人擇原理與宇宙學(xué)參數(shù)問(wèn)題

吳玉梅

(江蘇科技大學(xué)馬克思主義學(xué)院，鎮(zhèn)江 212000)

1 前言

現(xiàn)代宇宙學(xué)中有一些基本參數(shù)，用以描述宇宙從微觀到宏觀的結(jié)構(gòu)，可以把它們看作是宇宙學(xué)參數(shù)。這些參數(shù)的取值以及它們之間的比率，都決定了宇宙的演化和結(jié)構(gòu)。這些宇宙學(xué)參數(shù)只要有微小的改變，都有可能改變整個(gè)宇宙的演化進(jìn)程，比如說(shuō)，宇宙中就無(wú)法產(chǎn)生人類這樣的智慧生命。這就是所謂的“微調(diào)(fine-tuning)”([1]，pp11—39)。如何對(duì)微調(diào)進(jìn)行解釋就是所謂的宇宙學(xué)參數(shù)問(wèn)題?！叭藫裨怼?anthropic principle)(1)現(xiàn)在也有人把“anthropic principle”改為“anthropic reasoning”。比如牛津大學(xué)的哲學(xué)教授博斯特羅姆(Nick Bostrom)在研究“anthropic principle”時(shí)就一直采用的是“anthropic reasoning”。是目前可能給宇宙學(xué)參數(shù)問(wèn)題提供“解釋”的唯一學(xué)說(shuō)。

人擇原理是美國(guó)科學(xué)家卡特(Brand Cater)于1973年提出的一個(gè)宇宙學(xué)學(xué)說(shuō)(2)人擇原理存在各種不同的表述，分別為弱人擇原理、強(qiáng)人擇原理以及最終原理。其中“弱人擇原理”被許多科學(xué)家承認(rèn)且應(yīng)用于他們各自的研究領(lǐng)域，而“強(qiáng)人擇原理”和“最終原理”卻受到了很多科學(xué)家的質(zhì)疑。本文所涉及的是弱人擇原理與宇宙學(xué)參數(shù)問(wèn)題內(nèi)容考察。，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為宇宙之所以是我們現(xiàn)在觀察到的樣子，是因?yàn)槿绻钪娌皇沁@樣，人類就無(wú)法存在。卡特重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了人作為宇宙的觀察者對(duì)物理學(xué)基本參數(shù)取值的選擇意義([2]，pp291—298)。在此之前，美國(guó)科學(xué)家迪克(Robert Dicke)就已經(jīng)提出用“物理學(xué)家的存在”來(lái)解釋基本常數(shù)之間存在“巧合”關(guān)系[3]。換言之，現(xiàn)代宇宙學(xué)中，人擇原理的提出就是為了解釋基本常數(shù)“恰當(dāng)”取值和“巧合”關(guān)系的。

國(guó)內(nèi)關(guān)于人擇原理與宇宙學(xué)參數(shù)問(wèn)題的歷史考察和哲學(xué)上的分析已經(jīng)有過(guò)一些研究資料：如高達(dá)聲探討了人擇原理所帶來(lái)的主客體之間的改變的影響[4]；劉蘇燕對(duì)人擇原理與物理學(xué)基本參數(shù)的關(guān)系以及所涉及的哲學(xué)問(wèn)題作了綜合性的討論[5]。由于霍金(Stephen Hawking)對(duì)于人擇原理有很多研究，國(guó)內(nèi)還有一些關(guān)于人擇原理的介紹是通過(guò)研究霍金的科學(xué)思想表現(xiàn)出來(lái)。章紅寶、江光華研究了霍金的天人觀及其哲學(xué)意義[6]；蘇保君對(duì)霍金科學(xué)哲學(xué)思想的探討中也涉及了人擇原理[7]。本文以歷史的視角從三個(gè)方面來(lái)考察人擇原理在宇宙學(xué)參數(shù)問(wèn)題的運(yùn)用與爭(zhēng)論。首先是考察迪克、卡特、卡爾(Bernard Carr)、里斯(Martin Ress)等人從人擇角度重新解釋宇宙學(xué)參數(shù)“巧合”現(xiàn)象[8—12]；其次是考察霍金、林德(Andrei Linde)等科學(xué)家從人擇視角探討宇宙初始條件問(wèn)題以及宇宙的唯一性問(wèn)題[13—17]；第三，是考察溫伯格(Steven Weinberg)等人關(guān)于宇宙學(xué)常數(shù)Λ問(wèn)題的人擇解釋以及由此帶來(lái)的對(duì)人擇原理預(yù)言的爭(zhēng)議18—22。

