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1700917827 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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1700917832 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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1700917834 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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1700917836 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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1700917838 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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1700917840 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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1700917842 我们究竟希望预测什么
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1700917844 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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1700917846 ●地球的质量:5.9742×1024千克。
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1700917848 ●电子的质量:9.10938188×10-31千克。
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1700917850 ●地球绕着太阳旋转的轨道半径:149597870 691×1024米。
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1700917852 ●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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1700917854 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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1700917856 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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1700917858 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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1700917860 为何威滕如此悲观?因为历史总是惊人地相似。第二层多重宇宙之于电子质量,正如其他行星之于地球质量——让电子质量从“宇宙的基本性质”降格为了仅仅只是宇宙地址的一部分。对所有在第二层多重宇宙中变化的数字来说,测量它数值的唯一作用,就是缩小我们碰巧所栖身宇宙的可选择范畴。
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1700917862 我们目前已经发现了32个构建在我们宇宙内部的独立参数,我们希望能尽可能精确地测量它们的值,小数点位数越多越好(见第9章)。它们是否会在第二层多重宇宙中发生变化呢?或者,它们中的其中一些是否能从基本原理中(或从其他更少的数字中)计算出来呢?我们依然缺少一个能成功回答这个问题的基本物理理论,因此,在这个理论显露真容之前,去研究那些测量值以寻求一些线索,是非常有趣的事情。如果我们随机选择一个宇宙,那些在多重宇宙间发生变化的数字也会显得十分随机。那么,我们测量到的这些数值看起来随机吗?你可以看一看图5-8,自己判断一番。图中,我标出了9种基本粒子的质量,这9种粒子在粒子物理学中被称为费米子(fermions)。不用在意我使用的奇怪刻度,这种刻度从左往右每隔几厘米尺度就增大10倍。反正在我看来,它们像9个随意扔出去的飞镖。实际上,这9个数字通过了统计学家对随机性的严苛测试,插上了胜利的旗帜。它们符合从统计学家所谓的均匀分布中随机抽取的样本,斜率小于10%。
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1700917867 图5-8 我们设法测量了9个被称为费米子的粒子的质量,发现它们的质量分布似乎十分随机,和某些多重宇宙模型所预测的结果一样,这表明它们永远无法从某些基本原理中计算出来。图中的“尺子”刻度表示每个粒子比电子重多少倍。
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1700917869 并非如堕烟海
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1700917871 如果我们居住在一个随机的宜居宇宙中,这些数字应该看起来也很随机,但总的来说,它们应该满足与宜居性有关的概率分布。将这些数字在多重宇宙中的变化情况与星系形成等物理过程结合起来,我们就能对可能观测到的现象作出统计学预测。目前看来,这些预测与暗能量、暗物质和中微子(见图5-9)的数据十分吻合。实际上,史蒂文·温伯格对暗能量密度所作出的第一个非零预测,就是这样作出来的。
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1700917876 图5-9 如果暗能量、暗物质和中微子(背景辐射中的三种中微子中的一种)的密度在第二层多重宇宙之中会发生巨大的变化,那么,大多数宇宙中都不会出现星系,也没有生命。这样,一个随机的观察者所预计的观测值只会出现在本图所示的概率分布中一段非常狭窄的范围内。对我们来说,预计的测量值应当落在中部那片概率为90%的灰色区域内。事实证明,确实如此。
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