宇宙的奇跡

萬維鋼

我曾經在一次聚會上跟一個牧師聊天。這是一位非常虔誠的牧師，走到哪都帶著一個破舊的隨身聽，里面放的是《圣經》錄音帶。我以為我的知識足以挑戰(zhàn)他的信仰，就問他：“你怎么可能相信地球是在 6000 多年前被上帝創(chuàng)造的呢？我們有充分的證據表明地球上很多東西的年齡超過100 萬年。”這位牧師說了一個幾乎讓我目瞪口呆的理論。他說，上帝可以創(chuàng)造各種年齡的萬物。這就好比說，假設我現(xiàn)在可以創(chuàng)造出一個人，這個人的年齡看上去是 20 歲，可他是什么時候被創(chuàng)造的？現(xiàn)在！

這真是一個完美的理論，我無法從邏輯上質疑它的正確性。如果你相信上帝無所不能，就可以解釋任何現(xiàn)象。我對牧師說，我的理論不但能解釋各種化石的年齡，還能對尚未發(fā)現(xiàn)的化石做出預言。你的理論能解釋，可是能預言嗎？

判斷一個物理理論的好壞不在于這個理論是否符合人的直覺，或者是否夠漂亮，而在于它能不能做出預言。物理學家也有一個可以稱作“信念”的東西，那就是世界應該是合“理”的。也就是說，物理定律應該適用于所有時間和所有地點，所有事件都必須精確地符合表達物理定律的數學方程。

牛頓在解出行星軌道方程之后發(fā)現(xiàn)引力會對這些軌道做出擾動。而這種擾動一旦累積起來就會導致軌道的不穩(wěn)定，使得行星墜入太陽或者脫離太陽系。據此，他認為上帝必須存在，只有上帝才能時不時地對地球軌道進行微調，確保穩(wěn)定。要不是拉普拉斯后來證明這種軌道擾動是周期性的，不可積累，物理學家大概也只好認為上帝存在了。

牛頓認為上帝必須存在的另一個理由是，地球在太陽系的位置實在是太幸運了。方程表明，一個行星的軌道在一般情況下應該是橢圓形的，圓形是非常特殊的情況。如果地球軌道是橢圓的，哪怕“橢”得不是特別厲害，其在近日點和遠日點的溫度也將會非常不同。而地球的軌道幾乎就是圓的！地球四季的溫差幾乎完全來自自轉和公轉的傾角，與距離太陽遠近無關。地球的另一個幸運之處在于這個距離與太陽的質量正好搭配合適，哪怕太陽質量有一點變化，地球也將因為過冷或者過熱而不適合生命生存。牛頓考慮到這些巧合，認為這一定是上帝安排的。要不是后來我們發(fā)現(xiàn)宇宙中有無數行星系統(tǒng)，其中有一個適合生命生存并不算意外，物理學家大概也只好相信這個巧合是被安排的。

現(xiàn)在，類似的問題仍然困擾著物理學家。

第一個問題是宇宙起源的初始條件。天文觀測和經典理論都表明宇宙起源于大爆炸，而量子引力研究的進展則表明大爆炸比此前想象的要快得多。對宇宙微波背景輻射非均勻性的發(fā)現(xiàn)證實了暴脹理論，要想實現(xiàn)足以形成我們這個宇宙的暴脹，宇宙起源的初始條件必須滿足無比嚴格的要求。這就好像你要做一個炸彈，這個炸彈的形狀必須是一個絕對精確的球形它才能實現(xiàn)預期的爆炸效果一樣。

第二個問題是各種物理參數為什么如此恰到好處。計算表明，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4%，碳和氧這兩個對生命至關重要的元素就不會出現(xiàn)；哪怕把質子的質量增加0.2%，它都會迅速衰變。另外，空間還必須是三維的，否則行星軌道就不會穩(wěn)定?，F(xiàn)代物理學無法從邏輯上解釋為什么這些物理參數是這樣的，就好像一個網絡游戲玩家不能用物理定律解釋某些超強boss的武力值一樣。唯一的解釋似乎是它們是被“設計”成這樣的，否則這個宇宙或者游戲就不好玩。

而這些問題的答案，還在物理學家的不斷求索中。