2 宇宙學(xué)基本常數(shù)“恰當(dāng)”和“巧合”現(xiàn)象的“新解釋”

各種宇宙學(xué)參數(shù)以及它們之間某些神秘的關(guān)系可能隱藏著關(guān)于架構(gòu)宇宙的基礎(chǔ)法則的觀點(diǎn)由來(lái)已久。從畢達(dá)哥拉斯學(xué)派“數(shù)”的宇宙論到開(kāi)普勒的和諧宇宙到18世紀(jì)以來(lái)在德國(guó)流行的數(shù)字神秘主義，人們都試圖在數(shù)的基礎(chǔ)上直接建構(gòu)宇宙模型。20世紀(jì)二三十年代，愛(ài)丁頓(Arthur Eddington)曾試圖通過(guò)幾個(gè)物理學(xué)基本常數(shù)來(lái)建構(gòu)宇宙，進(jìn)而找到符合整個(gè)宇宙建構(gòu)的第一原理[8,9]。然而，由于愛(ài)丁頓的這些工作太具思辨性，并未引起科學(xué)家太多關(guān)注。幾乎是在同一時(shí)期，狄拉克(Paul Dirac)的“大數(shù)假說(shuō)”反而引起了一些科學(xué)家的注意[6]。

狄拉克的“大數(shù)假說(shuō)”試圖對(duì)“大數(shù)巧合”現(xiàn)象即宇宙的所有粒子總數(shù)、宇宙哈勃年齡與引力耦合常數(shù)三者之間存在一個(gè)簡(jiǎn)單且巧妙的數(shù)學(xué)關(guān)系提供解釋。狄拉克認(rèn)為“大數(shù)巧合”現(xiàn)象是固定不變的，而其中的引力學(xué)常數(shù)則與宇宙存在時(shí)間成反比關(guān)系[10]?！按髷?shù)巧合”是人擇原理提出的直接原因。1961年，迪克討論狄拉克的“大數(shù)假說(shuō)”時(shí)，他否定了“大數(shù)假說(shuō)”中引力學(xué)常數(shù)隨時(shí)間變化而變化的假設(shè)，認(rèn)為“物理學(xué)家的存在和馬赫原理”就足夠解釋“大數(shù)巧合”現(xiàn)象[3]。迪克認(rèn)為人類的存在是這三個(gè)大數(shù)能滿足“巧合”的原因，且人類也只能在這種“巧合性”滿足的階段才能存在，因此，人類能觀察到宇宙中這三個(gè)參數(shù)的“巧合關(guān)系”是順理成章的[3]。卡特在1973年重新對(duì)迪克的這個(gè)思想進(jìn)行了闡述，且把這個(gè)思想稱為“人擇原理”。

卡特在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始研究各種宇宙學(xué)參數(shù)，且注意到了迪克和狄拉克對(duì)于“大數(shù)巧合”的兩種不同解釋。很顯然，相較而言，卡特認(rèn)為迪克“物理學(xué)家的存在”的解釋相較于狄拉克“引力耦合常數(shù)的變化”的解釋更具有吸引力?？ㄌ卣J(rèn)為“人擇原理的效應(yīng)是，我們可以期待的觀察結(jié)果嚴(yán)格受到我們作為觀察者存在所必需的條件的限制”([2]，p291)。卡特的人擇原理強(qiáng)調(diào)了人作為觀察者對(duì)這些參數(shù)的選擇效應(yīng)。值得注意的是，卡特在此次報(bào)告中也提及了所謂的“世界集合”(world ensembles)概念，認(rèn)為宇宙可能具有所有可能的初始條件，下文會(huì)有闡述?？ㄌ氐娜藫裨硪鹆艘徊糠挚茖W(xué)家的注意，這其中包括卡特的導(dǎo)師惠勒(John Wheeler)以及其他的科學(xué)家如卡爾、里斯、霍金等。

