什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

人择宇宙学原理,简而言之,即谓正是人类的存在,才能解释我们这个宇宙的种种特性,包括各个基本自然常数。因为宇宙若不是这个样子,就不会有我们这样的智慧生命来谈论它。

当我们观察宇宙时,很难想象所有的行星、恒星、星系,以及我们地球上的生命都是偶然产生的。在我们能观测到的尺度上,宇宙所有的区域都遵循着同样的规律:有着同样的基本常数、有着同样的粒子、有着同样的相互作用方式,这必然会导致所有的粒子以同样的方式结合在一起,而这种方式不仅有助于形成我们所知道的一切,而且也导致了目前所有一切的存在似乎是不可避免的。

我们宇宙今天的样子看起来非常的精细、和谐,这是既定的事实,但宇宙真的必须是今天所看到的样子吗?下面我们就说下,人择宇宙学原理这个带有强烈主观意识的理论是否科学,又能为我们带来什么?

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

人择原理可以作为科学的指路明灯

一说到宇宙我们能想到的第一件事就是:宇宙中充满了物质。这本身就是一件非常奇妙的事情,因为宇宙根本不需要这样,它也可以什么都没有。

我们的自然法则,即控制宇宙中每个粒子相互作用的物理法则,似乎在任何地方都是一样的。我们知道四种基本力是如何影响宇宙中所有已知的粒子,并且我们有了一个理论框架(标准模型)来理解宇宙是如何演变成今天我们所看到的样子。

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

虽然知道物理定律,知道所有不同的粒子是如何相互作用的,并不能回答我们关于“存在”的所有问题。但是,物理定律也可以告诉我们很多东西:例如通过理论,我们可以知道一个物理系统是如何运行的,给定一个物理系统的初始条件,了解控制所有粒子的定律,在物理可预测的极限上我们可以知道未来会发生什么。这就是科学所具有的预测性。

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

时空会膨胀或收缩,也会根据所包含的物质和能量发生弯曲。根据粒子相互作用的条件,它们相互吸引、排斥或结合在一起。有些系统非常稳定;但有些系统经过足够长的时间就会发生衰变。科学可以告诉我们宇宙中的事情是如何发生的,以及在未来如何发展。

但有时科学也会面临死胡同,有些理论总是隐藏在黑暗的背后,我们如何去找到它?如果我们想要推进我们对宇宙的认识和理解,我们就需要一些指导、需要一个指路明灯。如果我们有一个指导原则它会告诉我们应该去寻求什么,那么在解决科学问题上就会得到很大的帮助。

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

例如,我们早就知道宇宙中有各种各样的元素,或者是原子核中质子数不同的原子。你的身体里至少有59种不同的元素,但在很长一段时间我们并不知道这些元素是怎么来的。

但有一件事我们可以肯定:我们确实存在,并且可以观察宇宙。

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

这个简单、看起来像是废话的事实实际上很有分量。它告诉我们,我们的宇宙具有这样的性质:它允许一个智慧的观察者在其中进化。

这和宇宙具有与智慧生命存在不相容的属性形成了鲜明的对比。没看懂?这其实是一个简单的逻辑:如果我们宇宙的属性禁止智慧生命的形成,那么我们人类就不会存在,也没有人来观察宇宙。简单的事实是,我们确实存在,并在这里观察宇宙,而宇宙也以一种特定的方式允许我们的存在。这就是所谓的人择原理的精髓所在。

人择原理其实可以教会我们很多东西。

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

如果我们的宇宙充满了重元素,那么肯定有什么方法可以合成它们!到20世纪50年代初,人们普遍认为,恒星是由核聚变提供能量的,而我们的太阳在很长一段时间内将氢聚变成氦。但这是宇宙中最轻的两种元素!我们不能把质量为1的氢和质量为4的氦结合在一起形成更重的元素,因为没有质量为5的稳定原子核,也不能把两个氦结合在一起,因为于两个氦质量几乎相同的铍-8是不稳定的,它会在10^-16秒的时间尺度上衰变回两个氦。

但在1952年,弗雷德·霍伊尔用人择原理推断,一定有一个过程可以产生较重的元素。他推断一定有办法让第三个氦进入其中与高度不稳定的铍8相互作用,并融合在一起产生碳12。问题是,质量相差特别大!碳-12的质量远低于铍-8和氦-4的总和,因此他做出了一个惊人的预测:肯定存在一个碳-12的激发态,一个核物理学家还没有发现的激发态,它的质量正好相当于三个氦-4原子核的质量。

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

这是一个令人难以置信的大胆预测,它公然挑战了已知的核物理,因为那时,这种碳核的激发态并没有被实验发现。霍伊尔告诉核物理学家威利·福勒他的预测,以及这个状态存在的必要性,这样宇宙就有了碳,也就有了生命。有鉴于此,福勒开始寻找这种激发态的碳核。五年后,理论霍伊尔态和形成霍伊尔态的机制(三阿尔法过程)的发现得到了证实。同年晚些时候,他们两人与杰弗里和玛格丽特·伯比奇一起发表了一篇论文,正确地解释了宇宙中所有重元素的起源:巨型恒星的核心变成超新星,丰富了宇宙的重元素!

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

在这一方面,人择原理帮助我们理解为什么宇宙的属性必须处在一定的范围内,因为只有这样生命才有可能存在,人类才有可能出现,我们就需要这样一个宇宙。

还有,根据人择原理我们甚至还能知道,引力不能比现在强的太多,否则宇宙只会充满黑洞。暗能量(或宇宙常数)不可能超过其观测值的100倍,这样宇宙会因为膨胀速度太快而不能形成任何恒星、行星。宇宙中一定存在一种基本的物质/反物质的不对称性,因为如果没有的话,就不会有足够的“物质”来创造我们所知道的宇宙。

虽然人类性原则有很多变体,但科学一点的表述是:

自然法则必须是这样的,即宇宙可以以一种与所观察到的一致的方式存在。

就人择原理本身而言,它并不是任何问题的科学答案。

什么是人择宇宙学原理?它能否作为科学问题的答案

我们知道宇宙中存在物质/反物质的不对称性,宇宙必须让物质多于反物质才能满足人择约束的条件,但人择原理并不能告诉我们为什么宇宙中存在我们观察到的物质,而不是反物质。

任何类型的科学推理只有在它解决一些我们目前不知道的问题时才有用,我们已经知道我们生活在这个宇宙中,它有我们所观察到的属性。说“宇宙一定是这样,因为我们就在这里”既是一种逻辑谬误,也没有教给我们任何新知识。宇宙可能在一定程度上被调整得很好,但人择原理不会告诉我们宇宙为什么或如何调整的。

因此人择原理不是一个充分的科学理论,它不能告诉我们为什么会发生的答案。但它在一定程度上可以指导我们的科学,但不能作为科学答案去使用。


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