宇宙是井然有序的,物质和能量都严格按照有序结构安排,从原子到分子,到晶体、生物,再到恒星、星系等,都是如此。而且,物质系统的行为也是有章法的。更令人惊叹的还在于,精妙绝伦的宇宙不能稍有增减,不然的话就没有人类出现,这个宇宙或许就没有观察者了。为了使宇宙中有生命,就需将许许多多巧合事件联系到一起,但存在这种联系的可能性实际上非常小,而我们的宇宙却令人难以置信地做到了。
为什么宇宙是今天这个样子而不是别的?它为什么精妙得如此令人惊叹?这样的问题连科学家也不知该怎么回答。不过有一种理论很奇怪也很有趣,这就是“人择原理”(Anthropic Principle)。人择原理是说,宇宙之所以是这种样子,是因为生命(特别是人类)的存在,宇宙需要人类这个观察者,因此,宇宙不可能是别的样子,只能是人类看到的这种样子。“人择原理”可更直白地解释为:“我们看到的宇宙之所以这个样子,乃是因为我们的存在。”
比如说,宇宙历史为什么是约150亿年,而不是更长或更短?是因为人类要能存在,就必须有一颗恒星(比如太阳)和一颗在适当距离围绕它运动的行星(比如地球),而行星必须是由合适的化学元素混合物(特别要有碳、氮、氧和氢)构成,这些元素在生命过程中起着关键作用。但宇宙大爆炸只产生了氢、氦等很少几种轻元素,碳和其他重元素是在最早的恒星内部加工合成的。在太阳形成之前,可能已有好几代这样的早期恒星经历了生命轮回,它们一遍又一遍加工着原子,将太古时的氢转变成各种重元素,正是这些重元素成为构建生命的一砖一瓦。早期恒星在命运结束时爆炸,将重元素扩散到空间,形成了可以产生包括太阳在内的后代恒星和行星的尘埃云,这经历了几十亿年的时间。
50亿年前,太阳系就在这样的尘埃云中形成,其中的碳、氧和铁原子是尘埃云的化石,正是这些原子导致复杂的化学现象,也使生命的最终产生成为可能。原子的化学反应形成了分子,分子形成细胞,进而形成细菌、昆虫等。最后,智慧的人类诞生了!这是一段漫长的数十亿年时光。也就是说,这一切并非出于偶然:当智慧生命作为宇宙观察者出现时,宇宙必须足够古老,使某些恒星已完成演化,以产生像氧和碳那样的元素,然后由这些元素构成生命;宇宙也必须足够年轻,使某些恒星仍然在提供能量以维持生命。150亿年,这就是一个恰到好处的时间长度。
在宇宙演化中,同时也提出了另一个问题:“我们的宇宙为何如此之大?”广阔的宇宙其实正是我们存在所必需的!我们都是恒星的孩子,但如果核物理定律略有改变,“父母”(恒星)将不可能有“孩子”(我们)。因为哪怕略微改变支配核物理的常量,则在恒星中生成的原子或许会变得不稳定,甚至根本不可能生成,生命所依赖的重元素也就不能制造出来。因此,可以想象,为了使生命在我们宇宙中形成,一大批物理常量的取值必须限制在一个极窄范围内。这种巧合事件发生的可能性极小,因此为了创造生命,宇宙或许就精确地选择了那些值,例如它的年龄、尺寸,它的化学成份。以及它的物理过程。
举例说,引力使行星保持在自己轨道上,如果没有引力作用,恒星内部的热力将使星内物质分崩离析。如果引力太弱,空气就不能环绕地球,行星也不能围着太阳转,宇宙就不可能像现在这样井然有序。如果地球引力太强,即便是一只昆虫也要靠粗壮的腿来支撑自己,任何像人类这样块头的生物都会被引力压跨。事实上,在强引力宇宙中,星系形成速度将快得多,恒星的寿命也很短促,分子的复杂化学反应根本不能从容展开,恒星将在复杂生命形态尚未来得及进化成功时就燃尽。很幸运,引力让我们有机会一步步进化,也让我们既不至于脱离地面,也不至于被压跨。在大爆炸后宇宙结构从无到有的过程中,引力也起着关键的调控作用,如果引力太强,宇宙就难以膨胀,不能形成广阔的星系海洋;如果引力太弱,物质将四散而去,根本不能形成星系。