卡爾和里斯除了提及“狄拉克大數(shù)巧合”與人擇原理相關(guān)以外，他們還考慮了另外一些參數(shù)之間的關(guān)系，認(rèn)為這些關(guān)系可能具有“人擇的”內(nèi)部關(guān)系。比如用來(lái)描述比原子更小的尺度上的結(jié)構(gòu)的基本常數(shù)，其中包括弱和強(qiáng)相互作用耦合常數(shù)gw和f，而這兩個(gè)常數(shù)與上述提及的兩個(gè)參數(shù)之間是相互獨(dú)立的關(guān)系，他們提出：“可以假定這些常數(shù)與α和αG是獨(dú)立的，但是在這些參數(shù)之間有某種‘人擇的’內(nèi)部聯(lián)系?！北热缰形⒆幽軓囊粋€(gè)恒星處于超星時(shí)期的包層中釋放的條件大致為αG—αw4(αw=gme2c/h3是弱精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù))，重元素能夠從它們產(chǎn)生的地方擴(kuò)散到整個(gè)空間對(duì)于生命大概是必要條件，那么超新星就是基本的。此外，αG和αw之間的關(guān)系也解釋了宇宙中產(chǎn)生的氦(helium production)的質(zhì)量為什么是總質(zhì)量的約25%。如果αG和αw之間沒(méi)有恰當(dāng)?shù)年P(guān)系，其中αw稍微小一點(diǎn)或大一點(diǎn)，氦的產(chǎn)生率要么100%(在這種情況下將沒(méi)有任何水產(chǎn)生，而水是生命能夠出現(xiàn)的另一種預(yù)先要求)，要么氦的產(chǎn)生率為0%(此時(shí)，星球的演化將會(huì)截然不同)。

卡爾和里斯認(rèn)為人擇的模型雖然沒(méi)有為這些參數(shù)之間的關(guān)系提供真正的物理解釋，但是解釋了為什么是這種比率數(shù)值。他們寫(xiě)道：“在f(強(qiáng)作用耦合常數(shù))和α之間基本粒子質(zhì)量比率的巧合對(duì)于各種化學(xué)過(guò)程都是必須的。存在足夠獨(dú)立的人擇限制來(lái)確定α和αG的數(shù)量級(jí)，對(duì)αw和f的數(shù)量級(jí)的確定也同樣如此。雖然類似思考并沒(méi)有提供一個(gè)真正的物理解釋，但是這些思考有可能表明了這些基本比率為什么具有這樣的測(cè)量值?！盵11]

此外，卡爾和里斯還分析能夠演化生命的恒星系統(tǒng)，提出生命只在恒星系統(tǒng)中恒星處于“主星序”的時(shí)間段里時(shí)才能出現(xiàn)，因?yàn)橹挥羞@個(gè)時(shí)間段才是適合生命演化的。以太陽(yáng)系為例，在太陽(yáng)的“主星序”時(shí)間里，太陽(yáng)的能量輸出來(lái)源于穩(wěn)定的氫燃燒，只有這種狀態(tài)下的太陽(yáng)才能維持適合地球生物的條件。值得注意的是，這種情況下，對(duì)于恒星的要求又存在一定的區(qū)分。因?yàn)椴皇撬泻阈嵌寄苻D(zhuǎn)換成一個(gè)穩(wěn)定的由氫燃燒支撐的“主星序”恒星，只有當(dāng)一個(gè)恒星的粒子總數(shù)包含有1056—1058個(gè)粒子時(shí)才行。如果總量比它小，由它們的引力維持在一起的物質(zhì)可以通過(guò)在更低溫度下的電子“排斥原理”的力來(lái)支持，它們將不會(huì)有足夠的溫度來(lái)產(chǎn)生核聚變，除非通過(guò)外部壓力的擠壓；如果總量比它大，恒星會(huì)因?yàn)檩椛鋲毫π?yīng)，變得非常脆弱和不穩(wěn)定。此外生命的存在要求有比氫和氦重的元素出現(xiàn)，而重元素的產(chǎn)生和擴(kuò)散都是在超新星中進(jìn)行的。核物理為宇宙的元素豐度提供了依據(jù)，但為什么是這樣的元素豐度卻由人擇原理提供了可能的解釋。此外，類似質(zhì)子和中子質(zhì)量比率剛好是我們現(xiàn)在觀察得到的比率，對(duì)于生命的產(chǎn)生也具有重要的意義[11]。

