我們正生活在一個(gè)非常特別的時(shí)代！

——在21世紀(jì)到來(lái)之際，眾多天文學(xué)家、物理學(xué)家相繼發(fā)出由衷的感嘆。

是的，能夠描述基本粒子、宇宙的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型讓他們歡欣鼓舞。新的理論證明了一個(gè)他們?cè)缇鸵庾R(shí)到的事實(shí)：我們?nèi)祟愖鳛樽鳛橹腔凵?，的確正生活在一個(gè)非常特別的時(shí)代。

相對(duì)于宇宙130多億年的歷史，這是一個(gè)宇宙膨脹的“剎車”和“發(fā)動(dòng)機(jī)”二者碰巧旗鼓相當(dāng)?shù)碾A段——暗能量以73比27的微弱優(yōu)勢(shì)占先，它與暗物質(zhì)大致勢(shì)均力敵。這樣的宇宙背景，膨脹和加速都非常緩慢。

如果我們?nèi)祟愅?0億年出現(xiàn)，宇宙已經(jīng)誕生了180億年，那么我們的認(rèn)知會(huì)大相徑庭。180億年的宇宙，物質(zhì)密度因?yàn)榕蛎浺呀?jīng)變得非常小，喪失了剎車功能；宇宙膨脹急劇加速，絕大部分星系離開(kāi)我們的視線所能及；微波背景輻射也不再能被觀察到?？藙谒惯€根據(jù)ΛCDM理論研究發(fā)現(xiàn)，那時(shí)的智慧生物無(wú)法發(fā)現(xiàn)宇宙的大爆炸起源，因?yàn)槟菚r(shí)不再會(huì)有任何證據(jù)來(lái)表明宇宙起源。

早在1960年代初，狄克就曾指出：人類生活在宇宙100多億年這一時(shí)刻不是隨機(jī)的偶然。生命不是空中樓閣，需要有物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其是構(gòu)造我們身體的碳、氫、氧等元素。在這些元素普遍存在之前，不可能出現(xiàn)有機(jī)生命體。

伽莫夫他們的那篇αβγ論文，設(shè)想宇宙在大爆炸后的冷卻期間會(huì)通過(guò)中子俘獲的核合成過(guò)程逐步產(chǎn)生越來(lái)越大的原子，這樣宇宙才能充滿豐富多彩的元素。然而，中子俘獲鏈只適用少數(shù)幾個(gè)最輕元素，所以在大爆炸之后的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里，宇宙中只存在氫、氦、鋰少數(shù)原子，當(dāng)然就不會(huì)有生命的跡象。

霍伊爾認(rèn)為，更重的元素是在恒星內(nèi)部的核反應(yīng)中生成的。1953年，他到加州理工學(xué)院訪問(wèn)，來(lái)到核物理學(xué)家福勒（William Fowler）的實(shí)驗(yàn)室，給出他計(jì)算的共振態(tài)能級(jí)數(shù)據(jù)要求核實(shí)。實(shí)驗(yàn)室的人很是詫異，他們不知道這是個(gè)什么態(tài)，也沒(méi)有任何已知的物理、化學(xué)論據(jù)可以支持這個(gè)態(tài)的存在。但霍伊爾毫不含糊，因?yàn)樗幸粋€(gè)“終極”理由：沒(méi)有這個(gè)共振態(tài)，宇宙中不會(huì)有碳原子，也不可能有碳基生物、有生命，也就不可能有我們?cè)谶@里爭(zhēng)吵。果然，福勒的研究生通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到了那個(gè)所謂的共振態(tài)。

幾年后，霍伊爾、福勒和天文學(xué)家伯比奇夫婦（Margaret Burbidge和Geoffrey Burbidge）共同發(fā)表了史稱“B2FH”的論文，系統(tǒng)地闡述了重元素在恒星內(nèi)部的產(chǎn)生過(guò)程。福勒因這個(gè)發(fā)現(xiàn)獲1983諾貝爾獎(jiǎng)。但是，包括福勒在內(nèi)的很多人認(rèn)為霍伊爾更應(yīng)該得這個(gè)獎(jiǎng)。

碳、氧等重元素是在恒星內(nèi)部的高壓高溫條件下產(chǎn)生的。這些重元素被恒星本身的重力所禁錮。如果再過(guò)幾億、幾十億年，第一代恒星開(kāi)始耗盡能源，以超新星爆發(fā)的方式走向死亡，那么被禁錮的重元素將隨之獲得解放而遍灑宇宙（更重的金屬元素還要等待中子星碰撞等劇烈天文事件的發(fā)生才得以解禁）。再后來(lái)，這些原子的一部分將在引力作用下再次聚集，在新的第二代恒星周圍形成不發(fā)光的行星。我們的地球便是這樣的不發(fā)光的行星，上面孕育了生命。

