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苏斯金们鼓吹人存原理,我看是很不幸的,因为我们已经认识到了它对科学来说是一个脆弱的基础。由于每个可能的理论都决定着多重宇宙的某个部分,我们就做不出多少预言了。原因很简单。
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如果一个理论假定了一大群由随机选择的定律决定的宇宙,那么,为了做出预言,我们首先必须写出所有关于我们宇宙的事实。这些事实也同样适用于很多别的宇宙,我们把所有满足这些事实的宇宙的集合称作可能真实的宇宙。
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我们只知道我们的宇宙是可能宇宙中的一个。如果说一群宇宙是通过基本自然定律的随机分布产生的,那么我们就不可能知道别的什么了。只有当每个(或几乎每个)可能真实的宇宙都有某个在我们自己的宇宙中没有发现过的性质,才可能做出新的预言。
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例如,假定在几乎每个可能真实的宇宙中,最高共振频率是低音C,那么从所有可能真实的宇宙中随机选择出来的宇宙很可能以低音C的频率振动。因为我们除了知道自己的宇宙是一个可能真实的之外对它一无所知,所以我们很可能预言我们的宇宙也是唱低音C的。
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问题是,理论在所有宇宙的分布是随机的,很少有这样的性质。最可能的是,一旦我们确定了我们在自己宇宙中观测的性质,那么任何宇宙可能具有的其余性质将随机分布在其他可能真实的宇宙中。于是我们无法做出预言。
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我所讲的是宇宙学家们所谓的弱人存原理。正如名字所说,关于我们的宇宙,我们知道一件事情,那就是它支持智慧生命的存在;于是,每个可能真实的宇宙都必须是智慧生命能够生存的地方。苏斯金等人指出,这个原理一点儿也不新鲜。例如,我们如何解释我们处于这样一颗行星——其温度恰好使水处于液态?如果我们相信宇宙中只有一颗这样的行星,就会发现这是很令人疑惑的事情。我们不禁要相信一定存在一个智能的设计者。但一旦我们知道有大量的恒星和众多的行星,我们就会明白只是出于偶然,才会有很多适宜生命的行星。那么,我们出现在其中一颗也就不足为怪了。
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然而,行星类比和宇宙学情形还是有一点很大的区别,那就是除了自己的宇宙,我们不知道别的任何宇宙。存在一族宇宙的假设,是不能通过直接观察来证明的,因而不可能用来做任何解释。的确,假如真的存在一族有着随机定律的宇宙,我们就不会惊奇自己生活在我们能够生活的一个宇宙中。但我们生活在适宜于生命的宇宙这个事实,不能用来证明存在一族宇宙的理论。
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还有一个相反的论证,我们可以用行星的例子来说明。假定不可能看到任何其他行星,那么,当我们根据这一点推断只存在一颗行星时,我们将不得不相信一件非常不可能的事情,即那颗存在的唯一行星是适于生命的。另一方面,如果假定存在很多有着随机性质的行星,即使我们不可能看到它们,其中多半会有几个适宜于生命——实际上,那几乎是肯定的。于是我们可以说,存在众多行星的可能性比只有一颗行星的可能性要大得多。
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但这个看似强硬的论证却是错误的。66为看清这一点,我们将它与另一个根据相同证据进行的论证进行比较。相信智能设计的人会说,假如只有一颗行星而且适宜生命,那么很可能有一个智能设计者在发生作用。如果我们在两种情形下进行选择:①那颗唯一的行星只是因为运气才适宜生命,②有一个智能的设计者,他制造了那颗行星并使它适宜生命。那么,同样的逻辑使我们觉得第二个选择更有道理。
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多宇宙图景与智能设计图景起着同样的逻辑作用。二者都提出了不能检验的假设,如果假设对了,它将使不可能的事情成为可能。
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这些论证之所以错了,部分原因在于它们依赖于一个没有明说的假定——我们把握了所有可能的情形。回到行星的类比,我们不能排除未来某个时候也许会出现一个真正的解释,解释我们的行星为什么适宜生命。两个论证的错误在于它们都拿一个可能(但未经检验)的解释来对比一个不可能有解释的命题。当然,在只有这两个选择的情况下,一个解释会比任何未经解释的不可能性显得更为合理。
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几百年来,我们都有很好的理由相信存在大量行星,因为存在很多恒星——最近我们直接证明了存在太阳系外的行星。所以我们认同用多行星来解释我们行星的生命特征。但当问题涉及我们的宇宙为什么有生命时,我们至少有三种可能:
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1.我们的宇宙是大量有着随机定律的宇宙的集合。
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2.存在智能设计者。
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3.存在我们迄今未知的机制,既能解释我们宇宙为什么适宜生命,也能做出可以证明它或证伪它的可检验的预言。