卡爾和里斯的工作之后，巴羅(John Barrow)和提普勒(Frank Tipler)在1986年也對(duì)這些宇宙中存在的基本參數(shù)的取值作了總結(jié)。相較于卡爾、里斯保守性地使用人擇原理，他們更激進(jìn)些。而且他們還在此基礎(chǔ)上提出了強(qiáng)人擇原理以及最終原理等([12]，p290)?？傊?，一些科學(xué)家試圖用人擇原理來(lái)解釋宇宙學(xué)參數(shù)的“恰當(dāng)”取值和“巧合”關(guān)系。

3 宇宙學(xué)參數(shù)的唯一性

人擇原理為宇宙學(xué)參數(shù)為何如此取值提供了解釋，那么宇宙學(xué)參數(shù)的取值是唯一的嗎？宇宙真的被如此唯一地確定了嗎？霍金和柯林斯(Barry Collins)1973年在《天體物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表了《為什么宇宙是各向同性的？》一文。他們?cè)谖恼轮刑接懥擞钪鎻某跏佳莼两窨赡苄枰邆涞臈l件，認(rèn)為宇宙具有任意的初始條件，能夠滿足人類演化的初始條件的宇宙只是所有宇宙中一個(gè)小子集，而人擇原理為這個(gè)小子集的存在提供了解釋[13]。

宇宙的初始條件問(wèn)題，一直是霍金關(guān)注的宇宙學(xué)問(wèn)題之一。事實(shí)上，當(dāng)宇宙微波背景輻射(CMBR)被發(fā)現(xiàn)之后，大爆炸模型也很快被科學(xué)家認(rèn)可了，此時(shí)思考宇宙的開(kāi)端具有怎樣的性質(zhì)是很自然的行為。然而廣義相對(duì)論卻預(yù)言自己對(duì)宇宙的開(kāi)端的描述是失效的，很多科學(xué)家試圖解決這個(gè)問(wèn)題。如霍金就試圖把量子力學(xué)與廣義相對(duì)論結(jié)合起來(lái)解釋宇宙的開(kāi)端。林德則通過(guò)把人擇原理與“紊亂的爆炸宇宙模型”也就是暴漲宇宙模型結(jié)合起來(lái)解決宇宙初始條件問(wèn)題[14]。1982年7月，林德在英國(guó)劍橋召開(kāi)的主題為“極早期宇宙”的納菲爾德研討會(huì)上報(bào)告了“非奇異再生暴漲宇宙”(nonsingular regenerating inflationary universe)，提及通過(guò)人擇原理與多重宇宙模型的結(jié)合可以避免原有的宇宙模型初始條件的奇點(diǎn)問(wèn)題。林德的這個(gè)多重宇宙模型假設(shè)宇宙中存在無(wú)數(shù)個(gè)沒(méi)有因果聯(lián)系的迷你宇宙，這些迷你宇宙的各種參數(shù)的取值都是不同的，而我們生存的世界就是屬于那些參數(shù)取值符合產(chǎn)生人類的迷你宇宙[14]。

1989年，林德在發(fā)表的《暴漲之后的生命與宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題》一文中探討了在“嬰兒宇宙模型”(baby universe theory)背景下將人擇原理應(yīng)用于基本粒子的質(zhì)量、耦合常數(shù)和真空能密度評(píng)估的可能方案[15]。嬰兒宇宙模型中各個(gè)適合人類發(fā)展的小宇宙會(huì)變得越來(lái)越空，從而會(huì)變得不再適合生命存在。林德認(rèn)為除非在舊宇宙不適合生命生存之前可以進(jìn)行遷移，從而到達(dá)新的適合生命生存的宇宙，這種可能的發(fā)生極其有賴于真空能密度也就是宇宙學(xué)常數(shù)Λ的取值(3)宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題后文會(huì)有比較詳細(xì)的探討。([16]，p353)。另外，林德在文中探討了這些嬰兒宇宙模型中，各類作用力、耦合常數(shù)等完全不同的取值的可能，這些可能性通過(guò)人擇原理可以獲得相較于其他理論在此類問(wèn)題上的更可靠性。

