“我们的存在”与“宇宙的存在”
有人可能会感到希奇 ， “我们的存在”与“宇宙的存在” ， 这是对我们每个人来说是简朴明白、不争的事实 。 简朴明白的事实往往并不代表其含义就是简朴与明白；不争的事实后面的涵义可以是相称的广泛、深奥、与极具争议的 。 几千年来 ， 人类一直在思索“我们的存在”与“宇宙的存在”的涵义 。
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几千年来 ， 从以思惟为基础解释现实的哲学家、到以实验为基础探索宏观与微观现象的物理学家 ， 已经认知到 ， 我们宇宙的某些方面对于每个人来说是客观真实的 ， 而还有宇宙的其它方面则取决于观察者的行为和属性 。
与实验和观察相结合的科学 ， 发现了控制我们宇宙的很多物理基本定律和实体 ， 同时也还存在有很多未知的事物 。 笛卡尔推理道：“我思 ， 故我在” ， 即我们存在的事实是因为我们有思维 ， 我们的思维天然对宇宙是如何的 ， 产生不可避免的物理后果 ， 我们存在的简朴事实 ， 可以使我们了解宇宙存在的复杂本质 。
宇宙有一套操控的规则 ， 我们至少能够对其中一些规则有所了解 。 我们了解引力在连续的非量子标准上是如何工作的：通过物质和能量弯曲时空 ， 以及通过弯曲的时空来指示物质和能量如何通过它移动；我们知道存在许多基本粒子 ， 以及它们如何通过三种基本力相互作用；我们知道我们的存在是由这些基本粒子组成 ， 并遵循相同的自然规律等 。
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基于这些事实 ， 闻名理论物理学家布兰登·卡特（BrandonCarter）提出 ， 存在两个看起来必需准确的陈述：
1.我们在宇宙中的这里和现在都以观察者的身份存在 ， 因此宇宙与我们在这个特定时空位置的存在是相容的；2.我们的宇宙必需以某种方式存在 ， 以使像我们这样的观察者可以在某个时空存在于其中 。
上述两种说法分别称为弱人择原理和强人择原理 ， 它们可以使我们对宇宙的存在得出难以置信的强盛结论与约束 。 简朴地来讲 ， 人择原理解释说：“我们所认知到的宇宙之所以是这样 ， 乃是由于我们的存在 。 ”
我们所认知的事实是：宇宙具有控制它的参数、常数和定律等 ， 我们存在于这个宇宙中 。 因此 ， 我们所认知的 ， 决定了宇宙如何运作的所有事物的总和 ， 必需答应像我们这样的生物存在其中 。
这好像是一组简朴明白的事实：假如宇宙在物理上不可能存在像我们这样的生物 ， 那么我们将永远不会存在；假如宇宙具有与任何形式的智能生命都不相容的特性 ， 那么像我们这样的观察者就不可能存在 。
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我们在这里 ， 我们存在 ， 我们的宇宙确实具有这样的属性 ， 即智能观察者已在其中 。 我们在这里积极参与观察宇宙 ， 宇宙以这样一种方式与我们的存在联系起来 ， 这是人择原理的基本原则 。
这好像不至于引起争议 。 至少从表面上看 ， 看起来简朴与明白 。 但是 ， 假如研究宇宙多年来向我们所提出的各种物理困难 ， 就会意识到 ， 对于科学而言 ， 这个认知会是多么强盛 ， 下面举两个详细范例 。
1.碳原子的产生
从科学角度上讲 ， 我们是由原子所组成的观察者 ， 而且其中很多原子是碳原子 。 因此 ， 宇宙一定以某种方式创造了碳 。 诸如氢、氦及其各种同位素之类的轻元素是在大爆炸初期形成的 ， 较重的元素是由各种类型的恒星在其演化过程中形成的 。
为形成较重元素 ， 必需存在形成碳的某种方法 。 碳是元素周期表中的第6种元素 ， 以其最常见的形式是在其原子核中具有6个质子和6个中子 。 假如它是由恒星形成的 ， 那么必需存在有某种方法可以由恒星中已经存在的其他元素形成它 ， 例如氢和氦 。 不幸的是 ， 科学家们还没有把这个数字计算出来 。
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我们知道碳12的质量 ， 知道恒星中如斯丰硕的氦核和氢核的质量 。 最简朴的形成碳的方法是获取三个独立的氦-4原子核 ， 将其核聚变在一起 。 氦-4的原子核中有两个质子和两个中子 ， 因此很难想象将它们三个聚变在一起会得到碳12 ， 从而产生我们宇宙所需的碳 。
