表观奇迹 (2)自然定律形成了一个极端仔细微调的系统

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　　当一个恒星的氢开始被用尽时情况改变。当那发生时，恒星的核塌缩直至其中心温度升至大约1亿度开尔文。在那些条件下，核相互间如此频繁遭遇，使得一些铍核在有机会衰变之前即和一个氦核碰撞。那时铍可和氦融合形成碳的一种稳定的同位素。可是那个碳到形成能享受一杯波尔多葡萄酒，抛耍燃烧的保龄球木瓶，或者诘问有关宇宙问题的那类化合物有序结合还有很长的路要走。为了诸如人类的生命能存在，碳必须从恒星内部被移到更友好的邻近。正如我们说过的，那就是，当恒星在它的生命循环的终点作为超新星爆发，抛出碳和其它重元素时完成了这一步，抛出的这些后来凝聚成一个行星。
　　碳创生的这一过程被称为三阿尔发过程，因为“阿尔法粒子”是涉及的氦同位素的核的另一个名字，而且这个过程需要它们中的三者(最终)融合在一起。通常的物理预言，通过三阿尔法过程产生碳的速率应该是非常小的。注意到这一点，1952年霍伊尔预言一个铍核和一个氦核的能量之和必须与要形成的碳的同位素的某一量子态的能量几乎精确相等，这种情景称为共振，它极大地提高了核反应的速率。那时还不知道有这种能级，然而在霍伊尔建议的的基础上，加州理工学院的威廉否勒探索并找到了它，为霍伊尔关于复合核如何被创生的观点提供了重要支持。
　　霍伊尔写道：“我不相信任何考察此证据的科学家会得不出推论，核物理定律是顾及到它们在恒星内部产生的后果而被有意设计的。”在那个时候，无人有足够的核物理知识，得以理解由这些精确物理定律导致的何等的意外运气。可是，近年物理学家在研究强人存原理的有效性时，开始询问如果自然定律不同的话，宇宙会变得什么模样。我们今天可以创造电脑模型，它能告诉我们三阿尔法反应率如何依赖于自然的基本力的强度。这种计算显示，只要在强核力的强度上哪怕改变百分之0.5，或者电力改变百分之四，就会在每个恒星中要么几乎毁灭全部碳，要么毁灭全部氧，因而毁灭了我们所知的生命的可能性。只要改变我们宇宙的那些规则一点，我们存在的条件就消失了！
　　人们检查在一定的方式改变了理论物理时产生的模型宇宙，能够系统地研究物理定律这些改变的效应。结果发现不仅是强作力和电磁力的强度是为我们的存在而量身定做的。在我们理论中的大多数基本常数显得在以下意义上都被仔细微调，如果它们哪怕被适量改变，宇宙就会是定性上不同，在许多情况下不适合于生命发展。如果其它核力，例如弱力弱得更多，那么在早期宇宙所有的氢都会转变为氦，因而不存在正常恒星；如果它强大得多，爆发的超新星就不会喷出外壳，因而就不能在星际空间撒下行星抚育生命所需的重元素的种子。如果质子只要更重百分之0.2，它们就会衰变成中子，使原子不稳定。如果构成质子的夸克种类的质量总和只要改变小到百分之十，那么我们由之组成的稳定的原子核就要少得多；事实上，夸克的质量和似乎对于大量稳定核的存在似乎大致是最佳的。
　　如果人们假定对于行星生命之演化几亿年的稳定轨道是必须的，那么空间维度的数目也被我们的存在所固定。那是因为，根据引力定律，只有在三维时，稳定椭圆轨道才有可能。在其它维中，圆周轨道是可能的，但正如牛顿担心的，那些是不稳定的，除了三维的任意维甚至一个小干扰，诸如那些由其它行星的拉力产生的会迫使行星脱离其圆周轨道，并使之要么旋入或旋离太阳，这样我们要么被烤死要么被冻死。还有在多于三维时，两体间的引力会减弱得比在三维时更快。在三维时，当距离加倍时引力下降到1\/4。在四维时，下降至1\/8，在五维时，下降到1\/16，等等。因而，在多于三维时，太阳不能在一种稳定的状态存在，即其内部压力平衡引力的吸引。它要么会分裂，要么会塌缩形成一个黑洞，任何一种后果都不会让你开心。在原子的尺度，电力的行为和引力一样。那意味着原子中的电子要么会逃离，要么旋进核去。在任一种情形下，如我们所知的原子是不可能的。