林德提出僅在確定真的有不同的空間和物質(zhì)屬性的不同宇宙時(shí)，人擇原理對(duì)于宇宙初始條件的選擇才有意義。如果不是如此，任何談及電子質(zhì)量、精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)等等變化的，都完全無(wú)意義。他寫(xiě)道：“對(duì)這種質(zhì)疑的一個(gè)回應(yīng)是宇宙的波函數(shù)同時(shí)描述了觀察者和宇宙的其余部分中所有可能的狀態(tài)，包括所有可能的緊致變量和自發(fā)對(duì)稱性破缺。這種測(cè)量可以提高我們對(duì)于觀察者的屬性的認(rèn)知，同時(shí)能得到剩下的世界的信息，就如通過(guò)測(cè)量EPR實(shí)驗(yàn)中一個(gè)粒子的自旋，然后得到另外一個(gè)粒子的自旋信息一樣?！?[16]，p225)

在上述對(duì)宇宙初始條件問(wèn)題研究中，可以看到林德的宇宙模型中支持一個(gè)包含了所有類型的迷你宇宙(mini-universe)集合，即使那些產(chǎn)生幾率非常低的宇宙也包含在里面。事實(shí)上，卡特在1973年的報(bào)告中就已經(jīng)提到人擇原理涵蓋了一個(gè)重要概念——世界集合(world ensembles)概念?？ㄌ卣J(rèn)為“世界集合”的特點(diǎn)是這個(gè)集合包含了所有可預(yù)想的初始條件和所有基本常數(shù)的無(wú)數(shù)宇宙，他如此描述“世界集合”的可能意義：“存在的任何有機(jī)體被描述為一個(gè)觀察者有可能僅是針對(duì)某種限制參數(shù)集合而言，這種特定限制參數(shù)集合的存在是從世界集合里分離出來(lái)的一個(gè)特殊的可辨識(shí)的子集?！?[2]，p296)

霍金運(yùn)用費(fèi)曼的歷史求和法和人擇原理提出了類似的宇宙集合論，且在此基礎(chǔ)上對(duì)傳統(tǒng)的宇宙學(xué)研究方法給出了新的看法，他認(rèn)為傳統(tǒng)的“自下而上”(bottom-up)的研究進(jìn)路即從過(guò)去推演未來(lái)可能在宇宙學(xué)的研究中并不適合，而“自上而下”(top-down)即由現(xiàn)在推演到過(guò)去的進(jìn)路是研究宇宙的新方式[17]。

宇宙唯一，描述宇宙的定律唯一，宇宙學(xué)常數(shù)的取值唯一、確定，這是物理學(xué)家要求和渴望的一種完美狀態(tài)。林德對(duì)此提出了異議，他認(rèn)為他的宇宙模型不僅解決了科學(xué)的具體問(wèn)題，同時(shí)也為物理學(xué)家?guī)?lái)某種新的方法論上的思考，這種思考即是物理學(xué)家對(duì)于宇宙所有特征最好具有唯一性的要求和渴望并不恰當(dāng)。他說(shuō)：“物理學(xué)家主要的渴望之一就是能架構(gòu)一個(gè)理論，這個(gè)理論能毫不含糊地預(yù)測(cè)我們宇宙中所有基本粒子所有參數(shù)的觀察值。理想主義的研究者強(qiáng)迫很多人去相信描述我們的宇宙的理論是美麗和唯一的。然而，根本就沒(méi)有這種暗示要求基本粒子的所有參數(shù)必須唯一且可靠。”([16]，p223)

