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(diào)”。 

圖片來源：《環(huán)球科學(xué)》

生命的形成從不會是一蹴而就的，必然要先產(chǎn)生基礎(chǔ)的規(guī)則和結(jié)構(gòu)。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(gòu)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(dāng)然地認為這些結(jié)構(gòu)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(xué)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(fù)一切精妙復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。與此同時，宇宙學(xué)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(xué)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(xué)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(fù)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(diào)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(diào)論”，僅僅認為“微調(diào)論”應(yīng)當(dāng)有別的理由來解釋。然而事實上，宇宙的這種微調(diào)性質(zhì)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(jié)構(gòu)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(guān)恒星演化、核天體物理和宇宙結(jié)構(gòu)形成的研究就告訴我們，“宇宙微調(diào)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(diào)性質(zhì)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(zhì)子間的相互排斥力將會阻礙天體內(nèi)核發(fā)生核聚變反應(yīng)，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(yīng)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(yīng)的速率，核反應(yīng)的速率又取決于原子核作用力的強弱。如果反應(yīng)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(xué)反應(yīng)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(fù)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(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)共同驅(qū)動，那么生物演化的時標也就理應(yīng)以原子的生命周期為標準來設(shè)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(dāng)相互作用力變?nèi)鯐r，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(nèi)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(yīng)，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(xué)家們所想的那樣嚴格精密。

設(shè)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(guān)限制參數(shù)分別為：能夠發(fā)生核聚變反應(yīng)（黑色曲線以下的區(qū)域）；擁有足夠悠久的壽命以讓復(fù)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(diào)性質(zhì)的特性，與碳元素的產(chǎn)生環(huán)境有關(guān)。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(fù)雜的反應(yīng)，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(gòu)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(gòu)成的原子核——鈹-8——并不在上述行列之中，這當(dāng)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(dāng)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(yīng)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(yīng)，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(yīng)，這個反應(yīng)也被稱為3氦過程（triple-alpha reaction）。不過，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)3氦過程的反應(yīng)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(xué)家弗雷德·霍伊爾（Fred Hoyle）在1953年預(yù)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(yīng)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(xué)家們也在實驗室中在預(yù)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(diào)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(guān)上了一扇門，他可能會為你打開一扇窗：假設(shè)宇宙的核物理性質(zhì)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(diào)難題也就不攻自破。

第三類可能存在微調(diào)性質(zhì)的問題涉及到了三種僅由兩個核子所構(gòu)成的最簡單的原子核：僅含一個質(zhì)子和一個中子的氘核，僅含兩個質(zhì)子的雙質(zhì)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(yīng)的第一步就是由兩個質(zhì)子生成氘（全過程見下圖）。

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