世界上的道理一共有兩種。第一種，就好像電視劇一樣有始有終，聽完很舒服，它的結(jié)局是和諧的，它告訴你世界是完美的?！笆郎媳緹o事，庸人自擾之”，最終一切回歸到真善美。這種道理，大概是我們?yōu)榱藞詮姷鼗钤谶@個世界上而故意給自己找的錯覺 —— 說的浪漫一點叫做心靈雞湯，說的嚴肅一點，就是精神鴉片。 第二種，則是真實的道理。真實的道理是沒有結(jié)局的，聽完總覺得哪里不夠完美，這種道理總有矛盾和疑惑、解決了一個危機還會迎來下一個危機，甚至可能是更大的危機。這就是我們這個世界最基本的事實，這就是物理學家們面對著最真實的宇宙。 微調(diào)的宇宙 將近半個世紀以來，理論物理學家們一直在思考一個似乎有些令人困惑的問題，那就是我們宇宙中的一些基本物理常數(shù)的值幾乎就像是為了讓生命出現(xiàn)而專門定制的。去年出版的一本書《A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos》，作者Geraint Lewis是悉尼天文學院的天體物理學家，他的主要工作是用計算機模擬宇宙的演化。這是一本科普書，內(nèi)容都是物理學家早就知道的，然而他對于一些問題的回答也許會讓我們有一些寢食難安的答案。 在物理學家看來，我們對宇宙研究的越深入，宇宙似乎就越簡單，宇宙中的主要物質(zhì)大約是由100多種原子構(gòu)成的，而原子又由質(zhì)子、中子、電子組成。再深入一步，質(zhì)子和中子本身都是由夸克組成——夸克有六種類型，分別是上、下、粲、奇、底及頂。因此，宇宙中最主要的構(gòu)成部分，不過就是六種夸克、六種輕子和四種基本力——也就是四種“相互作用”——包括引力、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。 物理學家們現(xiàn)在已經(jīng)有一個很成熟的模型，可以把前面所有的東西——除了引力——都描寫清楚，這就是粒子物理標準模型（particle physics, standard model of），它能夠把關(guān)于已知物質(zhì)的微觀最基本單元——輕子和夸克，最基本相互作用（三種規(guī)范相互作用：強相互作用、電磁相互作用和弱相互作用），產(chǎn)生粒子質(zhì)量機制——黑格斯機制及其量子——輕子、夸克、希格斯粒子都描述的無比精確。
標準模型
標準模型預言應該有一個叫做“希格斯玻色子”的粒子，現(xiàn)在也被發(fā)現(xiàn)了，也就是所謂的“上帝粒子”。當然還有一些事情是標準模型解釋不了的，比如說暗物質(zhì)和暗能量。
但是對于標準模型有一個嚴重的問題，標準模型有19個自由的參數(shù)。這些參數(shù)不是理論計算出來的 —— 也就是說似乎沒有什么定律約束它們必須如此，它們都是被實驗測定出來的。物理學家不知道為什么這些參數(shù)恰好是這樣的數(shù)值。
然而正是粒子物理標準模型中的這參數(shù)導致了宇宙大爆炸中氫原子核的形成，然后在早期快速誕生的大質(zhì)量恒星內(nèi)部合成了碳原子和氧原子，并伴隨超新星爆發(fā)散布到宇宙空間中去。這些過程最終為太陽系和行星的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，讓在其中的一顆行星上出現(xiàn)以碳元素為基礎(chǔ)，依賴水和氧氣生存的生命成為了可能。
如果他們不是這樣的數(shù)值，那我們的宇宙可就麻煩了，再比如說“下夸克”的質(zhì)量。
