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世界上的道理一共有兩種,。第一種,，就好像電視劇一樣有始有終，聽完很舒服,，它的結局是和諧的,，它告訴你世界是完美的?！笆郎媳緹o事,，庸人自擾之”，最終一切回歸到真善美,。這種道理,，大概是我們?yōu)榱藞詮姷鼗钤谶@個世界上而故意給自己找的錯覺 —— 說的浪漫一點叫做心靈雞湯，說的嚴肅一點，就是精神鴉片,。 第二種,，則是真實的道理。真實的道理是沒有結局的,，聽完總覺得哪里不夠完美,，這種道理總有矛盾和疑惑、解決了一個危機還會迎來下一個危機,，甚至可能是更大的危機,。這就是我們這個世界最基本的事實，這就是物理學家們面對著最真實的宇宙,。 微調(diào)的宇宙 將近半個世紀以來,，理論物理學家們一直在思考一個似乎有些令人困惑的問題，那就是我們宇宙中的一些基本物理常數(shù)的值幾乎就像是為了讓生命出現(xiàn)而專門定制的,。去年出版的一本書《A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos》,，作者Geraint Lewis是悉尼天文學院的天體物理學家，他的主要工作是用計算機模擬宇宙的演化,。這是一本科普書,，內(nèi)容都是物理學家早就知道的，然而他對于一些問題的回答也許會讓我們有一些寢食難安的答案,。 在物理學家看來,，我們對宇宙研究的越深入，宇宙似乎就越簡單,，宇宙中的主要物質大約是由100多種原子構成的,，而原子又由質子、中子,、電子組成,。再深入一步，質子和中子本身都是由夸克組成——夸克有六種類型,，分別是上,、下、粲,、奇,、底及頂。因此,，宇宙中最主要的構成部分,，不過就是六種夸克、六種輕子和四種基本力——也就是四種“相互作用”——包括引力,、電磁相互作用,、強相互作用和弱相互作用,。 物理學家們現(xiàn)在已經(jīng)有一個很成熟的模型，可以把前面所有的東西——除了引力——都描寫清楚,，這就是粒子物理標準模型（particle physics, standard model of）,，它能夠把關于已知物質的微觀最基本單元——輕子和夸克，最基本相互作用（三種規(guī)范相互作用：強相互作用,、電磁相互作用和弱相互作用）,，產(chǎn)生粒子質量機制——黑格斯機制及其量子——輕子、夸克,、希格斯粒子都描述的無比精確,。 標準模型 標準模型預言應該有一個叫做“希格斯玻色子”的粒子，現(xiàn)在也被發(fā)現(xiàn)了,，也就是所謂的“上帝粒子”,。當然還有一些事情是標準模型解釋不了的，比如說暗物質和暗能量,。 但是對于標準模型有一個嚴重的問題,，標準模型有19個自由的參數(shù)。這些參數(shù)不是理論計算出來的 —— 也就是說似乎沒有什么定律約束它們必須如此,，它們都是被實驗測定出來的,。物理學家不知道為什么這些參數(shù)恰好是這樣的數(shù)值。 然而正是粒子物理標準模型中的這參數(shù)導致了宇宙大爆炸中氫原子核的形成,，然后在早期快速誕生的大質量恒星內(nèi)部合成了碳原子和氧原子,，并伴隨超新星爆發(fā)散布到宇宙空間中去。這些過程最終為太陽系和行星的出現(xiàn)奠定了基礎,，讓在其中的一顆行星上出現(xiàn)以碳元素為基礎,，依賴水和氧氣生存的生命成為了可能。 如果他們不是這樣的數(shù)值,，那我們的宇宙可就麻煩了,，再比如說“下夸克”的質量。 質子是由兩個上夸克和一個下夸克組成,，中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成,。下夸克比上夸克稍微重一點，因此單個中子的質量要比單個質子稍微大一點,。質量越大能量越大也就越不穩(wěn)定——中子就是不穩(wěn)定的,，一個自由的中子只有15分鐘壽命,，過后就會衰變,。原子核之所以穩(wěn)定，是因為中子多出來的質量變成了原子核的結合能,。而對比之下,，單個質子非常穩(wěn)定，似乎永遠都不會衰變。 這就解釋了為什么早期宇宙富含質子,，這個事實非常重要,， 單個質子加單個電子就是我們熟知的氫原子。宇宙中90%的原子都是氫原子,。氫元素是一個非?；顫姷脑兀苋菀缀推渌禺a(chǎn)生化學反應,，比如氫氣和氧氣反應后產(chǎn)生水,。這個宇宙想要有生命，就必須要有大量的氫原子,。 但是問題來了,。是誰規(guī)定的下夸克質量必須是這個數(shù)值呢？如果我們把下夸克的質量調(diào)高一點 —— 一切物理定律都還有效,，但是質子可就不穩(wěn)定了,。那樣的話，宇宙將會由氦原子主導,，而氦原子非常不活潑,，這個宇宙里甚至可能根本就不會有什么化學反應！這種情況對于復雜生命出現(xiàn)的可能性是幾乎不存在的,。 再比如說引力,。我們知道，恒星之所以能發(fā)光,，是因為引力把它壓縮在一起,，物質在巨大壓力之下產(chǎn)生的核反應。如果引力的強度比現(xiàn)在更強或者更弱,，那么我們現(xiàn)在的宇宙將會黯淡無光,。因為如果把引力的強度調(diào)高，那么恒星的燃料會迅速燃盡,，不能長久的存在,。如果把引力調(diào)低，那么恒星的內(nèi)部壓力就不夠,，根本發(fā)不了光,。是誰規(guī)定引力正好是這么大？ 我們這個宇宙存在于四維框架中,，包括三個空間維度和一個時間維度,，但是為什么不可以有更多的維度呢？物理定律并不要求宇宙空間一定是三維的,，一個更高維空間的宇宙完全是可能的 —— 但是,！其中行星的軌道將是不穩(wěn)定的,，在一定擾動的情況下，繞著太陽轉的地球會突然掉向太陽,，或者脫離軌道飛出去,。 還有宇宙膨脹問題。有兩個因素影響著宇宙的膨脹速率——物質和暗能量,。我們知道,，宇宙中的物質，因為引力的作用,，有一個向一起聚集的傾向,，而暗能量則是讓宇宙膨脹的。那么假設引力不變,，一方面如果暗能量稍微強一點,，或者物質稍微少一些，那么宇宙膨脹就會非?？?，從大爆炸產(chǎn)生的物質就沒有機會聚在一起形成各個星球。另一方面如果物質多一些,，暗能量弱一點,，膨脹速度就會比現(xiàn)在的慢，那么宇宙可能就膨脹不開,，或者剛一膨脹就迅速收縮了,。我們這個恰到好處的宇宙，膨脹速度似乎不快也不慢,，需要讓物質和暗能量“相互配合” —— 是誰規(guī)定的宇宙中正好有這么多物質,，又正好有這么強的暗能量呢？ 再比如說,，如果把強相互作用的強度改變0.5%,，或者把電磁相互作用的強度改變0.4%，那么宇宙中就不會有碳元素和氧元素 —— 這兩個元素,，對生命的出現(xiàn)至關重要——地球上的生命都是碳基生命,。 為什么下夸克的質量正好是這個數(shù)值？為什么引力正好不大不??？為什么宇宙中的物質和暗能量正好相配？為什么宇宙空間正好是三維的,？…… 我們不知道它們?yōu)槭裁词沁@樣的,，但是我們很慶幸它們是這樣的。 上帝之手 |
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