人擇宇宙學原理,簡而言之,即謂正是人類的存在,才能解釋我們這個宇宙的種種特性,包括各個基本自然常數。因為宇宙若不是這個樣子,就不會有我們這樣的智慧生命來談論它。
當我們觀察宇宙時,很難想像所有的行星、恆星、星系,以及我們地球上的生命都是偶然產生的。在我們能觀測到的尺度上,宇宙所有的區域都遵循著同樣的規律:有著同樣的基本常數、有著同樣的粒子、有著同樣的相互作用方式,這必然會導致所有的粒子以同樣的方式結合在一起,而這種方式不僅有助於形成我們所知道的一切,而且也導致了目前所有一切的存在似乎是不可避免的。
我們宇宙今天的樣子看起來非常的精細、和諧,這是既定的事實,但宇宙真的必須是今天所看到的樣子嗎?下面我們就說下,人擇宇宙學原理這個帶有強烈主觀意識的理論是否科學,又能為我們帶來什麼?
人擇原理可以作為科學的指路明燈
一說到宇宙我們能想到的第一件事就是:宇宙中充滿了物質。這本身就是一件非常奇妙的事情,因為宇宙根本不需要這樣,它也可以什麼都沒有。
我們的自然法則,即控制宇宙中每個粒子相互作用的物理法則,似乎在任何地方都是一樣的。我們知道四種基本力是如何影響宇宙中所有已知的粒子,並且我們有了一個理論框架(標準模型)來理解宇宙是如何演變成今天我們所看到的樣子。
雖然知道物理定律,知道所有不同的粒子是如何相互作用的,並不能回答我們關於「存在」的所有問題。但是,物理定律也可以告訴我們很多東西:例如通過理論,我們可以知道一個物理系統是如何運行的,給定一個物理系統的初始條件,了解控制所有粒子的定律,在物理可預測的極限上我們可以知道未來會發生什麼。這就是科學所具有的預測性。
時空會膨脹或收縮,也會根據所包含的物質和能量發生彎曲。根據粒子相互作用的條件,它們相互吸引、排斥或結合在一起。有些系統非常穩定;但有些系統經過足夠長的時間就會發生衰變。科學可以告訴我們宇宙中的事情是如何發生的,以及在未來如何發展。
但有時科學也會面臨死胡同,有些理論總是隱藏在黑暗的背後,我們如何去找到它?如果我們想要推進我們對宇宙的認識和理解,我們就需要一些指導、需要一個指路明燈。如果我們有一個指導原則它會告訴我們應該去尋求什麼,那麼在解決科學問題上就會得到很大的幫助。
例如,我們早就知道宇宙中有各種各樣的元素,或者是原子核中質子數不同的原子。你的身體裡至少有59種不同的元素,但在很長一段時間我們並不知道這些元素是怎麼來的。
但有一件事我們可以肯定:我們確實存在,並且可以觀察宇宙。
這個簡單、看起來像是廢話的事實實際上很有分量。它告訴我們,我們的宇宙具有這樣的性質:它允許一個智慧的觀察者在其中進化。
這和宇宙具有與智慧生命存在不相容的屬性形成了鮮明的對比。沒看懂?這其實是一個簡單的邏輯:如果我們宇宙的屬性禁止智慧生命的形成,那麼我們人類就不會存在,也沒有人來觀察宇宙。簡單的事實是,我們確實存在,並在這裡觀察宇宙,而宇宙也以一種特定的方式允許我們的存在。這就是所謂的人擇原理的精髓所在。
人擇原理其實可以教會我們很多東西。
如果我們的宇宙充滿了重元素,那麼肯定有什麼方法可以合成它們!到20世紀50年代初,人們普遍認為,恆星是由核聚變提供能量的,而我們的太陽在很長一段時間內將氫聚變成氦。但這是宇宙中最輕的兩種元素!我們不能把質量為1的氫和質量為4的氦結合在一起形成更重的元素,因為沒有質量為5的穩定原子核,也不能把兩個氦結合在一起,因為於兩個氦質量幾乎相同的鈹-8是不穩定的,它會在10^-16秒的時間尺度上衰變回兩個氦。
但在1952年,弗雷德·霍伊爾用人擇原理推斷,一定有一個過程可以產生較重的元素。他推斷一定有辦法讓第三個氦進入其中與高度不穩定的鈹8相互作用,並融合在一起產生碳12。問題是,質量相差特別大!碳-12的質量遠低於鈹-8和氦-4的總和,因此他做出了一個驚人的預測:肯定存在一個碳-12的激發態,一個核物理學家還沒有發現的激發態,它的質量正好相當於三個氦-4原子核的質量。
這是一個令人難以置信的大膽預測,它公然挑戰了已知的核物理,因為那時,這種碳核的激發態並沒有被實驗發現。霍伊爾告訴核物理學家威利·福勒他的預測,以及這個狀態存在的必要性,這樣宇宙就有了碳,也就有了生命。有鑑於此,福勒開始尋找這種激發態的碳核。五年後,理論霍伊爾態和形成霍伊爾態的機制(三阿爾法過程)的發現得到了證實。同年晚些時候,他們兩人與傑弗裡和瑪格麗特·伯比奇一起發表了一篇論文,正確地解釋了宇宙中所有重元素的起源:巨型恆星的核心變成超新星,豐富了宇宙的重元素!
在這一方面,人擇原理幫助我們理解為什麼宇宙的屬性必須處在一定的範圍內,因為只有這樣生命才有可能存在,人類才有可能出現,我們就需要這樣一個宇宙。
還有,根據人擇原理我們甚至還能知道,引力不能比現在強的太多,否則宇宙只會充滿黑洞。暗能量(或宇宙常數)不可能超過其觀測值的100倍,這樣宇宙會因為膨脹速度太快而不能形成任何恆星、行星。宇宙中一定存在一種基本的物質/反物質的不對稱性,因為如果沒有的話,就不會有足夠的「物質」來創造我們所知道的宇宙。
雖然人類性原則有很多變體,但科學一點的表述是:
自然法則必須是這樣的,即宇宙可以以一種與所觀察到的一致的方式存在。
就人擇原理本身而言,它並不是任何問題的科學答案。
我們知道宇宙中存在物質/反物質的不對稱性,宇宙必須讓物質多於反物質才能滿足人擇約束的條件,但人擇原理並不能告訴我們為什麼宇宙中存在我們觀察到的物質,而不是反物質。
任何類型的科學推理只有在它解決一些我們目前不知道的問題時才有用,我們已經知道我們生活在這個宇宙中,它有我們所觀察到的屬性。說「宇宙一定是這樣,因為我們就在這裡」既是一種邏輯謬誤,也沒有教給我們任何新知識。宇宙可能在一定程度上被調整得很好,但人擇原理不會告訴我們宇宙為什麼或如何調整的。
因此人擇原理不是一個充分的科學理論,它不能告訴我們為什麼會發生的答案。但它在一定程度上可以指導我們的科學,但不能作為科學答案去使用。