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，上帝可以創造各種年齡的萬物。這就好比說，假設我現在可以創造出一個人，這個人的年齡看上去是 20 歲，可他是什么時候被創造的？現在！

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，還能對尚未發現的化石做出預言。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現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。要不是后來我們發現宇宙中有無數行星系統，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現證實了暴脹理論，要想實現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；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定。現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。