也就是說(shuō)，生命出現(xiàn)的時(shí)機(jī)不可能太早，生命存在的時(shí)段在宇宙尺度上也是很短暫的。再過(guò)幾十億年，由于宇宙膨脹的加劇和物質(zhì)密度的降低，氫原子聚集形成新恒星的機(jī)會(huì)越來(lái)越少。隨著恒星的陸續(xù)死亡，宇宙將進(jìn)入黑暗時(shí)期，宇宙中不會(huì)再有生命，除非智慧生命屆時(shí)能以我們無(wú)法想象的方式繼續(xù)生存。

今天的宇宙，可能只有太陽(yáng)系的地球才具備生命的條件。地球上有充足的氧氣、水、土壤等資源；地球離太陽(yáng)不遠(yuǎn)不近，溫度適宜；地球上的晝夜、四季分明，適合農(nóng)作物生長(zhǎng)；地球的大氣層不僅保證生態(tài)循環(huán)，還與地磁場(chǎng)一起阻擋、分流了有害的宇宙射線……在茫茫廣宇中，地球獨(dú)一無(wú)二。

宇宙物質(zhì)的基石是微觀粒子——重子和輕子。作為重子的質(zhì)子和中子，其質(zhì)量分別是電子（輕子）的1836.15267343和1838.68366173倍。雖然我們可以如此精確地測(cè)量出這兩個(gè)值，但無(wú)法明白它們?yōu)槭裁磿?huì)是這么隨意的數(shù)值。

中子比質(zhì)子重約千分之一。這個(gè)微不足道的差異，說(shuō)明中子不是一個(gè)穩(wěn)定態(tài)，它會(huì)自發(fā)衰變成質(zhì)子和電子。假如中子處在原子核外——自由狀態(tài)，其壽命就只有區(qū)區(qū)15分鐘。原子核內(nèi)的中子受強(qiáng)相互作用就穩(wěn)定得多，但也有衰變的可能（原子核貝塔衰變的根源）。假如中子比質(zhì)子再重一點(diǎn)（大于千分之一），那么它就會(huì)更不穩(wěn)定，貝塔衰變將更為普遍。原子核內(nèi)的中子大量衰變，最后可能只剩下質(zhì)子，而只有質(zhì)子的原子核很難保持穩(wěn)定，它們會(huì)分崩離析。這種情況下唯一能穩(wěn)定存在的是由單一質(zhì)子組成的氫原子核。所以，如果中子比質(zhì)子稍微更重一點(diǎn)，宇宙就會(huì)成為一個(gè)只有氫原子的世界。

反過(guò)來(lái)，若是質(zhì)子比中子重千分之一，那么不穩(wěn)定的便是質(zhì)子，它也會(huì)自發(fā)衰變成中子和正電子。這樣的話，連氫原子核也無(wú)法穩(wěn)定存在，其它元素的生產(chǎn)鏈就無(wú)從出現(xiàn)，也就是宇宙中不可能有任何原子，而只能是一個(gè)充斥中子和電磁輻射的死寂世界。（現(xiàn)實(shí)宇宙中的質(zhì)子是否完全穩(wěn)定學(xué)界尚未有定論。大統(tǒng)一理論認(rèn)為質(zhì)子也會(huì)衰變，只是其壽命非常長(zhǎng)，但至今未能在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證.）

宇宙中有四種基本相互作用力，它們各自的強(qiáng)度也像粒子質(zhì)量一樣的隨機(jī)而無(wú)規(guī)律。它們的相對(duì)強(qiáng)度似乎是精誠(chéng)合作的。比如弱相互作用最微不足道，它不僅微弱，而且只在貝塔衰變過(guò)程中出現(xiàn)，似乎可有可無(wú)。但是，在恒星死亡時(shí)的超新星爆發(fā)過(guò)程卻有依賴于弱相互作用所產(chǎn)生的大量中微子。假如這個(gè)力的強(qiáng)度大小有所偏離，中微子就可能無(wú)法沖開(kāi)恒星外層的氣體阻礙，導(dǎo)致星體內(nèi)部的重元素?zé)o法逃逸。于是，宇宙中還是不會(huì)有生命。