質(zhì)子是由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。下夸克比上夸克稍微重一點，因此單個中子的質(zhì)量要比單個質(zhì)子稍微大一點。質(zhì)量越大能量越大也就越不穩(wěn)定——中子就是不穩(wěn)定的，一個自由的中子只有15分鐘壽命，過后就會衰變。原子核之所以穩(wěn)定，是因為中子多出來的質(zhì)量變成了原子核的結(jié)合能。而對比之下，單個質(zhì)子非常穩(wěn)定，似乎永遠都不會衰變。
這就解釋了為什么早期宇宙富含質(zhì)子，這個事實非常重要， 單個質(zhì)子加單個電子就是我們熟知的氫原子。宇宙中90%的原子都是氫原子。氫元素是一個非?；顫姷脑兀苋菀缀推渌禺a(chǎn)生化學反應，比如氫氣和氧氣反應后產(chǎn)生水。這個宇宙想要有生命，就必須要有大量的氫原子。
但是問題來了。是誰規(guī)定的下夸克質(zhì)量必須是這個數(shù)值呢？如果我們把下夸克的質(zhì)量調(diào)高一點 —— 一切物理定律都還有效，但是質(zhì)子可就不穩(wěn)定了。那樣的話，宇宙將會由氦原子主導，而氦原子非常不活潑，這個宇宙里甚至可能根本就不會有什么化學反應！這種情況對于復雜生命出現(xiàn)的可能性是幾乎不存在的。
再比如說引力。我們知道，恒星之所以能發(fā)光，是因為引力把它壓縮在一起，物質(zhì)在巨大壓力之下產(chǎn)生的核反應。如果引力的強度比現(xiàn)在更強或者更弱，那么我們現(xiàn)在的宇宙將會黯淡無光。因為如果把引力的強度調(diào)高，那么恒星的燃料會迅速燃盡，不能長久的存在。如果把引力調(diào)低，那么恒星的內(nèi)部壓力就不夠，根本發(fā)不了光。是誰規(guī)定引力正好是這么大？
我們這個宇宙存在于四維框架中，包括三個空間維度和一個時間維度，但是為什么不可以有更多的維度呢？物理定律并不要求宇宙空間一定是三維的，一個更高維空間的宇宙完全是可能的 —— 但是！其中行星的軌道將是不穩(wěn)定的，在一定擾動的情況下，繞著太陽轉(zhuǎn)的地球會突然掉向太陽，或者脫離軌道飛出去。
還有宇宙膨脹問題。有兩個因素影響著宇宙的膨脹速率——物質(zhì)和暗能量。我們知道，宇宙中的物質(zhì)，因為引力的作用，有一個向一起聚集的傾向，而暗能量則是讓宇宙膨脹的。那么假設(shè)引力不變，一方面如果暗能量稍微強一點，或者物質(zhì)稍微少一些，那么宇宙膨脹就會非?？欤瑥拇蟊óa(chǎn)生的物質(zhì)就沒有機會聚在一起形成各個星球。另一方面如果物質(zhì)多一些，暗能量弱一點，膨脹速度就會比現(xiàn)在的慢，那么宇宙可能就膨脹不開，或者剛一膨脹就迅速收縮了。我們這個恰到好處的宇宙，膨脹速度似乎不快也不慢，需要讓物質(zhì)和暗能量“相互配合” —— 是誰規(guī)定的宇宙中正好有這么多物質(zhì)，又正好有這么強的暗能量呢？
再比如說，如果把強相互作用的強度改變0.5%，或者把電磁相互作用的強度改變0.4%，那么宇宙中就不會有碳元素和氧元素 —— 這兩個元素，對生命的出現(xiàn)至關(guān)重要——地球上的生命都是碳基生命。
為什么下夸克的質(zhì)量正好是這個數(shù)值？為什么引力正好不大不?。繛槭裁从钪嬷械奈镔|(zhì)和暗能量正好相配？為什么宇宙空間正好是三維的？……
我們不知道它們?yōu)槭裁词沁@樣的，但是我們很慶幸它們是這樣的。
上帝之手
聯(lián)系客服
