选择宇宙 (3)自然的表观定律依赖于宇宙的历史

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　　这个观念导致一种和传统的概念根本不同的宇宙观，要求我们调整思索宇宙历史的方式。为了在宇宙学中作预言，我们需要计算在此刻整个宇宙的不同状态的概率。在物理学中，人们通常对一个系统假定某一初始态，利用有关的数学方程向时间的前方演化。给定一个时刻一个系统的态。人们试图计算在以后一个时刻该系统处于某一不同的态的概率。宇宙学中通常是假定宇宙有一单独的明确的历史。人们可以利用物理学定律去计算这个历史如何随时间发展。我们将此称作宇宙学的“从底到顶”方法。
　　然而，由于我们必须考虑正如表达成费恩曼历史求和的宇宙量子性质，宇宙现在处于一个特别的态的概率幅度由将来自所有满足无边界条件和结束于问题中的态的历史迭加而获得。换言之，在宇宙学中人们不应该从底往上遵循着宇宙的历史，因为那假定了存在一个单独的历史，具有明确定义的起点和演化。相反地，人们要从顶到底地跟随历史，从现时刻回溯。某些历史比其它的可能性更大，而求和通常被一个单独历史所支配，这个历史开始于宇宙的创生而完成于正被考虑的态。然而，对于宇宙在此刻的不同的可能的态存在不同的历史。这就导致宇宙以及因果之间关系的根本不同的观点。对费恩曼求和贡献的历史没有独立的存在，而依赖于什么被测量。我们用自己的观测来创造历史，而非历史创生我们。
　　宇宙不具有一个唯一的独立于观察者的历史的思想似乎和我们知道的某些事实矛盾。也许存在一个历史，其中的月亮是羊乳酪做的。但是我们观察到的月亮不是乳酪做的，耗子不愿听到这个消息。因此在其中的月亮是乳酪做的历史对我们宇宙的现态没有贡献，尽管它们也许对其它的有贡献。这听起来象是科幻小说，但它不是。
　　从顶到底方法的一个重要含义是，自然的表观定律依赖于宇宙的历史。许多科学家相信存在一个单独的理论，该理论解释那些定律还有自然的物理常数，诸如电子的质量或者时空的维数。但是从顶到底宇宙学要求自然的表观定律对于不同历史而不同。
　　考虑宇宙的表观维度。根据m理论，时空具有十个空间维度的一个时间维度。其思想是空间的七个维度被卷缩到我们觉察不到的那么小，给我们留下错觉以为所有存在的只是余下的三个大的我们熟悉的维度。m理论的未能解决的核心问题之一是：在我们宇宙中为何不能有多于三个的大的维度，以及为何不能有任何数目的维度被卷缩？
　　许多人愿意相信，存在某种机制使空间维度除了三个以外都自发卷缩。另外的可能是，或许所有的维度都从微小启始，但是因某种可理解的原因，三个空间维度膨胀了，而其余的没有。然而，似乎没有动力学原因让宇宙显得是四维的。相反地，从顶到底的宇宙学预言大的空间的维度的数目不能由任何物理原理确定。对于从零到十的大空间维度的数目都有量子概率幅度。费恩曼求和允许所有这一切，允许宇宙的每一种可能历史。然而，观察到我们宇宙具有三个大的空间维度选取出具有被观测的性质的历史的亚类。换言之，宇宙具有多于或少于三个大空间维度的量子概率是不相关的，因为我们已经确定我们是处于一个具有三维大空间维度的宇宙中。这样，只要对于三个大空间维度的概率幅度不是准确为零，它与其它数目维度的概率幅度相比较，不管多么小都没关系。它就象问现任教皇是中国人的概率幅度。我们知道他是位德国人，即使他是中国人的概率更高，因为中国人比德国人多。类似地，我们知道我们的宇宙展现三个大的空间维度，因此即使其它数目的大空间维度也许具有更大的概率幅度，我们只对具有三维的历史感兴趣。
　　卷缩的维度是怎么回事呢？回忆一下，在m理论中，余下的卷缩维度，内空间的精确形状既确定诸如电子电荷的物理量的值，又确定基本粒子之间相互作用，也就是自然的力的性质。如果m理论只允许卷缩的维度取一种形状，或者允许一些，但是其中除了一种都被某种手段排除掉，只给我们留下自然的表观定律的一种可能性，那么事情的结果就很漂亮。相反地，对于也许多达10的500次方种不同的内空间都拥有概率幅度，每种内空间都导出不同的定律和不同的物理常数值。
　　如果人们从底向上建立宇宙的历史，就没有理由让宇宙应终止于对应于我们实际观测到的粒子相互作用，即(基本粒子相互作用)标准模型的内空间。但在从顶到底的方法中，我们接受具有所有可能内空间的宇宙存在。在一些宇宙中电子具有高尔夫球的重量，以及引力比磁力更强。标准模型以及其所有参数适用于我们的宇宙。人们可以计算在无边界条件上导致标准模型的内空间的概率幅度。如同存在具有三个大空间维度的宇宙的概率一样，因为我们已经观察到标准模型描述我们的宇宙，所以这个概率相对于其它可能性的幅度是多小没有关系。
　　我们在这一章描述的理论是可检验的。在较早的例子中，我们强调了对于极端不同的宇宙，诸如那些具有不同数目的大空间维度，其相对概率幅度没有关系。然而，对于邻近(即相似)的宇宙的相对概率幅度是重要的。无边界条件意味着，完全光滑地启始宇宙的历史拥有最高的概率幅度。对于更无规的宇宙其幅度被减少。这表明早期宇宙曾经是几乎光滑的，但具有小无规性。正如我们提到过的，我们能在从天空的不同方向来的微波的微小变化中观测到这些无规性。人们已经发现它们和暴胀理论一般要求完全相符；然而，需要更精密的测量去把从顶到底理论和其它理论辨别开来，并且要么支持要么拒绝。这些很可能在将来用卫星来实施。
　　几百年前，人们认为地球是唯一的，并位于宇宙的中心。我们今天知道在我们的星系中存在几千亿颗恒星，其中很大的百分比拥有行星系统，以及存在几千亿个星系。本章描述的结果指出，我们的宇宙本身也是许多宇宙中的一个，而且其表观定律不是被唯一确定的。那些希望终极理论，即万物理论能预言日常物理的性质的人，对此一定非常扫兴。我们不能预言诸如大的空间，或者确定的我们观察的物理量(例如电子和其它基本粒子的质量和荷)的内空间的维度的具体特征。我们反而使用那些数去选择那种历史对费恩曼求和贡献。
　　我们似乎正处于科学史的临界点，此刻必须变更我们有关目标以及什么使物理理论可被接受的观念。看来自然表观定律的基本的数，甚至形式并非由逻辑或物理原则所要求。参数可自由采用许多值，以及定律可采用任何导致一个自洽的数字理论的形式，而且在不同的宇宙中，它们的确采用不同的值和不同的形式。那可能不满足我们人类的欲求——我们是特殊的，或者我们想发现容纳所有物理定律的优雅集合。但那也许正是自然的方式。
　　似乎存在可能宇宙的极大量风景。然而，正如我们将在下一章看到的，象我们这样的生命在其中能存在的宇宙很稀罕。我们生活在其中生命是可能的一个宇宙中，然而如果宇宙只要稍微不同，象我们这样的生命便不存在。从这种微调我们可得什么结论？这是宇宙归根到底是由一位仁慈的造物者设计的证据吗？或者科学会提供另外的解释吗？