世界上的道理一共有两种。第一种，就好像电视剧一样有始有终，听完很舒服，它的结局是和谐的，它告诉你世界是完美的。“世上本无事，庸人自扰之”，最终一切回归到真善美。这种道理，大概是我们为了坚强地活在这个世界上而故意给自己找的错觉 —— 说的浪漫一点叫做心灵鸡汤，说的严肃一点，就是精神鸦片。 第二种，则是真实的道理。真实的道理是没有结局的，听完总觉得哪里不够完美，这种道理总有矛盾和疑惑、解决了一个危机还会迎来下一个危机，甚至可能是更大的危机。这就是我们这个世界最基本的事实，这就是物理学家们面对着最真实的宇宙。 微调的宇宙 将近半个世纪以来，理论物理学家们一直在思考一个似乎有些令人困惑的问题，那就是我们宇宙中的一些基本物理常数的值几乎就像是为了让生命出现而专门定制的。去年出版的一本书《A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos》，作者Geraint Lewis是悉尼天文学院的天体物理学家，他的主要工作是用计算机模拟宇宙的演化。这是一本科普书，内容都是物理学家早就知道的，然而他对于一些问题的回答也许会让我们有一些寝食难安的答案。 在物理学家看来，我们对宇宙研究的越深入，宇宙似乎就越简单，宇宙中的主要物质大约是由100多种原子构成的，而原子又由质子、中子、电子组成。再深入一步，质子和中子本身都是由夸克组成——夸克有六种类型，分别是上、下、粲、奇、底及顶。因此，宇宙中最主要的构成部分，不过就是六种夸克、六种轻子和四种基本力——也就是四种“相互作用”——包括引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。 物理学家们现在已经有一个很成熟的模型，可以把前面所有的东西——除了引力——都描写清楚，这就是粒子物理标准模型（particle physics, standard model of），它能够把关于已知物质的微观最基本单元——轻子和夸克，最基本相互作用（三种规范相互作用：强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用），产生粒子质量机制——黑格斯机制及其量子——轻子、夸克、希格斯粒子都描述的无比精确。
标准模型
标准模型预言应该有一个叫做“希格斯玻色子”的粒子，现在也被发现了，也就是所谓的“上帝粒子”。当然还有一些事情是标准模型解释不了的，比如说暗物质和暗能量。
但是对于标准模型有一个严重的问题，标准模型有19个自由的参数。这些参数不是理论计算出来的 —— 也就是说似乎没有什么定律约束它们必须如此，它们都是被实验测定出来的。物理学家不知道为什么这些参数恰好是这样的数值。
然而正是粒子物理标准模型中的这参数导致了宇宙大爆炸中氢原子核的形成，然后在早期快速诞生的大质量恒星内部合成了碳原子和氧原子，并伴随超新星爆发散布到宇宙空间中去。这些过程最终为太阳系和行星的出现奠定了基础，让在其中的一颗行星上出现以碳元素为基础，依赖水和氧气生存的生命成为了可能。
如果他们不是这样的数值，那我们的宇宙可就麻烦了，再比如说“下夸克”的质量。
质子是由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。下夸克比上夸克稍微重一点，因此单个中子的质量要比单个质子稍微大一点。质量越大能量越大也就越不稳定——中子就是不稳定的，一个自由的中子只有15分钟寿命，过后就会衰变。原子核之所以稳定，是因为中子多出来的质量变成了原子核的结合能。而对比之下，单个质子非常稳定，似乎永远都不会衰变。
这就解释了为什么早期宇宙富含质子，这个事实非常重要， 单个质子加单个电子就是我们熟知的氢原子。宇宙中90%的原子都是氢原子。氢元素是一个非常活泼的元素，很容易和其他元素产生化学反应，比如氢气和氧气反应后产生水。这个宇宙想要有生命，就必须要有大量的氢原子。
但是问题来了。是谁规定的下夸克质量必须是这个数值呢？如果我们把下夸克的质量调高一点 —— 一切物理定律都还有效，但是质子可就不稳定了。那样的话，宇宙将会由氦原子主导，而氦原子非常不活泼，这个宇宙里甚至可能根本就不会有什么化学反应！这种情况对于复杂生命出现的可能性是几乎不存在的。
再比如说引力。我们知道，恒星之所以能发光，是因为引力把它压缩在一起，物质在巨大压力之下产生的核反应。如果引力的强度比现在更强或者更弱，那么我们现在的宇宙将会黯淡无光。因为如果把引力的强度调高，那么恒星的燃料会迅速燃尽，不能长久的存在。如果把引力调低，那么恒星的内部压力就不够，根本发不了光。是谁规定引力正好是这么大？
我们这个宇宙存在于四维框架中，包括三个空间维度和一个时间维度，但是为什么不可以有更多的维度呢？物理定律并不要求宇宙空间一定是三维的，一个更高维空间的宇宙完全是可能的 —— 但是！其中行星的轨道将是不稳定的，在一定扰动的情况下，绕着太阳转的地球会突然掉向太阳，或者脱离轨道飞出去。
还有宇宙膨胀问题。有两个因素影响着宇宙的膨胀速率——物质和暗能量。我们知道，宇宙中的物质，因为引力的作用，有一个向一起聚集的倾向，而暗能量则是让宇宙膨胀的。那么假设引力不变，一方面如果暗能量稍微强一点，或者物质稍微少一些，那么宇宙膨胀就会非常快，从大爆炸产生的物质就没有机会聚在一起形成各个星球。另一方面如果物质多一些，暗能量弱一点，膨胀速度就会比现在的慢，那么宇宙可能就膨胀不开，或者刚一膨胀就迅速收缩了。我们这个恰到好处的宇宙，膨胀速度似乎不快也不慢，需要让物质和暗能量“相互配合” —— 是谁规定的宇宙中正好有这么多物质，又正好有这么强的暗能量呢？
再比如说，如果把强相互作用的强度改变0.5%，或者把电磁相互作用的强度改变0.4%，那么宇宙中就不会有碳元素和氧元素 —— 这两个元素，对生命的出现至关重要——地球上的生命都是碳基生命。
为什么下夸克的质量正好是这个数值？为什么引力正好不大不小？为什么宇宙中的物质和暗能量正好相配？为什么宇宙空间正好是三维的？……
我们不知道它们为什么是这样的，但是我们很庆幸它们是这样的。
上帝之手
联系客服