4 宇宙學(xué)常數(shù)Λ問(wèn)題和人擇原理的預(yù)言能力

通過(guò)天文學(xué)觀察到的宇宙學(xué)常數(shù)Λ的取值與量子理論下推導(dǎo)出的宇宙學(xué)常數(shù)的取值在量級(jí)上存在著巨大的差異，也就是說(shuō)現(xiàn)存的理論無(wú)法對(duì)Λ取值如此微小提供解釋。為了弄清觀測(cè)所得的總的宇宙學(xué)常數(shù)的消失或者說(shuō)如此微小的問(wèn)題，理論物理學(xué)家?jiàn)^斗了多年，令人遺憾的是并沒(méi)有能夠得到什么滿意的答案。即便是完全新的描述世界的理論——超弦理論中，得到的宇宙學(xué)常數(shù)也一般是比較大的，而這種情況下空間會(huì)卷曲得很厲害，這與我們熟悉和生活的三維歐幾里德幾何空間是不一樣的([18]，頁(yè)180—181)。這就是所謂的宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題。宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題在1980年代末因?yàn)橐肴藫裨韽亩l(fā)很大規(guī)模的對(duì)于問(wèn)題本身以及人擇原理的思考和爭(zhēng)論。

宇宙學(xué)常數(shù)是愛(ài)因斯坦(Albert Einstein)1917年把他的廣義相對(duì)論運(yùn)用于整個(gè)宇宙時(shí)為了得到靜態(tài)解，從而引入的一個(gè)能在大距離上產(chǎn)生某種斥力的項(xiàng)的常數(shù)。愛(ài)因斯坦希望通過(guò)這一常數(shù)項(xiàng)的添加來(lái)平衡宇宙中的引力作用。如原初的場(chǎng)方程“Rμν-1/2gμνR=8πG/c4Tμν”添加入常數(shù)項(xiàng)“Λgνμ”，變?yōu)椤癛μν-1/2gμνR+Λgμν=8πG/c4Tμν”。關(guān)于宇宙學(xué)常數(shù)Λ的物理意義在之后才有進(jìn)一步的闡述，現(xiàn)在一般把它理解為與真空能密度有關(guān)。宇宙學(xué)常數(shù)是描述宇宙性質(zhì)的一個(gè)非常重要的參數(shù)。在宇宙演化的初始階段，宇宙學(xué)常數(shù)Λ的取值決定了宇宙可否形成類似于我們今天看到的宇宙。比如我們宇宙中Λ的值比現(xiàn)在觀察到的值更大就無(wú)法形成星系、恒星、生命等，因此，這些宇宙中也就沒(méi)有觀察者。

1987年，對(duì)于觀察到的Λ如此微小的取值，溫伯格另辟蹊徑，他指出：“我們當(dāng)前了解到的宇宙膨脹率表明Λ的有效值遠(yuǎn)少于我們?cè)谀壳叭魏我阎嘘P(guān)基本粒子的現(xiàn)實(shí)理論中由量子漲落產(chǎn)生的數(shù)值。在持續(xù)未能找到關(guān)于宇宙學(xué)常數(shù)微小的微觀解釋之后，看來(lái)應(yīng)該去其他理論(方向)尋求解決方式，如‘人擇的’方向。也許宇宙學(xué)常數(shù)必須足夠小才能允許宇宙演化成今天的宇宙(這個(gè)宇宙幾近空而平坦)，否則，沒(méi)有今天的宇宙就不會(huì)有科學(xué)家，也就沒(méi)有科學(xué)家來(lái)?yè)?dān)心這個(gè)問(wèn)題了。”[19]

人擇原理給Λ問(wèn)題的限制條件是假如存在無(wú)數(shù)的宇宙，且這些宇宙中Λ的取值都是不一樣的，那么我們能為自己找到位置的唯一宇宙，應(yīng)該是總的Λ很小的那一個(gè)，因?yàn)橹挥羞@樣生命才可能出現(xiàn)和演化。具體說(shuō)，如果總的Λ很大，而且是負(fù)的，那么宇宙將經(jīng)歷它自己的膨脹和收縮的生命輪回，不會(huì)為我們的生命留下成長(zhǎng)的時(shí)間；相反，如果總的Λ是巨大的正數(shù)，那么宇宙將永遠(yuǎn)膨脹下去，但是Λ產(chǎn)生的排斥力在宇宙初期會(huì)阻止物質(zhì)發(fā)生引力收縮，這樣就沒(méi)有星系和恒星的形成，也就沒(méi)有生命存在的空間。也許真正的弦理論正是我們需要的(如果說(shuō)真有那樣一個(gè)理論)，它會(huì)把Λ限定在一個(gè)適合生命出現(xiàn)的小數(shù)值的相對(duì)狹小的范圍內(nèi)。