宗教篤信上帝之手創(chuàng)造出了一個(gè)正好適合地球生命的宇宙，但更看重邏輯的物理學(xué)家不敢恭維上帝的杰作。疑惑是，這樣的一個(gè)世界需要太多、太繁雜的鬼斧神工和精巧平衡，不具備簡(jiǎn)潔美感。

霍伊爾所謂的碳原子必須有一個(gè)特定共振態(tài)的來(lái)源說(shuō)，不過(guò)是追求戲劇性效果。但他的這一“成功”啟發(fā)了他在劍橋大學(xué)的同事、宇宙學(xué)家卡特（Brandon Carter）。1970年，卡特將霍伊爾、狄克等人的樸素想法“升華”到哲學(xué)高度，提出了所謂的宇宙學(xué)“人擇原理”（Anthropic Principle）。

這個(gè)名頭很大的原理非常直截了當(dāng)，似乎沒(méi)多大含金量：宇宙的自然法則、參數(shù)選取必須符合人類存在的條件。或者反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果上帝沒(méi)有弄對(duì)參數(shù)，整出一個(gè)人類無(wú)法生存的宇宙，那肯定不會(huì)是我們所經(jīng)歷的這個(gè)宇宙。

人擇原理第一次旗幟鮮明地把原本是客觀世界的宇宙與人類主觀意識(shí)的活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，不可分離。這引發(fā)了莫大爭(zhēng)議。如果森林中一顆大樹(shù)倒下，而附近卻沒(méi)有人，那么它發(fā)生了嗎？（anthropic在英文中的原意是“與人類有關(guān)的”。中文翻譯為“人擇原理”不十分恰當(dāng)，含義是“人類有意識(shí)地做選擇”。）

                                       思考中的人類與宇宙

1974年，也是在劍橋的霍金發(fā)表論文支持人擇原理。他解釋當(dāng)時(shí)讓天文學(xué)家困惑的宇宙平坦問(wèn)題：我們的宇宙之所以以非常接近臨界密度的方式膨脹，唯一的可能解釋來(lái)自狄克和卡特的建議——唯如此才可能有智慧生物存在。

霍金的時(shí)機(jī)比較糟糕。僅僅幾年后，古斯提出宇宙暴脹，為宇宙平坦提供了更基于邏輯的解釋?；艚鹨擦⒖谭艞壛巳藶?、膚淺的人擇原理解釋，全身心地投入暴脹理論的研究。

特納曾把宇宙常數(shù)譏諷為“無(wú)賴宇宙學(xué)家的最后避難所”。其實(shí)，人擇原理才是他們更大的無(wú)可奈何的選項(xiàng)。作為科學(xué)論據(jù)，人擇原理無(wú)法預(yù)測(cè)未知的現(xiàn)象——除非硬拉上霍伊爾的例子——因此既無(wú)法被證實(shí)，更無(wú)法被證偽。

然而，即使在暴脹理論解釋了宇宙平坦、視界等幾大難以置信的巧合之后，宇宙中依然存在著太多的碰巧事例。物理學(xué)家把這種現(xiàn)象叫做宇宙的“微調(diào)”（fine-tuning）。大統(tǒng)一理論中有50多個(gè)參數(shù)的數(shù)值需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)擬合得到。如同質(zhì)子中子的質(zhì)量、弱相互作用的強(qiáng)度，分開(kāi)看它們沒(méi)有任何道理，合在一起卻恰好形成一個(gè)能夠保障人類出現(xiàn)的宇宙。

宇宙常數(shù)也是如此。早在1987年，宇宙常數(shù)尚未被證實(shí)存在，溫伯格就指出Λ的數(shù)值不能太大，否則人類不可能在高速膨脹的宇宙中存在。幸好，基于超新星測(cè)量和宇宙平坦所擬合的Λ沒(méi)有超出允許范圍。

1982年，霍金、古斯等人在納菲爾德會(huì)議上拼命演算，以求解決暴脹理論中宇宙在結(jié)束暴脹時(shí)會(huì)太均勻這個(gè)大漏洞，但這個(gè)理論的始作俑者林德卻不為所動(dòng)。他的注意力早已不在這些細(xì)節(jié)上。他把眼光投向更遠(yuǎn)，甚至超越地球人類目光所能及的視界。

