宇宙为何如此：（一）宇宙之谜

夜里抬头看星空，我们很容易问：宇宙里还有别人吗？不过，还有一个同样值得琢磨的问题：宇宙为什么能够孕育出我们？

这不只是问人类怎样进化，或地球上的生命怎样起源。我们可以把问题再往前推：生命需要物质、能量和时间，需要足够复杂的化学反应；这些条件又离不开原子、恒星，以及支配它们的物理规律。如果宇宙的某些基本性质换了个样子，还会有这一切吗？会不会有些宇宙根本无法形成恒星，更不用说出现一个能仰望星空、追问自身来历的生命？

围绕这个问题，有一种很流行的说法：宇宙的物理常数精确得令人难以置信，只要稍有偏差，恒星、行星和生命就都不会存在。有人因此认为，我们的宇宙不可能只是偶然的产物。这就是人们常说的宇宙“精细调节”问题。这个名称容易让人联想到有人在调节什么，但在讨论开始时，我们最好先把这个联想放在一边：是否存在调节者，正是需要论证的事情，不能预先藏进名称里。

这类说法之所以吸引人，是因为它把熟悉的世界变成了一件需要解释的事。太阳每天升起，物质能够组成身体，我们往往觉得这些再自然不过；可一旦想到，换一套物理条件，它们也许就不会出现，日常生活忽然有了另一层意味。不过，“某些条件对生命很重要”“这些条件极不可能出现”和“它们必定经过设计”，是三个不同的判断。它们之间的距离，比一句感叹听起来要远得多。

不妨想象，你面前有一排旋钮，可以调整宇宙的基本设置。一个改变某种作用力的相对强弱，另一个改变两种粒子的质量比。转动旋钮以后，原子还稳不稳定？恒星还能不能发光？物质会聚成星系，还是一直稀疏地散布着？物理学家当然没有这样的控制台，但他们可以修改方程里的参数，研究这些变化可能带来的后果。

这类研究有明确的前提：假如某个数值改变，而另外一些条件保持不变，会怎样？算得出这样的模型，并不代表自然真的允许所有这些变化，更不代表某处已经存在一个相应的宇宙。但这些计算仍然很有价值，因为它们能帮助我们看清，哪些条件决定了我们熟悉的结构能否形成。

拿恒星来说，它并不是一团随便点燃的气体。引力把物质往里拉，内部压力抵抗压缩，核反应提供能量，能量再逐渐向外传递。这些过程共同决定了一颗恒星能否存在、能发光多久。改变底层的物理条件，恒星的命运也会改变。不过，与太阳不同，并不等于无法存在。有些模型在相当宽的参数范围内，仍然能够形成恒星。物理学家弗雷德·亚当斯对这些研究做过系统梳理：宇宙形成适合生命的环境，确实受到限制，但某些结构能够容许的变化，也比通俗说法暗示的更大。因此，从“常数变了”直接跳到“宇宙将一片死寂”，往往太快了。

宇宙学常数是另一个值得关注的例子。这个名字有些抽象，眼下只需知道，它出现在爱因斯坦的引力方程里，可以描述一种与真空有关、密度保持不变的能量。在其他条件相近时，如果它的正值足够大，由此产生的加速膨胀就可能妨碍物质聚集成星系。这样一来，我们熟悉的恒星和行星的故事，也就很难展开。温伯格在1987年的一篇论文中研究过这种限制。这里的要点很具体：一个参数的取值，可能决定宇宙有没有机会形成某些重要结构。

所以，这场讨论有实实在在的物理学内容。但当我们进一步追问“这样的宇宙究竟有多难出现”，事情就复杂了。即使某个参数只有落在很窄的范围内，才允许熟悉的结构形成，我们也不能仅凭这一点算出概率。

想象一台陌生的机器。你按下按钮，屏幕上显示“0.000001”。这个结果罕见吗？光看数字，你无法判断。机器也许每次都显示它，也许特别容易产生接近零的数，也许是在一百万个选项里等概率抽取。要知道结果有多难出现，你得先了解机器产生结果的方式。一个数字很小，或者一个范围很窄，本身并没有告诉你多少概率信息。

谈宇宙时，我们恰好缺少这样的背景知识。我们测出了基本常数的数值，却不知道它们遵循怎样的“取值规则”：哪些数值可能出现？出现的机会是否相同？各个常数能否独立变化，还是受到更深层规律的共同约束？目前没有一套公认的答案。因此，“允许生命的范围很窄”和“出现生命的概率极低”，中间还隔着需要论证的一步。

前面那排旋钮的想象，也在这里显出了局限。它容易让人觉得，每个旋钮都能单独转动，彼此互不影响。实际研究中，如果几个参数一起变化，一种变化的后果有时可能被另一种部分抵消。反过来，一个模型即使允许原子存在，也未必能形成长寿命的恒星，更未必拥有适合生命的环境。我们需要了解这些条件怎样配合，才能判断一个宇宙究竟有多大的余地。

而“生命”本身，也不是一个可以随意扩大的词。我们认识的生命都来自地球，知道它们怎样依靠化学反应获得能量，怎样与环境交换物质。以这些知识为起点来讨论其他宇宙，当然合理；但“无法支持人类”和“无法支持任何生命”，毕竟是两种分量不同的结论。这不意味着只要想象一种奇特的外星生命，就能绕过所有物理限制，而是说，我们对生命的认识还不足以支撑最强的断言。

聊到这里，你也许会想到一个很直接的回应：如果宇宙不允许我们存在，我们不就根本没机会讨论这些了吗？这正是所谓“人择”思路的出发点。观察者能看到什么，本来就受到自身存在条件的限制。我们不可能发现自己生活在一个绝不允许我们出现的环境里。不过，这个提醒也留下了问题：它说明了我们的观察为什么带有筛选，却未必充分解释了，为什么会有适合观察者出现的条件。“否则我们就不会在这里”，有道理，但它能解释到哪一步，还需要仔细分析。

那么，还有哪些解释值得考虑？也许将来的物理理论会告诉我们，这些看似可以调整的数字，其实受到更深层规律的约束。也许我们能看到的宇宙只是更大现实的一部分，不同区域具有不同的性质，而生命只会在其中某些区域出现。有人从中看到了目的或设计，也有人认为，目前最诚实的态度，是承认这些数值尚未得到进一步解释。

我们不必急着在这些想法之间选边站，也不必因为把它们放在一起讨论，就认为它们拥有同等的证据支持。更有用的做法，是分别追问：它解释了什么？又增加了哪些假设？什么样的发现会让它更可信，什么结果会让我们重新考虑？这样，讨论才不会停留在各自觉得哪种说法更顺耳。

本系列接下来就沿着这些问题往前走。我们先认识那些被反复提及的“宇宙数字”，看看科学家怎样研究假想宇宙，再讨论恒星、物质与生命需要哪些条件。有了这些基础，再来谈概率、人择、多重宇宙和设计，许多看似纠缠的问题就会清楚一些。

星空之所以令人着迷，不只是因为它遥远、壮丽。我们也是这片宇宙的一部分，却已经能够回过头来研究它，甚至设想它本来可能是什么样。究竟有多少种“本来可能”，为什么我们身处其中这一种？从这里开始，星空就不只是眼前的景色了。

我的其它文章