当前位置:首页 > 宇宙理论 > 正文

和谐常数之谜

2019-10-30 宇宙理论

  和谐常数之谜
多周期宇宙学坚持一个承诺:对“大爆炸之前是什么,对由大爆炸合成的物质最终衰亡后将会是什么”这样的疑问,将给出科学上有效的答案。现在,对这一问题的解答尽管取得了很大进步,但合理的答案仍没有消除现代宇宙学所面临的另一个谜,这就是有关宇宙中存在生命的可能性的问题。
正如我们一直知道的,生命在宇宙中是存在的,但是我们不知道生命是否仅在这一宇宙 (或这一类型的宇宙)中是可能的。生命能够进化的条件是极其苛刻的,基本参数的微小变化就会导致生命在宇宙的广大范围内不可能存在。很幸运,宇宙参数恰好适合于生命存在。天文物理学家发现,不仅生命过程精确地与宇宙中的物理过程和谐一致 (生命是在物理背景下出现的),而且宇宙中的物理特性也精确地与生命可能进化所需的条件和谐一致。但是,先前出现的条件是如何与仅仅在后来才出现的条件相适应的呢?
宇宙对生命的精确和谐包括宇宙中物质的量和分布,宇宙力的数值和控制物质相互作用的常数。看上去物质仅构成太空中的一种很稀薄的沉淀,但形成的这一沉淀却是允许生命进化所需的精确的适宜厚度。如果宇宙的物质含量甚至比现在的稍微大一点儿,那么恒星的更高密度就会产生星际间碰撞的极大可能性,从而把带有生命的行星撞出安全轨道,这将使行星上可能进化出某种生命形式的任何东西不是冻凝就是汽化。而且,如果束缚核粒子的强力仅仅比实际的小一点儿,那么氘核就不可能存在,像太阳这样的恒星就不能发光;而如果这个力比实际的稍微大一点儿,那么太阳和其他具有活力的恒星就将膨胀,也许会爆炸。
物理宇宙与生命参数的精确和谐构成了一系列巧合,在这一系列的巧合中,只要稍微偏离给定值,就会导致生命的完蛋,或者更确切地说,就会产生生命决不可能诞生的条件。如果中子不比原子核中的质子重,那么太阳和其他恒星有活力的寿命期就将缩小到几百年;如果电子的电荷和质子的电荷不精确地平衡的话,那么物质的所有构型就将是不稳定的,宇宙就将是仅由辐射和相对均匀的混合气体所组成。而且,如果在紧随大爆炸后的膨胀中没有从大尺度的规律性分离出来的精确的小尺度的规律性的话,那么就没有今天的星系和恒星,因而就不会有在其上寻求这些不解之谜的答案的人类居住的行星。
但是宇宙空间中物质的质量和分布以及四种宇宙力的值是如此精确地和谐,恰好使生命能够在宇宙中进化。宇宙的膨胀速率和宇宙力的值一定是在这个宇宙 (或宇宙的这一周期)开始出现时就已经确定了,它们几乎不可能靠纯粹偶然性调节到产生生命的那个过程:根据 R·皮诺斯 (Penose)的计算,要获得我们实际上能存在的这种宇宙需要在101023
可供选择的宇宙中作正确的选择。当然,即使纯粹的偶然性也能产生有序,只要有足够的时间。P·戴维斯估计,要通过纯粹的随机过程达到我们现
在在宇宙中所见到的有序水平所需要的时间大约至少是101080 年的数量级。
所有这些数字都特别巨大。我们可能会问,这些数字是否也适用于在我们之前也许就已经存在的不同宇宙 (或同我们现在同时存在的宇宙)呢?如果适用,偶然性就将被大数定律所调节;在足够大的整体中,即使像我们这种不可几的宇宙也变得有合理存在的可能性。
如果我们抛弃非常大的大数宇宙的假设,那么就必须假定,宇宙常数按这样的方式调节是因为只有这样才能导致生命的进化,从而才能导致现在观察世界的人类的存在。这种对物理实在的解释类似于量子理论的哥本哈根学派的哲学,即物理实在依赖于观察者。
尽管如此,总还存在这样的可能:所有这些解释都将归于失败。那么,我们必须面对“我们所看到的宇宙是全能的造物主有目的的设计的结果”这样的可能性吗?
这些问题已经提出来了,假设也提出来了,但是还没有找到满意的答案。即使被大数定律修正后,偶然性还仍然不是一个合理的答案。造物主的有目的的设计克服了这一问题,但预先给定的目的对自然科学而言比纯粹的偶然能力甚至更难接受。而“人类学原则” (它告诉我们,宇宙之所以如此是因为我们人类正在观察它)尽管被广泛讨论,但几乎没有产生什么共鸣。不解之谜仍存在:宇宙怎么会在零时刻的时候预料到 100 多亿年后出现的情况的呢?
生命之谜和大爆炸之谜是否有可能相互关联呢?如果我们对该宇宙的情况知道得更多的话,是否有可能会发现它的常数与生命的进化如此显著地和谐的原因呢?要解答这些问题,还有待探索。