弦乐四重奏: 人择原理（二）

人择原理

Victor J.Stenger

鲜于中之译

（续上篇）

4、微调：旁观者的游戏？

电磁作用的强度由单位电荷e决定，它是一个电子所带的电荷。上文中的人择条件1声称，单位电荷e作为常数，需要被精细调节到距离其“自然值”很远的地方，以使恒星有足够长的寿命来支持生命的出现。

然而，e不是常数。从今天极为成功地描写了粒子与力的标准模型看，单位电荷e以及其他相互作用力的大小随着能量尺度而变化，而且在宇宙大爆炸后的一秒钟内变化得非常快。按照目前的理解，在大爆炸开始时极高的能量条件下，四种相互作用力统一成一种，就像Weyl所说的那样“自然”。换言之，单位电荷e的确开始于它的“自然值”。此后随着宇宙渐渐凉下来，这种统一的相互作用通过人称“对称性自发破缺”的机制分解成四种。与此同时，单位电荷e以及其他作用力的强度也逐渐演化到稳定值，与我们今天在很低能量下的经验一致。恒星形成，以及伴随其后的生命出现，都得等到这些相互作用分解得足够开。不过实际上这只需要等待非常短的时间：与一秒钟相比都微不足道。

为了指定宇宙方方面面的各种性质，实际上只需要四个参数，正如今天我们所知的：电子的质量、质子的质量、电磁作用的强度，以及强相互作用的强度。我曾经研究过典型恒星寿命的最小值如何依赖于前三个参数：将它们在今天的取值变化十个量级，我发现半数以上恒星的寿命将会超过十亿年。

为了合成足够的重元素，大恒星需要存活一千万年或者更久。小的恒星，例如我们的太阳，也需要有超过十亿年的寿命，以保证在其周围的行星中能演化出生命。实际上，直到大爆炸之后九十亿年，地球才出现。看来这些参数在相当宽的一个范围内都能满足恒星的“长寿”要求。显然，宇宙参数不能仅靠这个条件来微调。

大部分对于人择条件的研究中有一个共同缺陷，那就是只变动一个参数，同时假设其他参数不变。另一个极为错误的假设是，这些参数之间相互独立。多数研究将这些错误混合在一起，去计算一些没有意义的概率。而在我的研究中，几个参数可以同时变动。

在一篇引人注目的论文中，物理学家Anthony Aguire独立地审查了当六个参数同时有量级变动时，宇宙会有怎样的行为。他发现可以构造出这样一个宇宙，在其中“恒星，行星与智慧生命貌似可以很合理地出现”。

标准模型含有大约20个不能由理论本身确定的参量，目前只能通过实验获得它们。然而，只需其中四个参量，就可以确定物质大部分的性质。这四个量是：电子的质量，上下夸克的质量（由这两个质量可以确定质子与中子的质量），以及一个普适的作用强度（由它可以确定单位电荷e以及其他相互作用的强度）。人们梦想，最终，这些参量都可以被一个统一了标准模型与万有引力的理论（比如说，弦论）所确定。按照这个思路，我们只能等待，看看理论计算出来的电子与中子的质量是否能满足前文提到的人择条件3、4。除此之外，另一种想法是这些参数可以是随机的。后面我们将会考察这种想法的可能性。

在神学文献中，往往能见到很多关于人择条件的例子，然而它们往往产生于对物理学简单粗暴的误读。比方说，微调光速c，Planck常数h以及Newton引力常数G等参数，诸如此类的讨论都是不恰当的。因为这几个参数实际上是任意的，它们的取值只决定于你用怎样的单位。

与此同时，某些人鼓吹的“值得注意的”高精度其实容易造成严重的误解，因为这些精度实际上依赖于单位选取。例如，神学家John Jefferson Davis声称：“如果中微子的质量是5乘以10的-34次方而不是-35次方千克，那么由于它们在宇宙中含量丰富，多余的质量就会造成宇宙的收缩而不是膨胀。”听上去这似乎是微调了10的35次方的量级，然而正如哲学家Neil Manson所指出的那样，这个说法其实就好像是：“如果Michael Jordan的个头比10的16次方分之一（也就是1米）更小，那么他就不会成为最伟大的篮球运动员”。顺便提一下：Davis对中微子质量的估计并不精确。实际上，我们现在尚不知道每种中微子的质量，因为实验上只测到了各种中微子之间的质量差。而且，如果中微子的质量增大十倍，并且在宇宙中的含量同时减小十倍，则它们对宇宙引力的贡献不会变化。所以从各个角度看，这种关于中微子质量的微调论断都是失败的。

接下来让我们考虑人择条件5，它断言为了产生碳元素，需要微调机制。对此，Nobel奖得主、物理学家Steven Weinberg指出，恒星中合成碳元素的过程并不十分依赖于Hoyle所预言的7.65MeV的核能级，而是依赖于由三个铍原子核所合成的放射性碳原子核的状态。而这个状态离达到碳合成的要求还差20%。不过，正如Weinberg所说，“毕竟关系不大”。

简言之，微观物理中大部分所谓的微调问题其实都是一些旁观者提出的。这些人并不十分精通物理，但是却不断地玩弄数字，直到出现一个支持他们信仰的结果。可是，这些信仰往往并非来自客观的科学分析。

5、真空能难题

尽管人们一般认为真空是既无物质也无能量的虚空，但是引力势能的确可以贮藏在空间的曲率中。另外，量子力学理论显示，真空具有零点能，它是能量的最小点。

Weinberg大概是高调谈论真空能难题（即上文中的人择条件2）的第一人。他将此难题称为“宇宙学常数问题”，因为在Einstein的广义相对论中，真空能等价于一个宇宙学常数，它描写了空无一物的空间的曲率。

理论计算所获得的真空能密度，比实际观测所允许的最大值，还要大出120个量级。由于真空能密度是常数，故而在早期宇宙中，似乎的确需要120个量级的微调，以使今天的密度允许生命的存在。

直到最近，人们仍然认为真空能密度很有可能严格为零，因为在这种情况下不需要微调的操作，宇宙学常数问题就可以被消解了。然而在1998年，两个独立的研究组在对远距离超行星的研究中令人吃惊地发现，宇宙在加速膨胀。新近的研究也证实了这个结果：宇宙在向上落！宇宙加速膨胀的来源被认为是某种尚不清楚的“暗能量”，它们构成了我们宇宙总能量的70%。对于暗能量，一种可能的解释是，宇宙学常数产生了排斥性的引力，也就是说，广义相对论允许真空能产生排斥性的引力。

如果这是事实，那么宇宙学常数问题将再次浮出水面。然而与此同时，我们现在可以较为合理地认为，原先对真空能的计算是不完全的，恰当的计算实际上可以给出严格为零的真空能密度。在这种新算法被推翻之前，我们还不能下结论说，真空能就是为生命而微调过。因此，也没有强烈的必要去祈求造物主神灵的帮助。

但是，这样一来，宇宙的加速膨胀又是由谁造成的？暗能量的本质又是什么？事实上，宇宙学常数也许并不是排斥性引力的唯一来源。根据广义相对论，对于任一种物质，只要它产生的压强足够的负，它就能造成排斥性的引力。理论家提出，暗能量的来源也许是一种物质场，它被称作“第五元素”。当然，它不需要微调。

（待续）

下面贴几张图片，以便使我们对暗能量有一点直观的认识：

1、“暗能量”，一种营养补品：