　　能够支持智慧观察者的复杂结构的出现似乎是非常脆弱的。自然定律形成了一个极端仔细微调的系统，在不毁灭我们所知道的生命发展的可能性下，物理定律能被改变的是非常小的。若非在物理定律的精确细节上的一系列令人吃惊的巧合，人类和类似的生命形式似乎永远不可能形成。
　　最令人印象深刻的微调巧合牵涉到在广义相对论的爱因斯坦方程中的所谓的宇宙常数。正如我们说过的，当他于1915年表述该理论时，爱因斯坦相信宇宙是静态，也就是既不膨胀也不收缩。由于所有物质都吸引其它物质，他将一个新的反引力的力引进他的理论，以对抗宇宙向自身收缩的倾向。这个力，不象其它力并非来自任何特殊的源，而是植入时空的结构本身。宇宙常数描述那个力的强度。
　　当发现宇宙不是静态时，爱因斯坦从他的理论中除去宇宙常数，并声称将其纳入是他一生最大的错误。然而，1998年对非常遥远的超新星的观测指示，宇宙正在加速膨胀，若无某种作用穿透空间的排斥力不可能有这个效应。宇宙常数被复活了。由于我们现在知道它的值不为零，余下的问题便成为，为何它具有现有的值？物理学家创造了论证，解释它如何可能因量子力学效应而出现，但他们计算的数值大约比由超新星观测得到的实际数值强120个数量级(或者1后面跟120个零)。这就意味着，要么在计算中使用的推理错了，要不然就是存在着另外某种效应神奇地对消了计算值的一切，只剩下一个无法想象的小的微量。有一件事可以肯定，如果宇宙常数的值比现值大得多，我们的宇宙就会在星系形成之前自己爆炸开来——再次——就我们所知的生命是不可能的。
　　我们从这些巧合得出什么结论？在物理基本定律的精确形式和性质中的运气和我们在环境因素中发现的幸运是不同类型的。它不可能被轻而易举地解释，而具有深刻得多的物理和哲学含义。我们的宇宙和它的定律显得是一种设计，这两者都为支持我们而量体裁制的，如果我们必须存在，改变的余地就很小。这不容易被解释的，而且自然地引起了为何它是这样的问题。
　　很多人愿意我们利用这些巧合作为上帝工作的证据。宇宙是上帝设计来供人类居住的观念出现在几千年以来直至现代的神学和神话之中。在玛雅人波波武经把神话当作历史的故事中的神正式宣布：“直到具有认识才能的人类存在，我们才为我们创生和形成的一切接受名誉和尊敬。”公元前二千年的典型的埃及文字陈述：“人，上帝的畜牲，已经被很好地供养。他(太阳神)为他们创造了天地。”在中国道教哲学家列御寇(约公元前400年)通过一个故事中人物的嘴说道，“天之于民厚矣！殖五谷，生鱼鸟以为之用。”
　　在西方文化中，旧约圣经在其创生故事中包含神意设计的思想，然而亚里士多德也极大地影响了传统基督教的观点，他深信根据某种深思熟虑设计而运行的智慧的自然世界。中世纪基督教神学家托马斯·阿奎那利用亚里士多德关于自然秩序的思想论证上帝之存在。在十八世纪另一位基督教神学家甚至走到这么远，说免子之所以有尾巴是让我们容易射中它们。几年前维也纳的总主教克里斯托弗·舍本恩红衣主教对基督教观点给出更现代的诠释，他写道：“现在，在二十一世纪之初，面临着诸如新达尔文主义和宇宙学中的多宇宙假设新的科学宣告，这些是发明来避免在现代科学中发现目的和设计的压倒性的证据，天主教会将正式宣布自然的内在设计是真实的，以再次捍卫人性。”这位红衣主教在宇宙学中所指的目的和设计的压倒性证据是我们上面描述的物理定律的微调。