溫伯格認(rèn)為研究Λ對(duì)于大引力系統(tǒng)的產(chǎn)生的影響是比較具有可操作性的，因?yàn)椤霸谝粋€(gè)連續(xù)的膨脹宇宙中，Λ(不像電價(jià)、質(zhì)量)只能夠通過(guò)一種方式影響生命的演化”。然而“一旦足夠大的引力界限系統(tǒng)形成，Λ將不再對(duì)它的動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響了，對(duì)于生命的最終演化也如是。特別是，如果宇宙膨脹的遞減指數(shù)時(shí)間比智慧生命演化要求的時(shí)間短，Λ也不會(huì)有任何不同(注意，我在這里并沒(méi)有要求Λ必須具有一個(gè)與天文學(xué)知識(shí)一致的值，但是只有它有一個(gè)與生命的出現(xiàn)一致的值時(shí)，才能量度它)”[19]。換言之，Λ在一個(gè)連續(xù)膨脹的宇宙中，僅對(duì)“大的引力系統(tǒng)”的形成有影響，當(dāng)宇宙的“大的引力系統(tǒng)”形成以后，Λ的取值就與宇宙接下去的演化無(wú)關(guān)聯(lián)了?？傊?，溫伯格通過(guò)人擇原理給出的限制，預(yù)言了真空能密度常數(shù)的一個(gè)人擇上限ρν為550ρ0；而且給出了在什么條件下，人擇原理對(duì)于Λ微小的解釋可能是失效的，反過(guò)來(lái)就是如果我們這些條件都符合的話，人擇原理的解釋就經(jīng)受住了經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)。

溫伯格的上述工作引發(fā)了人們對(duì)于什么是人擇原理的預(yù)言的討論。歷史學(xué)家克勞(Hegel Kragh)在《何時(shí)是人擇預(yù)言：霍伊爾碳-12共振態(tài)》中提出過(guò)如果是人擇的預(yù)言，必須滿足兩個(gè)要求：“關(guān)于自然中的屬性或現(xiàn)象：(1)是因?yàn)橛钪嫔拇嬖诙茖?dǎo)出來(lái)或因?yàn)橛钪嫔拇嬖诙艿絾l(fā)；(2)預(yù)測(cè)時(shí)，這些屬性或現(xiàn)象是未知的?！彼又鴮?xiě)道：“如果第二個(gè)條件不滿足，大量的現(xiàn)象都可以被認(rèn)為是人擇的。”[20]很顯然，按照克勞的要求，溫伯格運(yùn)用人擇原理解決宇宙學(xué)常數(shù)問(wèn)題的過(guò)程顯然不屬于“人擇的預(yù)言”。