三个氦原子核相结合的质量太大 ， 无法有效产生碳12 。 当两个氦-4核聚变在一起时 ， 会在约10^-16秒里天生铍-8 ， 然后衰变回两个氦核 。 假如温度足够高 ， 偶然会有第三个氦-4原子核 ， 但产生碳12的能量全都会错 ， 能量太多 。 这种反应不能为我们提供宇宙所需的足够碳 。
闻名天体物理学家弗雷德·霍伊尔（FredHoyle）在人择原理基础上 ， 意识到宇宙需要一种从氦气中制造碳的途径 。 他提出 ， 假如碳12原子核处于激发态 ， 则在更高的能量下更接近于三个氦-4原子核的剩余质量的总和 ， 该反应就会发生 。
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五年后 ， 核物理学家、1983年贝尔物理学奖获得者、威廉·福勒（WillieFowler）发现了这个被称为霍伊尔状态的核状态 ， 正如霍伊尔所预言的那样 ， 他发现了形成碳的氦-3过程 ， 是三重氦原子核（α粒子）转换成碳原子核的过程 。
【“我们的存在”与“宇宙的存在”】2.宇宙真空能量是什么样的
人择原理的另一次成功应用是理解宇宙真空能量是什么样的困难 。 在量子场论中 ， 可以计空缺的空间的能量：被称为空间的零点能量 。 假如去除掉一个空间区域中的所有粒子和外部场 ， 即无质量、无电荷、没有光、无辐射、无引力波、无时空弯曲等 ， 则留下空缺的空间 。
但是 ， 这个空缺空间仍将包含物理定律 ， 即意味着仍将包含遍及整个宇宙的波动的量子场 。 假如尝试计算该空缺空间的能量密度 ， 得到了一个荒谬的值 ， 这个值相称地大 。 显然 ， 从该计算中得出的谜底是错误的 。
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那么什么是准确的值呢？仍旧不知道如何计算 ， 但闻名物理学家、1979年诺贝尔物理学奖获得者、史蒂文·温伯格（StephenWeinberg） ， 巧妙地使用了人择原理 ， 计算了人类可能达到的上限 。 即使宇宙中所有物质和辐射都没有 ， 空缺空间的能量决定了宇宙膨胀或收缩的速度 。 假如膨胀或收缩速率太高 ， 将永远无法在宇宙中形成生命、行星、恒星、甚至分子和原子等 。
宇宙中存在有星系、恒星、行星甚至是人类的事实 ， 可以对宇宙中可能存在的真空能量设置不凡的限制 。 温伯格的计算表明 ， 它必需至少比量子场论计算获得的值小118个数量级 ， 即10^118倍 。
1998年 ， 科学家第一次丈量了这个数字：它比原来量子真空的猜测小120个数量级（10^120倍） ， 即在没有必要工具来执行获得谜底所需的计算 ， 人择原理使我们非常接近这个数字 。
人择原理新的定义
就在几天前 ， 闻名宇宙学家、理论物理学家、数学家、约翰·巴罗（JohnBarrow）去世 。 他与闻名数学物理学家、宇宙学家、法兰克·迪普勒（FrankTipler）合著了一本名著：《人择宇宙原理》 。 在书中 ， 他们将人择原理重新定义为以下两个陈述：
1.所有物理和宇宙学量的观测值并非均等 ， 它们的取值受以下前提的限制：必需存在可以进化碳基生命的场所 ， 以及宇宙必需足够大以使其能够生存；2.宇宙必需具有那些使生命在历史的某个阶段得以发展的特性 。
从表面上看这两个陈述好像等效 ， 但它们加起来大不相同 。 人择原理最初所提出的是：“宇宙之所以是这样 ， 乃是由于我们的存在”；而现在是：“宇宙必需答应基于碳的聪明生命 ， 并且假设宇宙中必需答应生命存在发展 。 ”
这种极具影响力但又极易引起争议的人择原理的重新认知 ， 从宇宙之所以这样存在是因为我们存在 ， 到必需答应智慧的观察者存在宇宙才存在 。 这听起来像是信奉的巨大奔腾 ， 在书中 ， 巴罗和迪普勒对人择原理提供了以下新的进一步的诠释：
宇宙的存在是为了产生和维持观察者而设计的；观察者是使宇宙存在的必要条件；具有不同基本定律和常数的宇宙集合是我们宇宙存在的必要条件 。
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我们确实存在 ， 宇宙及其自然规律也存在 ， 并且由于我们存在的事实 ， 宇宙的某些特大未知奥秘也在公道地受到被认知的限制 。 从这个意义上讲 ， 人择原理是具有科学价值的 。
我们存在的简朴事实 ， 引导我们认知宇宙的存在 ， 认知譬如宇宙规律的某些参数实际上必需是如何存在的 ， 但条件至少是：从原则上讲 ， 需要坚持在科学上是可丈量的 。
#科学#
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