微調宇宙:浩瀚宇宙是被「微調」而成?

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有無形的手「調校」宇宙至適合生命存在的狀態嗎?

天地玄黃,宇宙洪荒。即使人類的科學知識比以往已經差天共地,但世界如何誕生,仍是神秘之謎。為何萬物可以井然有序共存於天地?為何自然能夠相生相剋循環不息?有說世界是造物之天工,又有說世界不過是湊巧形成,誰是誰非?最新一期「經濟學人」專題提出想像:如果宇宙沒經「微調」(fine-tuned),一切即分崩離析。

站在牛頓、愛因斯坦等巨人之肩膊,今人得以用數學表達自然規律,以公式描寫出時間、空間與物質的相互關係,從科學角度構築出一致、系統化的物理世界。然而,在這些理論中,有不少基礎常數(fundamental constants)顯然是偶然隨機的數字,難以去解釋它們,只能說:自然規律就是如此。

如果這樣說太過抽象,那可以拿常謂關繫到電磁力的「精細結構常數」(fine structure constant)作具體例子解釋。「精細結構常數」數值為 1/137。依此數值,如果你把氣球擦擦褲子然後拋上空中,由於電磁力比重力強,氣球可以緊貼天花,不會受重力拉到地上。若數值大於 1/137,氣球會更緊貼天花,但若數值小於 1/137,氣球則會被重力扯下。

雖然常數是 1/137 與否看似無關痛癢,但試思考:自然界失去任何一種「力」,猶如抽走啤牌金字塔的其中一張牌,牌塔瞬間就會崩解。沒有電磁力,分子則不能聚集;沒有重力,就沒有地球。任何自然力學上的微細轉變,均會對世界造成極大影響。

英國天文學家霍伊爾爵士。 圖片來源:wikicommons

早在 1950 年代,英國天文學家霍伊爾爵士(Sir Fred Hoyle)就明白宇宙的奇妙之處。他發現,宇宙有豐富的碳元素(Carbon),而碳元素主要透過恆星內部的核聚變而產生。但因為每粒核子都帶正電荷,會與其他核子相排斥,因此要核子得以碰撞合成新元素,需要特定力量才可發生。如果電磁力較大又或較少,碳元素都無法形成,當碳元素無法形成,大量與碳有關的化合物也會消失——而宇宙,也將變得不再適合生命生存,因為生命依賴的化學基礎根本不存在。

跟從此思路,碳元素就似被「調校」至可容許生命存在一樣——科學家稱此為物理世界的「微調」(fine tuning)現象,除了碳元素的生成,宇宙的膨脹速率其實也是「微調」現象之一。所謂「微調」現象,就是一些物理條件或常數數值表面上看似偶然隨機,實質是生命產生之必須。一旦這些條件或數值超出狹窄的特定範圍,世界馬上崩塌解體。

有人會以「微調宇宙」概念借題發揮,說這等於證明世界的確有造物主,又或我們是活在電腦程式之中。另外也有人視之為邏輯篩選的結果:在所有可能的宇宙之中,只有容許有觀察者存在的宇宙才可以被觀察,因此,如果說在我們的宇宙之外,還有更多沒有有機生物但又運轉不悖的宇宙存在,其實也不足為奇,只是我們還未觀察得到而已。

或許「微調宇宙」一說最具意思之處,不在於解答人類起源又或上帝是否存在等大哉問,而是在於滿足人類對宇宙的好奇心。它先後啟發了後人想出「宇宙暴脹」(cosmic inflation)和「多重宇宙」(multiverse)等新論。這種種出於「微調宇宙」理論的幻想,促使人類為求知而進步。