我们今天宇宙的出现有赖于一系列偶然因素，幸运的是，这些偶然因素看起来恰到好处。
当我们想到宇宙时，自然不会认为它是个光滑统一的地方。像地球这样的行星，就像是宇宙中的“肿块”，散布在深渊般的无尽虚空中。但是在最大的尺度上，宇宙是光滑的。而且在宇宙的早期，这种光滑甚至会出现在较小的尺度上。
大爆炸后的宇宙并非是完美统一的，否则宇宙结构就永远不会出现。但是如果从量子力学的立场出发，出现一个完美统一宇宙的可能性有多大？如果宇宙的早期更统一，在经过更长时间的演化后，是否也能够形成与我们现在这个宇宙相似的宇宙？
要回答这个问题，必须先看看我们现在这个宇宙所具有的特点。
在邻近的尺度上，我们可以发现许多物质团块：恒星、行星、卫星、小行星和人类。这些团块被浩瀚的空间相互分隔，而在它们之间，其实分布着更为细小的物质团块：星际气体、尘埃和等离子体，它们可以是死去或即将死去恒星的残骸，也可以是尚未形成恒星的气体云。而这一切都被银河系束缚在一起。
在更大的尺度上，星系可以是孤立的（场星系）；可以是几个星系互相牵制、束缚在一起，形成较小的星系群（就像我们的本星系群那样）；也可以是聚集在一起，包含数百甚至数千个星系的星系团。假如我们在更大的尺度上进行观察，就会发现星系团和星系群是沿着一种巨大的纤维状结构组织在一起的，这种纤维状结构可以绵延数十亿光年。而在这些纤维之间是巨大的空洞。那里星系和恒星的密度相当低，甚至根本就没有。
如果可以，我们甚至可以用更为宏大的视角，在更大的尺度上来审视宇宙——这种尺度可以达到数百亿光年。宇宙各部分在这个尺度上表现得大同小异，相同的密度，相同的温度，相等的恒星和星系数量，一样多的星系种类，等等。
在最大的尺度上，宇宙的各部分都没有特殊性。无论我们望向哪里，空间各个部分的特点都是相同的。
上图：洛克曼空穴。（ESA）
但我们的宇宙并非是从巨大的团块-空洞结构开始演化的。如果观察宇宙的“婴儿照”——宇宙微波背景，就会发现年轻宇宙各处的密度在所有尺度上都是相同的。在这里，“相同”是指宇宙在所有方向上的温度都是3个开尔文。更精确地说，这个数字是2.725。这说明，宇宙曾经是相当统一的。
1990年代，人们发现宇宙某些区域的密度要稍高于平均值，而某些区域又稍低：这种差异大约是80-90微开尔文。早年的宇宙是相当统一的，这种相当的统一和完美的统一差距只有大约0.003%。
上面这张由普朗克卫星拍摄的宇宙婴儿照显示了隐藏在接近完美统一宇宙中的起伏，其中红色代表“热点”，对应的是密度低于平均值的区域，而蓝色代表“冷点”，对应密度高于平均值的区域。后者最终形成了富含恒星、星系的宇宙空间。宇宙结构的成形，有赖于这些细小的不完美。
假如宇宙是完美统一的，那没有一处空间区域能够优先将更多的物质聚集起来，随后的引力生长也无从开始。宇宙带着这种极小的、10万分之几的不完美开始演化——5000万至1亿年后，出现了首颗恒星；一至两亿年后，出现了首个星系；大约五亿年左右，星光开始刺穿不透光的物质，自由地在宇宙中穿行；几十亿年后，星系团开始出现。
所以如果当初没有瑕疵，我们的宇宙是不可能成形的。
我们的可观测宇宙来自炽热的大爆炸，来自一个突然间就充满了物质、反物质和辐射的炽热致密之海。
大爆炸的能量来自暴胀——来自空间固有能量转化而成的物质和辐射——这个过程就是所谓的“宇宙再热”。但是宇宙的再热并不是均匀的，因为在暴胀过程中，整个宇宙遍布着量子的起伏。这就是为什么会出现过密和欠密区域的原因。
上图：宇宙的暴胀。
在一个充满着物质和辐射的宇宙，在一个源自暴胀且拥有我们所知物理定律的宇宙，这些起伏必然会导致过密和欠密区域的出现。
这种起伏是否有可能更小？
这是有可能的。如果暴胀发生在更低能量级上，或暴胀具有潜在的不同特点，这些起伏就可能非常小。这种小不是指比我们这个宇宙曾经拥有的小十倍，而是小百倍、小千倍、小百万倍、小十亿倍甚至更多。
这是非常重要的一点，因为宇宙结构的形成需要很长时间。在我们这个宇宙中，从起伏的原初状态开始，到我们所见的宇宙微波背景，经历了数十万年。从宇宙微波背景开始，到宇宙中首颗恒星在引力作用下诞生，经历了大约一亿年时间。
但是从首颗恒星诞生到暗能量主宰宇宙——此时如果还有物质未被引力绑定，就再也不会有机会形成新的结构——却并不是很大的一个跨越。从宇宙大爆炸的开始到宇宙加速扩张的启动只需78亿年，这意味着如果原初的起伏比较小，那100亿年后连首颗恒星都还未形成。较小的起伏，加上暗能量的作用，会导致宇宙中永远也不会出现恒星。
上图：钥匙孔星云。（NASA）
多小的起伏能够产生作用？答案可能令人吃惊：比我们这个宇宙小一两百倍即可。假如这些宇宙微波背景中的起伏“尺度”是十几而非上千，我们的宇宙可能现在仅幸运地出现了一颗恒星或一个星系。
假如没有暗能量——假如我们只有物质和辐射——那么经历足够长的时间后，无论原初的起伏有多小，都会出现今天这样的宇宙结构。但是我们宇宙固有的加速膨胀表明并不存在这种可能性，所以这种起伏的级别至少要在平均密度的0.00001%左右，才能保证宇宙出现可察觉的结构。
如果宇宙微波背景辐射中的起伏小于这个值，我们这个宇宙就将空无一物。假如这个值增加到0.003%，宇宙就会是今天这个样子。
我们的宇宙一直布满了团块，但是如果原初的起伏不同，这些团块的质量也将不同。起伏较小，宇宙的结构将不复存在。起伏较大，从很早以前开始，宇宙就已遍地是黑洞。
我们今天宇宙的出现有赖于一系列偶然因素。幸运的是，这些偶然因素看起来恰到好处。
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作者 / Ethan Siegel，NASA专栏作家、天体物理学家、哲学博士。翻译 / 老孙
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