　　哥白尼的太阳系模型是科学拒绝人类中心宇宙的转折点，地球在该模型中不再占据中心位置。具有讽剌意味的是，哥白尼自己的世界观却是神人同形的，甚至到了这种程度，为了安慰我们，他指出尽管他的日心模型，地球几乎处于宇宙的中心：“虽然[地球]不处于世界的中心，尽管如此，其[离开中心的]距离尤其在和固定恒星间的距离相比较时算不了什么。”随着发明望远镜，在十七世纪的观测，诸如我们的并非被一个月亮环绕公转的仅有的行星的事实，强烈支持我们在宇宙中不居优越位置的原理。在随后的几世纪里，我们对宇宙发现得越多，似乎越显得地球可能只不过是平凡的行星。然而，现代发现了这么多自然定律的极端微调，至少可使我们中的某些人有点回到这个大设计是某一伟大设计者的作品的旧观念。因为在美国不准在学校里教宗教，所以这类思想被称为智慧设计，不明说但隐含的意义是该设计者为上帝。
　　那不是现代科学的答案。我们在第五章看到，我们的宇宙似乎是许多中的一个，每一个拥有不同的定律。多宇宙思想不是发明用来解释微调的奇迹的。它是无边界条件还有现代宇宙学中其它许多理论的一个结论。然而如果它是正确的，那么强人存原理可被认为有效地等同于弱的版本，将物理定律的微调放在和环境因素同样的立足点上，由于它意味着我们宇宙栖息处——现在是整个可观测的宇宙——只是许多个中的一个，正如我们的太阳系是许多中的一个一样。这意味着，多宇宙的存在可能解释自然定律的微调，其方法和意识到存在类似太阳系的亿万个系统，使得我们太阳系的环境巧合变得寻常一样。长期以来，许多人将自然的美和复杂归功于上帝，这在他们的时代似乎得不到科学的解释。然而，正如达尔夫和华莱士不用一个至高存在的干涉解释生命形式的表观奇迹设计能够出现，多宇宙概念可以解释自然定律的微调，而不需要为我们制造宇宙的仁慈的造物主。
　　有一次爱因斯坦诘问助手恩斯特·斯特劳斯：“上帝在创生宇宙时有任何选择吗？”在十六世纪末开普勒坚信，上帝根据某种完美的数学原则创造了宇宙。牛顿证明，适用于天穹的同样定律也适用于地球，并发展了表达那些定律的数学方程，这些方程是如此优雅，甚至几乎激起了十八世纪的许多科学家的宗教热诚，他们似乎想用它们来证明上帝是一名数学家。
　　自从牛顿，特别是爱因斯坦以来，物理学的目标已是去发现开普勒摹想的那种简单的数学原则，并利用它创造一个万物的统一理论，该理论会解释我们在自然中观察的物质和力的所有细节。在十九世纪末和二十世纪初麦克斯韦和爱因斯坦统一了电磁和光的理论。1970年代标准模型被创造出来，这是一个强和弱核力以及电磁力的单独理论。后来弦理论和m理论出现，试图去包括余下的力，即引力。其目标不仅是找到能解释所有力的单独理论，而且能解释我们一直谈论的诸如力的强度和基本粒子的质量和荷的基本的数。正如爱因斯坦所说，希望在于能够说“自然是这样构成的，可能逻辑地设计这么彻底地确定的定律，以至于在这些定律之中只有合理地完全被确定的常数存在(因此，不是那些在不毁灭理论前提下数值可被改变的常数)。”一个唯一的理论不大可能被微调以致允许我们的存在。但是鉴于目前的进步，我们如果将爱因斯坦之梦解释为找到唯一的理论，该理论解释这个和其它宇宙以及其不同定律的整个谱系，那么m理论可能就是那个理论。然而m理论上是唯一的吗？或者它是由任何简单的逻辑原则所要求的吗？我们能回答这个问题吗，为什么是m理论而不是别的理论？