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前两种可能在原则上是不牢固的,最合理的是主张第三种情形。实际上,那是我们作为科学家需要考虑的唯一可能,因为接受前面的任何一种都意味着我们学科的终结。
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有的物理学家声称必须严肃对待弱人存原理,因为它在过去指引我们做出了真正的预言。我这儿说的是我最仰慕的一些物理学家——除了苏斯金,还有温伯格,你大概还记得,第四章说过他和萨拉姆一起统一了电磁力和弱核力。于是,我很痛苦地拿出我的结论:在我考察的所有情形,他们的主张都是错误的。
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例如,我们根据英国天体物理学家霍伊尔(Fred Hoyle)在50年代的考察,考虑下面有关碳核性质的论证。人们通常拿这个论证来说明真正的物理学预言可以建立在人存原理的基础上。论证从一个观察事实开始:生命的存在需要碳。实际上,碳很丰富。我们知道它不可能从大爆炸产生出来,所以我们知道它必然是在恒星中制造的。霍伊尔发现,只有当存在碳核的某个共振态时,才能形成碳。他把预言告诉了一群实验家,他们找到了。
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霍伊尔预言的成功有时成了人存原理的支持。但前面一段从生命出发的论证与那段的其余部分没有逻辑关系。霍伊尔其实是从宇宙充满了碳的事实得出一个结论,而他的基础是假定必然存在某个碳的生成过程。我们和其他生命由碳组成的事实,并不是论证所必须的。
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经常引用的另一个支持人存原理的例子是温伯格1987年在一篇著名论文里对宇宙学常数的预言。在那篇论文里,温伯格指出,宇宙学常数必然小于某个值,否则宇宙将急速膨胀下去,不可能形成星系。67因为我们看到的宇宙充满了星系,所以宇宙学常数必须小于那个值。确实如此,也必须如此。这是很漂亮的科学。但温伯格将它有效的科学论证推得更远。他说,假定存在一个多重宇宙,假定宇宙常数值随机分布在它们中间,那么在可能真实的宇宙中,宇宙常数的典型值将具有与星系形成相应的最大数量级。于是,假如多重宇宙的图景是对的,那么宇宙学常数就具有可能的最大值,而同时允许星系的形成。
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温伯格发表这个预言时,人们还普遍相信宇宙学常数等于零。因此,当他的预言大约在10%的精度内正确时,确实令人惊讶。然而,当新的结果要求对他的结论进行更仔细的验证时,问题就来了。温伯格原来考虑的一族宇宙,只有宇宙学常数是随机分布的,而其他参数都是固定的。其实,他本该在容许星系形成的所有宇宙中平均,允许所有参数变化。如果这样进行预言,宇宙学常数值就将差得很远。
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这说明了这类推理的一贯问题。如果我们的图景需要随机分布的参数,而我们只能观测其中的一组,那么我们可以得到很大范围的预言,就看我们对未知和不可见的那些参数做什么样的假定。例如,我们每个人都属于很多群体,在有些群体中我们也许是代表性成员,但在其他许多群体中我们是非代表性的。例如,在为本书写的作者小传中,我写的都是有代表性的东西。你能从中了解我多少呢?
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还有许多其他情形,也许验证了某个弱形式的人存原理。在基本粒子物理学的标准模型中,有些常数如果真是通过在一族宇宙中的随机分布进行选择的,就完全不会有我们预期的数值。我们预期夸克和轻子的质量除了第一代而外应该是随机分布的,但我们发现了它们之间的关系。我们预期基本粒子的某些对称性会被强核力打破更多,我们预期质子衰变比现在实验所限制的更快。实际上,我不知道哪个成功预言是从具有随机的定律的多重宇宙推导出来的。
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但第三种情形又如何呢?它是以可以检验的假设为基础来解释我们宇宙的生命特征的。1992年,我公开提出了这样的设想。为了从多重宇宙得到可以检验的预言,宇宙族一定不能是随机的。它必须具有复杂的结构,从而存在所有或多数宇宙都具有的与我们的存在无关的性质。这样我们才能预言我们的宇宙具有那些性质。
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得到这种理论的一个方法是向生物学的自然选择方式学习。我构造这个图景是在80年代末,那时已经清楚弦理论将以大量不同形式出现。从进化论生物学家道金斯(Richard Dawkins)和马古利斯(Lynn Margulis)的书中,我了解到生物学家已经有基于可能的显型空间(他们称之为适应性景观)的进化模型。我借用这个思想和名词,设想了一幅宇宙从黑洞内部生成的图景。在《宇宙的一生》(1997)中,我仔细考察了整个思想的意义,这里就不多说了;我只想说,那个我所谓的宇宙自然选择的理论,做出了真正的预言。1992年,我发表了其中的两个,它们也就从此确立起来了,尽管可能被后来的许多观察证明是错误的。两个预言是,68没有质量大于1.6个太阳质量的中子星,和暴胀生成的——也许就是在宇宙微波背景中看到的——涨落谱,应该与可能的最简单形式的暴胀一致,只有一个参数和一个暴胀子场。
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