我们的宇宙可能不够特别,不足以存在于多重宇宙中

宇宙中生命之所以出现,可能归因于极端幸运的巧合,这或许是一种误解。
A person looks at the Milky Way
我们宇宙的常数可能并没有那么恒定。 Pixabay

地球上生命能够以目前这种形式出现,需要无数条件恰到好处。重力上的微小变化或基本力的细微调整,都可能导致我们的宇宙与一个完全不适宜居住的世界截然不同。

这一观点促使一些科学家开始审视宇宙中比喻意义上的“调谐旋钮”,并思考为什么像星系、行星和生命这样的复杂系统能够形成,尽管这并非必然。这种现象被称为我们宇宙的“精细调整”。基础问题研究所发布的一份新报告阐述了关于宇宙是否经过精细调整及其含义的持续争论中的主要近期里程碑

宇宙拥有许多固定的属性,例如引力强度或宇宙常数——它衡量宇宙膨胀的速度——这些属性决定了宇宙的形态。物理学家们至少在一个世纪以来一直在探究这些数值为何如此,并已尝试了几十年寻找科学答案。

基于理论模型,一些科学家认为,如果宇宙的众多基本常数之一发生显著变化,生命将无法形成。这带来了一个困境:如果宇宙恰好拥有所有生命必需的正确数值的可能性微乎其微,那它为何会这样呢?

尽管这个问题意义深远,但该领域仍属相当小众。“大多数物理学家并未过多考虑精细调整,甚至从未听说过,”澳大利亚悉尼大学天文研究所的宇宙学家兼天体物理学家 Geraint F. Lewis 表示。他未参与该报告,因为“大多数物理学都集中研究这个宇宙。” Lewis 是个例外:他合著了一本2016 年关于精细调整的著作。他表示,讨论往往两极分化,并很快可能更多地植根于哲学而非科学。

有些科学家对这种看似巧合的现象并不担忧。对另一些人来说,“多重宇宙”的概念(由弦理论提供可能)成为解释这一困境的流行方式——如果存在无数个宇宙,那么出现一个拥有适宜生命条件的宇宙就不那么令人惊讶了,这是其逻辑推理。然而,弦理论极具推测性,而且一些科学家认为多重宇宙不科学,因为他们看不到检验其存在的方法。

神学家甚至一些科学家都曾利用精细调整的论点来暗示宇宙一定是为生命形成而创造的。但该领域的最新研究提供了其他替代方案,并表明精细调整本身可能是一种幻觉,这可能归因于对可能不同宇宙的分析缺乏宏观视角。一些科学家还认为,我们这个宇宙尽管产生了生命,但并非对其最友好。

“也许事情并没有我们想的那么简单,”《对话》杂志的科学编辑 Miriam Frankel 表示,她是一位独立记者,为基础问题研究所撰写了这份报告。当深入研究这些宏大问题时,你会发现“物理学还遗漏了多少东西。” Frankel 说。物理学家们仍然没有一个很好的“万有理论”。例如,去年 μ 子 g-2 实验的结果让一些科学家开始讨论可能改变游戏规则的第五种自然力

尽管多重宇宙理论对一些人来说很吸引人,但 Frankel 在报告中写道,它实际上只是将精细调整的争论提升了一个层次。如果我们生活在一个多重宇宙中,那么这个多重宇宙是如何形成的,又是如何被精细调整以运作的呢?

Lewis 表示,该报告表明“精细调整并非一个已解决的问题。”

宇宙常数直接影响了恒星的形成以及恒星产生的元素,进而影响了生命的形成。报告指出,如果改变电磁力强度等基本值,将改变恒星的形成方式,并可能阻止它们产生碳——碳是地球生命必需的成分。

然而,Frankel 表示,一些恒星模型表明,恒星比科学家们想象的更具可塑性,因此它们可能能够在不同的宇宙数值下产生适合生命的环境。

设想生命可以在没有碳的情况下形成也是可能的,尽管基于另一种元素硅的生命案例并不稳固。科学家们倾向于寻找地球类生命形成的方式,但最终他们并不知道在结构不同的宇宙中,可能形成什么样的生命——可能完全无法辨认。

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大多数研究都集中在一次改变一个宇宙常数会发生什么。例如,如果引力太弱或太强,都将阻止我们所知的生命形成。但报告指出,近期证据表明,同时改变多个常数更有可能产生一个可行的宇宙,让这些改变有机会与其他调整相抵消。

其他实验暗示,与宇宙膨胀相关的宇宙常数可能随时间发生变化——这意味着它根本不是恒定的。报告称,如果这一发现以及类似的发现得到证实,它们将削弱精细调整的整个概念。宇宙的特征将不再是最初的完美调整,而是会持续、即使缓慢地变化。

从根本上说,很难说我们的宇宙有多么奇怪。Lewis 说:“在我们不知道一个典型宇宙是什么样子时,怎么能说这个宇宙很奇怪呢?”

事实上,我们可能永远无法得到这些问题的直接答案。“我认为目前争论的框架实际上有些混乱。因为我认为根本问题并非科学问题,”担任肯扬大学哲学家的 Jason Waller 表示,他撰写了一本2020 年关于精细调整论证的书

Waller 认为,解释精细调整的尝试忽略了一个核心事实,即总会存在下一个解释层面。如果多重宇宙、模拟现实,甚至某个神一样的实体负责,我们最终还是会面临同一个问题:为什么是这个解释,而不是其他解释?

Waller 更关注什么才是真实以及人们如何证明自己的想法,而不是科学与哲学的界限。“仅仅因为我们没有科学证明,或者它具有推测性,并不意味着所有答案都同样可信,”他说,有些观点会比另一些观点更或更不可信。

他表示,除非发生完全出乎意料的、能改写我们对宇宙理解的发现,否则未来“我认为发现将是概念性的或哲学的,而非科学性的。”

 

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Leto Sapunar

特约撰稿人,科学

Leto Sapunar是一名自由撰稿的科学记者,自2020年起报道物理学、太空、气候和科学问责。他自2021年初以来一直在为《流行科学》撰稿,他的作品还刊登在《科学美国人》、《内幕气候新闻》和Retraction Watch等出版物上。工作之余,他会写科幻小说或进行攀登运动。


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