速器。当一位演讲者谈到那个以“A”打头的单词——“anthropic”（人择）时，观众席上爆发出一阵嘘声。后来，为了躲避人们灵敏的嗅觉，也为了通过审稿，马丁·里斯和我一起写第一篇人择原理论文时，发明了我们自己的方法：在摘要中避免使用这个“A”打头的单词……
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从个人的角度来说，我对卡特提出的人择原理仅存一点异议：它不应该只是一个原理。因为“原理”二字意味着它是可选择的，也就是说还可能存在其他选项。但事实并非如此。用正确的逻辑来对待一个符合观测的理论，这是必须的，而不是一个可选择的选项。如果大部分空间都不宜居，我们当然会出现在一个特别宜居的地方。实际上，别提其他宇宙了，只消看看我们自己的宇宙，你便会发现，大部分空间也都是相当不宜居的——如果你出生在空旷无垠的星系间空洞，或者一颗恒星内部，那只能祝你好运了！再比如，在我们的宇宙中，只有一千分之一的万亿分之一的万亿分之一的万亿分之一的空间位于一颗行星表面1公里的范围内，所以，这真的是一个非常特别的地方。这就是我们栖身的地方，一点也不用惊讶。
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再举个更有趣的例子吧。比如，用M来代表太阳的质量，M影响着太阳的光度。运用基本物理定律，我们就能计算出允许我们所知的地球生命形态存在的M值区间。这个区间非常狭窄，大约在1.6×1030～2.4×1030千克之间。否则，地球的气候就会变化，要么比火星还要冷寂，要么比金星还要炎热。那M值究竟为多少呢？M的测量值大约为2.0×1030千克。根据计算可知，恒星的质量范围很广，约为1029～1032千克，而太阳的质量为何如此巧合，正好位于允许生命存在的小范围内，就像被微调过一样呢？这个巧合无法解释，看起来让人有些不安。然而，我们却可以这样来解释这个巧合：宇宙中有许许多多恒星系，它们各自有着不同的“旋钮设定”，比如不同的母星尺度和恒星轨道。很明显，我们栖身的地方必然是一个宜居的恒星系。
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这个例子的有趣之处在于，我们可以用太阳系的微调性来预言其他不同恒星系的存在，即使它们还未被我们发现。用同样的逻辑，我们也可以用我们宇宙的微调性来预言其他不同宇宙的存在。唯一的区别在于，其他恒星系可以被我们观测到，其他宇宙却永远无法被我们观测到。但这点区别并不能弱化前面所说的论证过程，因为它与逻辑推理无关。
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我们究竟希望预测什么
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我们物理学家很喜欢测量数字，比如下面这些参数的测量值：
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●地球的质量：5.9742×1024千克。
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●电子的质量：9.10938188×10-31千克。
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●地球绕着太阳旋转的轨道半径：149597870 691×1024米。
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●电子绕着氢原子旋转的轨道半径：5.291 772 11×10-11米。
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除此之外，物理学家还喜欢尝试从基本原理来预测这些数字。那么，我们成功过吗，或者这只是一厢情愿？约翰尼斯·开普勒在作出“行星轨道是椭圆形的”这个著名发现之前，曾经提出过一个优雅的理论，与上面所列的第3个数字有关。他提出，水星、金星、地球、火星、木星和土星的轨道就好像位于6个球体中，这6个球体像俄罗斯套娃一般嵌套在一起，每层间分别插入了一个八面体、一个二十面体、一个十二面体、一个四面体和一个立方体（见第6章图6-2）。且不说这个理论很快就被更精确的观测所排除了，它的整个前提看起来都很愚蠢，因为现在我们知道，宇宙中还存在有其他恒星系，我们测出的太阳系行星轨道数据根本无法带来任何关于宇宙本质的信息，只能告诉我们在宇宙中的位置。具体到这个案例中，也就是我们居住在哪个特别的恒星系中。从这个意义上说，我们可以把这些数字看作我们在空间中的地址的一部分，或者我们在宇宙中的邮政编码的一部分。
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比如，一个外星人邮递员要向地球递送包裹，我们如何向他解释太阳系在银河系中的位置呢？我们可以告诉他，你应该去一个有着8颗行星的恒星系，在这个恒星系中，8颗行星距离母星的距离分别等于最里面那颗行星轨道半径的1.84倍、2.51倍、4.33倍、12.7倍、24.7倍、51.1倍和76.5倍。这样一来，他可能就会恍然大悟地说：“噢！我知道你说的是哪个恒星系了！”
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我们早就放弃通过宇宙基本原理来预测地球的质量或半径了，因为我们知道宇宙中还存在着许多尺度不同的行星。那电子的质量和轨道半径呢？找遍宇宙，你会发现，宇宙中所有电子的质量和轨道半径都完全相同，所以，我们仿佛重拾了找到宇宙本质的希望——这几个数字有可能就是我们这个物理世界的基本性质，终有一天能根据开普勒轨道模型的精神，纯粹用理论计算出来。实际上，早在1997年，著名弦理论学家爱德华·威滕就告诉我，他相信总有一天，弦理论能预言出电子比质子轻的倍数。然而，我最近一次见他是在安德烈·林德的60岁生日派对上，他酒后向我吐露真言，说他已经放弃了预言任何一个自然常数。
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