要得到一個適于生命存在的宇宙，可能并不需要精細的“微調”。 

圖片來源：《環(huán)球科學》

生命的形成從不會是一蹴而就的，必然要先產(chǎn)生基礎的規(guī)則和結構。在宇宙早期，原子核先成形，捕獲電子形成原子，這些原子聚集起來，構成了星系、恒星和行星。在歷經(jīng)一系列演變之后，天地萬物都各得其位。我們理所當然地認為這些結構之所以能夠形成，都是拜精巧的物理定律所賜——然而，事實很可能并不是這樣。

在過去的數(shù)十年里，許多科學家都試圖讓人們相信，哪怕我們宇宙中的物理定律僅有一絲細微的改變，現(xiàn)存的宇宙也將不復一切精妙復雜的結構。與此同時，宇宙學家們也逐漸意識到，我們所處的宇宙可能只是多宇宙（multiverse，也稱多重宇宙，平行宇宙）的一個組成部分。多重宇宙論是一種在物理學里尚未證實的假說，這種假說認為，在我們的宇宙之外，還存在著其他的宇宙，數(shù)量浩大的多個宇宙共同形成了一個比單個宇宙大得多的時空區(qū)域?，F(xiàn)有的物理定律是如此精細，以至于不能容忍絲毫的增減——平行宇宙的存在為這種現(xiàn)象提供了一個非常合理的解釋：不同宇宙中的物理定律都是不同的，而之所以我們能夠觀察到這個宇宙中“精巧”的規(guī)律，是因為只有在這個宇宙里我們才能存活。

天體物理學家們往往喜歡花費許多精力討論宇宙規(guī)律的精妙細微，這容易讓人們對物理定律產(chǎn)生誤解，認為我們所處的宇宙之所以這么精妙復雜，都是因為它的物理定律恰到好處地容許了它的存在，這種天衣無縫甚至帶有了一種超自然意味，這就是所謂的“微調論”（fine-tuning）。就算是那些對多重宇宙論持懷疑態(tài)度的人也大多支持“微調論”，僅僅認為“微調論”應當有別的理由來解釋。然而事實上，宇宙的這種微調性質從未被嚴格證實，我們甚至還沒弄清哪些物理定律對天體物理結構的形成才是不可或缺的，更不要說去尋找生命發(fā)生的重要定律了。近期一系列有關恒星演化、核天體物理和宇宙結構形成的研究就告訴我們，“宇宙微調論”可能并不像人們之前所想的那樣靠譜，許多不同類型的宇宙都可以支持生命的出現(xiàn)與生存。我們所處的‘這個宇宙’，也許并不像我們所想的那樣特殊。

第一類微調性質體現(xiàn)在推動天體運行的自然界基本作用力的強度上。基本相互作用有四種：引力、電磁力、強核力與弱核力，如果電磁力太強，帶正電的質子間的相互排斥力將會阻礙天體內核發(fā)生核聚變反應，恒星就不再有足夠的能量發(fā)出耀眼的光芒；可要是電磁力太弱，核反應就會失去束縛——在宏觀上體現(xiàn)為星體不能成型，而是爆成一團蔚為壯觀的爆發(fā)物。而若是引力太大的話，恒星要么塌縮形成黑洞，要么根本就不能將能量釋放到外界。

不過若是真的細致推敲這個問題，人們就會發(fā)現(xiàn)，其實恒星間的作用力遠不像想象中的那么精細——相反，這個數(shù)值要隨意得多。哪怕電磁力的強度放大或縮小近百倍，也不會讓天體運行產(chǎn)生不可兼容的差錯；萬有引力甚至可以比原來強上100000倍，或者縮小到原來的十億分之一，而整個宇宙依舊能夠運行。天體所能容許的引力和電磁力的強度取決于核反應的速率，核反應的速率又取決于原子核作用力的強弱。如果反應速率很快，那么恒星所能承受的引力和電磁力的強度范圍也就越大；反之，這個范圍就會變窄。

電磁力和引力的大小只是生命存活的最低基本要求。除此之外，恒星還需要符合許多其他的約束條件，比方說，它們必須足夠熱。一顆恒星的表面溫度必須高到一定程度，才能為生命所需的化學反應提供足夠的起始能量。在我們所處的宇宙中，大多數(shù)恒星周圍都有處于溫度合適的溫暖區(qū)域（宜居帶）的行星，300開爾文左右（二十幾攝氏度）的溫度就足以支持生命的產(chǎn)生。在電磁作用力更強一些的宇宙中，恒星的溫度要低一些，這些地方也就相對較不適宜居住。

恒星的壽命還必須相對較長，因為復雜生命的形成需要龐大的時間跨度。由于生命是由一系列極其復雜的化學反應共同驅動，那么生物演化的時標也就理應以原子的生命周期為標準來設定。在其他宇宙中，考慮到電磁力和其他變量的差異，這個時標時鐘的計時速率可能也會有所不同：當相互作用力變弱時，恒星會加速燃燒其儲備的核燃料，縮短其生命周期。

