17 物理法则,天生注定
物理学家、宇宙学家,美国亚利桑那州立大学“起源项目”(Origins Project)负责人,著有《无中生有的宇宙》(A Universe from Nothing)。
爱因斯坦曾说过:“真正使我感兴趣的是,上帝创造世界的时候有没有别的方案可选。”当然,创造宇宙的“造物主”,未必是上帝。爱因斯坦所关心的问题,其实也是大多数像我这样的科学家最想解开的问题,这个问题事关支配宇宙基本尺度的基本法则。但只有一套统一的物理学法则吗?如果我们改变了一个基本常数,或是一个力学法则,那整个物理学大厦会不会彻底倾倒呢?
我辈的大多数科学家,就像在我们之前的爱因斯坦一样,都毫无保留地认为那些问题的答案是肯定的。我们都想揭示一个真正统一的理论,用数学化的公式解释如自然界存在4种力,质子比电子重2000倍等现象的原因。就在不算遥远的20世纪80年代,当弦理论科学家证明他们发现了万有理论时,这种对统一理论的努力和尝试达到了大胆创新的顶峰,而万有理论是基于弦理论的假定。这样的假定坚定不移地将我们带到目的地——物理大统一的终极理论,可以完全解释宇宙所见的一切。
无须多言,众所周知,这些大而无当的观点已被舍弃,因为弦理论已经失败了,至少目前为止,弦理论还无法担此大任。因为在此过程中,有些问题用弦理论的确无法解释,但我们接受了另一个相反的观点:自然界的法则可能完全出于意外,在我们的周遭所发生的事情(也就是我们的宇宙),无法也无须用任何固定不变的普适法则来规定。
例如,弦理论纳入了许多新的可能的维度。为了和我们可见的四维宇宙相兼容,我们需要把其他的维度藏起来,将其尺度缩小到无法被探究到的地步。或者,我们需要将所知的基本力和基本粒子限制在四维“膜宇宙”(brane)中。但是,似乎有许多种不同的方法来使多余的维度不可见,而且每一种方法都会以不同的法则创造一个不同的四维世界。好像四维宇宙本身也不一定是普遍的,二维宇宙、六维宇宙都有可能存在。
其实,你没必要达到如此深的思想层面也能形成一个结论:当我们的宇宙出现的时候,宇宙法则就存在了。宇宙暴胀理论是目前最好的理论,可以解释目前我们观测到的宇宙的大尺度特征是从何而来的。这种理论认为,在极早期宇宙有一个膨胀逃逸的阶段。在不同的空间,也可能在不同的时间,一小部分区域会停止膨胀并发生相变,基本粒子和场的特征就此改变。同时,在这样的画面中,大多数的“超宇宙”(metaverse)仍旧在发生膨胀——每个区域都逐渐远离,每个宇宙都以不同的法则、不同的状态稳定下来,就像是窗户上的冰晶向不同方向延伸一样。
所有这些证据都充分说明,我们用于衡量宇宙的“基本”法则可能真的是子虚乌有,一切都只是意外和巧合。从这种角度来讲,物理学变成环境科学了。
现在,许多人拾起了这样的观点:基于人择原理,我们能够掌握自己的宇宙法则。也就是说,如果这些法则有任何一点不同,就没有我们这样的生命存在了。然而,这个观点还是让人疑窦丛生——首先我们根本不知道还有什么可能性,其次我们也不知道,如果或多或少地改变一下宇宙的基本参数,我们是否真的就无法在这个宇宙中生存了?我们更不了解,人类是否就是典型的生命形式。在我们的宇宙里,大多数已经或者即将进化而来的生命或许会完全不同。
无论如何,人择原理忽视了一点。在我们宇宙中的物理学法则反映了内在的基本秩序,这些法则是完美的、对称的。我们必须主动放弃这样的观点,这个很重要。其实,就算你认为地球上的生命是早已注定的,也没什么新意,这只是一种非常短浅的看法。我们现在已经了解,主导生命的历史进程,进而主导人类诞生的主要因素,只是自然选择和环境创伤的偶然性。同样短浅的理念是,沾沾自喜地认为人类是进化的顶峰,所有的进化之路都通向人类,或者人类在将来不会变成什么截然不同的形式。
如果有人认为我们生存的宇宙是永恒不变的,那他就是井底之蛙。宇宙怎么可能是不变的呢?已经有人提出,现在我们能够看到的所有星系,在遥远的将来会彻底消失。还有,即便是在我们自己的宇宙中,如果我们认为自己的法则在时空上都是普适的,也只是管中窥“天”而已。最新的希格斯玻色子相关的数据说明,我们的宇宙仍旧处于相变的过渡转换阶段,稳定的力和粒子都会改变,我们自己、我们所见的一切都可能只是昙花一现。
我们已经形成共识——生命不是天生注定的。对物理法则而言,也需要建立这样的观念。宇宙中的意外和偶然无处不在,我们整个宇宙可能仅仅是另一个无心之作罢了。