幸運的宇宙，幸運的我們

宇宙就像巴赫的賦格曲一樣美麗優雅，時間的節拍器賦予宇宙法則一定的數學精度。這些物理學方程都剛好達到平衡狀態，方程中的自然常數的值是經過微調的，這樣才能讓人類有機會研究這個不同尋常的宇宙。假設稍微改變一下這些常量的值，宇宙瞬間就不再有原子存在，也無法形成行星了。看來，我們能生活在這個宇宙中真是太幸運了。

——布萊恩·施密特

無論你是不是科學家，都不影響你欣賞美麗的夜空，但宇宙遠不只是美麗那麼簡單。科學家的目標就是揭示大自然內部的工作機制，以及影響宇宙各個部分的運動及相互作用方式的法則和性質。

科學經過幾個世紀的發展，已經解決了很多有關宇宙基本力和基本構成的問題，但它現在正面臨著一個看似簡單的問題，而這個問題的答案可能會完全顛覆我們對於物質世界的看法。這個問題就是：「為什麼我們會存在？」 換句話說，為什麼宇宙剛好適合有智慧的複雜生命產生呢？

或許你會想：我們的宇宙（或者至少是我們所在的這一部分）當然是適合人類生存的……我們就住在這裡，不是嗎？

但是，當你仔細思考這個問題的時候，就會發現我們的存在依賴於一些非常奇怪的巧合。它要求非常特定的物理定理。例如，它要求引力的運作方式正好能夠使恆星誕生，並使行星圍繞著它們旋轉；它要求核物理髮生作用，因此恆星才能夠燃燒；它要求電磁學和量子力學的法則必須就是現在的樣子，這樣才能產生原子、分子以及我們。

這聽起來似乎有一點奇怪，難道我們不可以稍微改變一點點物理定律，而使宇宙看起來和現在的差不多？就像......烘焙蛋糕那樣？

把黃油、糖和香草香精打發至蓬鬆狀。加入雞蛋，攪拌均勻。添加麵粉和牛奶，每次加一半。把混合物鋪在準備好的烤盤裡。在 180 攝氏度的溫度下烘烤 1個小時，直到變成漂亮的褐色。| 圖片來源：《幸運的宇宙》

在烘焙蛋糕前，你首先需要拿出一本你最喜歡的烹飪書，找到告訴你如何把原料變成美味蛋糕的一系列說明。接下來，你按照順序添加原料，把它們攪拌均勻。然後放進烤箱烤一個小時，最後拿出來冷卻。你知道，儘管食譜上說加 56 克麵粉，但稍多一點兒或者稍少一點兒都不會影響蛋糕的品質。

然而，如果你加了 112 克麵粉，而其他所有原料的量保持不變，你烤出來的就可能是一個失敗的作品。加入過多的鹽也會毀掉蛋糕的口感。當然，你可以把所有原料都加倍，烤的時間稍長一點兒，就能烤出兩倍大的蛋糕！

所以，蛋糕食譜多多少少是經過微調的。你可以略微調整每一種原料的用量，最終也能烤出美味的蛋糕。你也可以按比例增加或者減少所有原料的用量，只要適當調整烹飪時間，就不會有什麼問題。但是，如果偏差過大，你做的蛋糕可能就沒辦法吃。當然如果你不按順序烘焙，那麼你做出來的蛋糕也很有可能沒辦法吃。

那麼，宇宙也是這樣嗎？顯然不是，如果支配宇宙的那些參數或物理定律哪怕發生小小的改變，也會產生意想不到的結果！這樣的例子有很多，下面我只簡單的描述其中一個。

這個例子跟質子和中子的質量有關。中子比質子只重那麼一點點，準確的說是0.1%。現在，假設我們稍微改變質子的重量，使它比中子更重，那麼會發生什麼呢？如果按照烘焙蛋糕的思路，或許你會認為這麼一丁點地改變應該無傷大雅，宇宙看起來應該跟現在差不多。

但事實上，即使是這微小的改變，也會導致驚人的結果。

中子（綠色）的質量比質子（粉色）稍微大一點點。| 圖片來源：Fermilab

要理解改變的後果，我們得先知道三件簡單的事實：

當宇宙還很年輕的時候，只有氫原子核和氦原子核遍布整個宇宙。氫原子包含了一個質子，氦原子則包含了兩個質子和兩個中子。它們在宇宙大爆炸後的3分鐘內被創造出來。

雖然原子核在3分鐘內產生，但要形成原子卻需要更久的時間，這大約發生在宇宙誕生的38萬年後。裸露的質子最終會成為氫原子，並存在非常久的時間。

一個孤立的中子會在大約15分鐘內衰變成質子和其它粒子，但質子的壽命卻似乎是無限長的。之所以是中子衰變成質子，而不是反過程，是因為中子比質子重。

在宇宙誕生的38萬年後，氫（H）原子核和氦（He）原子核最終會形成原子。| 圖片來源：Fermilab

而如果我們把質子和中子的質量互換會發生什麼？

質子就會在約15分鐘衰變成中子和其它粒子。因此，本來預期在宇宙誕生的38萬年後質子會和電子結合成氫氣，結果是質子全部衰變了。也就是說，不會有氫原子的產生。

中子（n）會衰變成質子（p）和其它粒子。| 圖片來源：Fermilab

其結果是，引力仍然會吸引中子將它們聚在一起，但恆星再也不會像現在我們看到的那樣燃燒。沒有氫，化學也肯定會非常不同。只是簡單的將質子和中子的質量對調，整個宇宙就會截然不同。當然，地球上豐富多彩的生命形式都將不復存在。

這僅僅是一個例子顯示了微小的改變就可以導致巨大的變化。

這便是當下十分流行的「宇宙微調論」，也就是說，那些已知的物理參數，如果它們的值不是精確地是它們現在這個值，那我們就不會存在。

於是，我們遇到了一個難題。在充滿無限可能的海洋中，為什麼我們的宇宙生來就有適合生命起源的條件呢？在《幸運的宇宙》這本書，你將找到這個問題的答案。

《幸運的宇宙》：作者帶領著我們展開一段長達 138 億年的宇宙探索之旅。在旅途中， 我們會乘坐著「時空穿梭機」去參觀不同的宇宙，去發現大爆炸、暴脹、粒子、恆星、 行星、星系、氣體雲、黑洞、生命產生的奧秘，去探尋愛因斯坦夢寐以求的自然終極規 律。| 圖片來源：中信出版社

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