而馬里奧·利維奧(Mario Livio)在《人擇的理由》一文中也提及人擇原理是否具有預(yù)言能力的問(wèn)題，他在文中是以溫伯格的宇宙學(xué)常數(shù)的人擇閥值作為例子來(lái)說(shuō)明的，他寫(xiě)道：“有人可能會(huì)問(wèn)，人擇原理是否有預(yù)言的能力，原則上講它有。如推測(cè)宇宙學(xué)常數(shù)是唯一的隨機(jī)變量。正如一些論據(jù)所預(yù)言的，如果宇宙學(xué)常數(shù)源自一個(gè)平直分布，那么在某個(gè)隨機(jī)的多重宇宙成員中它可能具有較高的值。但是，在人擇允許的范圍內(nèi)，宇宙學(xué)常數(shù)存在結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性無(wú)法出現(xiàn)的上限。如果我們的宇宙僅僅是整個(gè)宇宙中的普通一員(就像哥白尼謙遜地要求的那樣)，那么預(yù)計(jì)我們宇宙學(xué)的宇宙學(xué)常數(shù)不會(huì)比這個(gè)上限小很多。如果觀測(cè)顯示宇宙學(xué)常數(shù)比人擇閥值小105倍，那么人擇的任何論據(jù)都會(huì)遭到嚴(yán)重的質(zhì)疑。但是如果正如對(duì)高紅移超新星和宇宙微波背景輻射漲落譜的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)宇宙學(xué)常數(shù)僅比人擇閥值小5—10倍，并不與人擇預(yù)言矛盾?！盵21]利維奧這一段描述顯然是默認(rèn)了溫伯格的工作是一個(gè)人擇預(yù)言，這里利維奧提到另一個(gè)詞叫“預(yù)言能力”，也就是說(shuō)一個(gè)理論有沒(méi)有預(yù)言跟它預(yù)言是不是有效是兩回事，而一個(gè)理論要被人接受似乎必須達(dá)到這兩點(diǎn)：(1)有預(yù)言其他理論沒(méi)有預(yù)言的結(jié)果；(2)預(yù)言結(jié)果是有效的，且越詳細(xì)越好。從這兩點(diǎn)來(lái)說(shuō)，利維奧似乎對(duì)于人擇原理的預(yù)言能力持保留意見(jiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人擇原理與宇宙學(xué)參數(shù)之間的連接其實(shí)就是人與宇宙關(guān)系的體現(xiàn)。而人與宇宙的關(guān)系進(jìn)入嚴(yán)肅的科學(xué)問(wèn)題的探討這本身就是一種新現(xiàn)象。這種新現(xiàn)象導(dǎo)致科學(xué)家對(duì)科學(xué)審美甚至科學(xué)信仰進(jìn)行了重新思考。

首先，人擇原理使現(xiàn)代宇宙學(xué)家對(duì)人的觀察者身份的意義進(jìn)行了重新思考。人不再是自哥白尼時(shí)代以來(lái)宇宙中的塵埃，而是我們自己宇宙的選擇者。宇宙學(xué)參數(shù)的取值不是由某些基本的理論決定的，而是由一些強(qiáng)加給宇宙的限制決定的，這些限制的存在僅僅是因?yàn)槲覀兇嬖诘氖聦?shí)——也即是說(shuō)，只有具有這種宇宙學(xué)參數(shù)的取值才有利于智慧生命的出現(xiàn)。是不是有可能我們宇宙的性質(zhì)是由我們的存在決定的？或者，我們的宇宙對(duì)于我們的生命是“微調(diào)”的？([22]，p237)

其次，人擇原理使現(xiàn)代宇宙學(xué)家對(duì)原來(lái)的信仰和追求重新進(jìn)行了審視。林德和利維奧等都描述過(guò)多數(shù)物理學(xué)家對(duì)科學(xué)目標(biāo)的追求：發(fā)現(xiàn)一組唯一確定的自洽方程組來(lái)確定所有的微觀常數(shù)和大爆炸。無(wú)論如何，沒(méi)有理由認(rèn)為世界的顯示一定要按照這些偏好建立。盡管物理學(xué)家致力于尋找一個(gè)能推導(dǎo)出所有基本數(shù)值和常數(shù)的理論，但是失敗也許是他們的最終結(jié)果。而從人擇原理和多重世界視角，也不失為一種考慮。

當(dāng)然，按照人擇原理的“微調(diào)”理解，很多科學(xué)家因此生發(fā)出不滿，因?yàn)檫@種“微調(diào)”很容易就被理解為一向被科學(xué)家在科學(xué)研究中所排斥的目的論[1]。而人擇原理的“宇宙集合論假說(shuō)”解釋效力自林德1982年提出“紊亂暴漲宇宙模型”，且在里面把人擇原理同多重宇宙結(jié)合起來(lái)以后，就遭到了很多科學(xué)家的反駁。人們反對(duì)多重宇宙從而反對(duì)人擇原理的理由是，人擇原理似乎指向了物理學(xué)的極限——甚至是“物理學(xué)的終點(diǎn)”。但是，也有科學(xué)家認(rèn)為這一反對(duì)僅僅是心理學(xué)上的。

致 謝感謝我的博士生導(dǎo)師中國(guó)科學(xué)院人文學(xué)院孫小淳教授對(duì)本論文提出許多寶貴意見(jiàn)，并多次對(duì)論文進(jìn)行修改。