最后，也是最基本的條件：在一開始，該恒星所具備的條件必須讓其能夠成為一顆恒星。星系和恒星最初都是由一團原始氣體壓縮而成，這團氣體必須經(jīng)歷釋放能量和冷卻的過程。想必聰明的讀者已經(jīng)料到，這個氣體的冷卻速率還是取決于電磁力的大小，如果電磁力太弱，氣體就不能在所需的時間內冷卻；相反，它會維持擴張的趨勢，拒絕濃縮為星系。還有一個顯然的條件：恒星必須比它們之前所處的宿主星系小——不然恒星的形成過程就會變成一個笑話。這一系列效應，為電磁力強度的大小劃定了下限。

綜上所述，在不妨礙恒星和行星符合上述所有限制條件的前提下，基本作用力的大小可以在幾個不同數(shù)量級上變化（如圖所示），而遠非科學家們所想的那樣嚴格精密。

設定參數(shù)范圍：即使電磁力或引力比現(xiàn)實情況更強或更弱，宇宙依舊能夠適宜生命居住。圖中的陰影區(qū)域顯示了適宜生命存活的參數(shù)范圍。星形記號表示我們這個宇宙的參數(shù)情況；橫縱坐標分別以對數(shù)形式顯示電磁力與萬有引力的大小。相關限制參數(shù)分別為：能夠發(fā)生核聚變反應（黑色曲線以下的區(qū)域）；擁有足夠悠久的壽命以讓復雜的生命有足夠的時間演化（紅色曲線以下的區(qū)域）；足夠熱，以支持生物圈的形成與存在（藍色曲線以左的區(qū)域）；體積不能超過它們所處的星系（藍綠色曲線以右的區(qū)域）。

第二種可能表現(xiàn)微調性質的特性，與碳元素的產(chǎn)生環(huán)境有關。大型恒星會在其中心將氫原子聚合為氦原子之后，而后氦原子就成為了恒星的動力來源。經(jīng)過一系列復雜的反應，氦原子將會生成碳元素和氧元素。由于氦原子核在核物理中的重要地位，人們將其命名為α粒子（alpha particles，盧瑟福就是在用α粒子轟擊金箔的實驗中發(fā)現(xiàn)了原子核）。自然界中最常見的原子核都是由α粒子所構成，例如碳-12可以看做由3個α粒子聚合而成，氧-16可以看做由4個α粒子聚合而成；不過，由兩個α粒子所構成的原子核——鈹-8——并不在上述行列之中，這當然有一個靠譜的理由：鈹-8并不能在我們的宇宙中穩(wěn)定存在。

鈹-8的不穩(wěn)定性嚴重制約了碳元素的生成。當恒星將α粒子聚合起來形成鈹原子核時，新生成的鈹原子核立刻就會分解，重新成為氦原子核（觀察上圖，此反應發(fā)生需要外界對其做功）；所以幾乎在任何時刻，星核中只有極少數(shù)存在時間極短的鈹原子。這些數(shù)量稀少的鈹原子核能夠與氦原子核進一步發(fā)生反應，生成碳原子核。由于上述成碳過程中有三個α粒子參與反應，這個反應也被稱為3氦過程（triple-alpha reaction）。不過，科學家們發(fā)現(xiàn)3氦過程的反應速度太慢，根本不足以生成宇宙中已觀察到的大量碳元素。

為了解決這個矛盾，物理學家弗雷德·霍伊爾（Fred Hoyle）在1953年預言，碳原子一定在某一特定的能級存在共振態(tài)，該共振現(xiàn)象使碳元素生成的反應速率遠遠超出其理論值，足以解釋宇宙中已知碳素的豐度。隨后，科學家們也在實驗室中在預期的能級觀察到了該共振現(xiàn)象。

現(xiàn)在問題來了，在其他宇宙中，基本作用力的強度與本宇宙不同，故發(fā)生共振的能級也很有可能發(fā)生變化——那么處于該宇宙中的恒星就無法生成足夠的碳；如果能級的能量變化超過了4%，那么碳元素的生成就會受到極大的制約。這個問題有時被稱作“3氦微調難題”（triple-alpha fine-tuning problem）。

幸運的是，這個問題有一個簡單的答案——如果核物理為你關上了一扇門，他可能會為你打開一扇窗：假設宇宙的核物理性質的確發(fā)生了巨大的改變，抵消了碳原子的共振現(xiàn)象，那么恭喜你，一旦變化上升到了這個數(shù)量級，鈹原子核就有一半幾率成為穩(wěn)定的原子核；一旦鈹原子核能夠穩(wěn)定存在，那么碳原子核就能通過一種更簡單的方法直接由三個α粒子聚合而成（兩個α粒子聚合成為鈹原子核，鈹原子核與另一個α粒子聚合形成碳原子核）。在這種情況下，碳元素的共振態(tài)就可有可無了，3氦微調難題也就不攻自破。

第三類可能存在微調性質的問題涉及到了三種僅由兩個核子所構成的最簡單的原子核：僅含一個質子和一個中子的氘核，僅含兩個質子的雙質子（diproton），和僅含有兩個中子的雙中子（dineutron）。在我們所在的宇宙中，只有氘原子核能夠穩(wěn)定存在，氦原子生成反應的第一步就是由兩個質子生成氘（全過程見下圖）。

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