宇宙中如此精密的巧合事件远远不止这些,所有这些巧合无不暗示着宇宙是有目的的,而且这个目的就是为了人类的出现。早在20世纪50年代,就有科学家指出:“宇宙的大小不是随意的,而是由生物因素制约的。”这是“人择原理”的最初来源,当时这个论点没有引起太多关注。“人择原理”是美国宇宙物理学家迪克在70年代初正式提出来的。1973年,在国际天文学联合会纪念哥白尼诞辰500周年的专题讨论会上,法国默东天文台卡特首次引用了“人择原理”术语。
对人择原理的兴趣,人们一直等到1974年,在英国学者布兰登·卡特提出“弱人择原理”和“强人择原理”之后,才真正高涨起来。弱人择原理认为,在某种意义上,宇宙对其如何从大爆炸中浮现出来做了“选择”。它在大爆炸伊始,就选择了适当的引力强度、膨胀速率、核力大小、暗物质密度等等。正因有了这样选择,恒星才有足够长时间产生重元素,原子在生命有机会孕育前不至衰变得太快,才有我们这样的观察者。这个事实意味着,宇宙的很多数值已被施加了大量严格限制条件,使宇宙只能是今天这个样子。强人择原理则更进一步认为,宇宙对如何从大爆炸中浮现出来根本就是无法选择的,在某种意义上是为人类“定做的”。
人择原理似乎是一个倒因为果的理论,它把人类产生的原因说成了结果,或者干脆就是“蛮不讲理”的理论,好像是说:“我们之所以在这里,就是因为我们在这里。”这话说了就像没说一样,而且这样的理论既不能检测,也不能否定。因此,当科学家第一次听到人择原理的表述时。他们立即被弄糊涂了,这是对还是错?
许多科学家不喜欢人择原理,因为它似乎有些强词夺理,而且也没有什么预见性。从某种意义上讲,这个理论使复杂的宇宙很简单就得到了“解释”,实际上就可以不要科学了,只要说明某某事物对人的存在是必需的,就算得到解释了。有的科学家还讽刺道,一块岩石的形成,基本上也需要同样的定律和常数,为什么不说宇宙是为了有一天出现岩石而设计的呢?为什么不说“石择原理”呢?
但是,人择原理却有更深的含义,它与量子理论是相一致的。量子理论认为,粒子永远处于各种各样不同状态中,在对一个粒子进行观测之前,你永远不会确切知道它的状态,它是所有可能状态的总和。那么,对于宇宙来说,情况也是如此。大爆炸之前的宇宙可能处于无穷多的状态之中,只有当膨胀开始,一切沿着既定的方向发展,直至产生生命对它进行观测时,宇宙才是今天这个样子。
也许存在一个由很多宇宙构成的集合,在这集合中,每一种被安排的宇宙各有不同,而我们所感知的宇宙只是这庞大集合中的一员。这无穷多的宇宙集合,他们要么是空虚的,要么太短命,要么太过弯曲,或在其他某方面出了差错,所以绝大部分宇宙不适合生命存在。然而,在数目极少的宇宙中偶然出现了合适条件,于是生命发展了起来。这就是说,其他宇宙都是贫瘠的,而我们的宇宙则是多重宇宙中的一片“绿洲”。显然,生命将要感知到的只能是这些偶然的宇宙,而且,这些生命中的“高级生命”还要建立一些理论,其中有一个“人择原理”,来大谈他们所居住的宇宙是多么不可思议。
……
展开