按照古斯的原始舊暴脹理論，宇宙在相變時(shí)產(chǎn)生很多泡泡，但遭遇了泡泡互相之間越離越遠(yuǎn)，無(wú)法融合的困境。經(jīng)過(guò)林德的脫胎換骨，新暴脹理論中的宇宙——嚴(yán)格說(shuō)是我們的視界中的那部分宇宙——只是暴脹后的單一泡泡。林德不能忘懷在這一個(gè)泡泡之外，應(yīng)該還有那些另外的泡泡，它們也會(huì)暴脹，也可能膨脹出自己的宇宙。因?yàn)榱孔恿W(xué)的不確定性，這眾多的泡泡不可能步調(diào)一致地同時(shí)暴脹，而會(huì)是各有先后，各有各的途徑，形成不同的宇宙。林德稱之為“混沌暴脹”（chaotic inflation）——產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)千姿百態(tài)的宇宙，每個(gè)宇宙都有自己的物理定律和參數(shù)，而有些宇宙會(huì)和我們的一樣，有些則是相反的……。

林德在向會(huì)議提交的論文中指出，即使已經(jīng)形成的宇宙泡泡自身也會(huì)隨機(jī)地產(chǎn)生新的泡泡，激發(fā)新的暴脹，發(fā)展成自己的“子”宇宙。因此，宇宙暴脹并不是橫空出世的一次偶然事件，而是無(wú)時(shí)無(wú)刻都在發(fā)生的尋常事件，只不過(guò)是我們無(wú)從覺(jué)察。林德又把這個(gè)更新的理論叫做“永恒暴脹”（eternal inflation）。

林德描繪的多重宇宙結(jié)構(gòu)示意圖

統(tǒng)計(jì)學(xué)在樣本選取上有一個(gè)至關(guān)重要的“選擇偏見(jiàn)”（selection bias）概念。如果有意無(wú)意地只選取自己愿意看到或能看到的樣本，得出的結(jié)果可能會(huì)有致命的偏差。天文學(xué)家對(duì)這個(gè)概念尤其熟悉，并有自己的名稱：“馬姆奎斯特偏見(jiàn)”（Malmquist bias）。

20世紀(jì)初，瑞典天文學(xué)家馬姆奎斯特（Gunnar Malmquist）指出，天文學(xué)家應(yīng)該格外小心，不要輕易根據(jù)自己的觀測(cè)妄議宇宙——只看到足夠明亮的星星，可能遺漏了大量不夠亮、不發(fā)光的物體。那時(shí)還不知道有暗物質(zhì)存在。馬姆奎斯特的這一警示的影響很大，他之后的幾代天文學(xué)家都唯恐掉進(jìn)這個(gè)陷阱。

在西方語(yǔ)言里，“宇宙”（universe）一詞源自拉丁語(yǔ)，是“所有”、“全部”的意思（詞根“uni-”代表“唯一”）。因此，宇宙在概念上自古以來(lái)就只有一個(gè)，它攬括了全部的世界。

林德認(rèn)為，永恒暴脹也為哲學(xué)性的人擇原理賦予科學(xué)的基礎(chǔ)：宇宙不單一。我們只看到眼前這個(gè)宇宙，因?yàn)槲覀兣銮缮钤谶@個(gè)宇宙中，而且這個(gè)宇宙中的物理法則和參數(shù)正好保證了我們能夠生存。

于是，如果真的（曾經(jīng)）有上帝存在，他也不是先知先覺(jué)地為人類精確設(shè)計(jì)、調(diào)整了這些法則、參數(shù)。他不過(guò)是一下子創(chuàng)造了幾乎無(wú)窮多個(gè)宇宙，其中之一，或至少有一個(gè)，恰好適合人類生存?；蛘哒f(shuō)，即使在創(chuàng)世之初，也并不需要有一個(gè)全能的上帝。

費(fèi)曼曾在一次講學(xué)中夸張地大發(fā)感慨：“你知道嗎？我今晚遇到了最奇異的事件。我來(lái)這里時(shí)走過(guò)那停車場(chǎng)，你沒(méi)法相信發(fā)生了什么。我看到一輛車，車牌號(hào)碼是‘ARW 357’。你能想象嗎？這個(gè)州有著幾百萬(wàn)塊不同的車牌號(hào)碼，我在這個(gè)晚上看到這一個(gè)號(hào)碼的幾率該會(huì)是多么地小？真是奇跡??！”

當(dāng)我們景仰這個(gè)宇宙，感嘆大自然的造化、上帝的睿智時(shí)，我們所崇拜的，其實(shí)很可能只是費(fèi)曼眼里那個(gè)平淡無(wú)奇的車牌號(hào)碼。

來(lái)源：程鶚 的博客