第13章 人择原理的争论

应用提供了天然的演练场。

通过上面的推导，现在我们已经得到了宇宙学常数的所有可能取值，那么其中究竟哪一个取值是我们希望观测到的呢？在真空质量密度大于水的密度（1 g/cm3）的区域内，恒星将会在斥引力的作用下被撕裂。事实上，比这小得多的真空密度就足以造成严重的破坏，从而导致宇宙中不存在任何观测者。物理学家史蒂文·温伯格在他的一篇论文中证明了这一点，该论文后来也成为人择原理推导方面的经典之作。

图13.3 物理学家史蒂文·温伯格（弗兰克·柯里摄，半影工作室）

随着宇宙膨胀，宇宙中的物质被稀释，其密度也相应变小，并且不可避免地会在某个时间点降到真空密度以下。温伯格指出，一旦发生这种情况，物质会在真空斥引力的作用下继续稀释，再也不可能聚集形成星系。宇宙学常数越大，真空就会越早占据主导位置。对于一个由真空主导的区域来说，如果在此之前其中没有形成星系的话，那么以后也不会再有机会产生星系了，更不会产生任何宇宙学家来担心宇宙学常数的问题了。

如果宇宙学常数是负数，则会产生更具破坏性的影响。在这种情况下，真空引力是相互吸引的，因此由真空所主导的区域会迅速收缩并最终坍缩。而人择原理要求坍缩必须发生在星系形成并演化出观测者之后。

根据温伯格的分析，允许星系形成的最大真空质量密度约为每立方米几百个氢原子质量，仅有水密度的1027分之一。与粒子物理学家们计算出的每立方厘米10100吨的结果相比，这可谓是一个巨大的进步。

如果确实是人择原理造成了如此小的宇宙学常数，那么哪怕再小，这个常数也不会严格等于零，而它似乎也没有理由要远小于由人择原理所推导出的取值。早在20世纪80年代末，观测精度就已经足以探测这一量级的数值了，温伯格也预测很快就能通过天文观测来确定宇宙学常数。事实上，大概又过了十年，宇宙学常数的线索才第一次出现在超新星的观测数据中。

质量的数值取决于用来度量物体的单位（例如克、盎司、原子单位等），但是两个质量的比值，比如文中提到的1 836，则与单位的选择无关。

请参见Craig J. Hogan, “Quarks, electrons and atoms in closely related universes”, in Universe or Multiverse, ed. By B.J. Carr (Cambridge University Press, Cambridge, 2006)。

其中某些常数的数值，尤其是用以表征中微子性质的那些常数，目前还是未知之数。

衰变过程中还会发射出一个反中微子。

从更加基本的层面上考虑，质子和中子都是由夸克组成的。因此，更恰当的做法是将夸克质量视为基本的自然常数，而质子与中子的质量均为其衍生量。然而，这并没有改变上述的结论。夸克质量仅仅发生百分之几的改变，就足以将我们现在的世界变成“中子世界”或者“氢世界”。

值得一提的是，即使引力相互作用力强度增加一百万倍，电磁相互作用力强度仍然是它的1034倍。

更多关于自然常数精细调节的例子请参见如下论文与书籍：Bernard J. Carr and Martin J. Rees in Nature, vol. 278, p. 605 (1979), The Accidental Universe (Cambridge University Press, Cambridge, 1982) by Paul C.W. Davies, The Anthropic Cosmological Principle (Oxford University Press, Oxford, 1986) by John D. Barrow and Frank J. Tipler, and Universes (Routledge, London, 1989) by John Leslie。较通俗的可参见马丁·里斯的Before the Beginning: Our Universe and Others (Addison-Wesley, Reading, 1997)及Just Six Numbers (Basic Books, New York, 2001)。

现就职于法国国家科学研究中心默东天文台。

请参见B. Carter , “Large number coincidences and the anthropic principle in cosmology”, in Confrontation of Cosmological Theories with Observational Data, ed. By M.S. Longair (Reidel, Boston, 1974, p. 132)。

哲学家通常把宇宙定义为“存在的一切”。如此一来，当然就不可能再有其