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如果没有人类存在,宇宙还是今天这样子吗?

Cain 发表于 2015-10-25 02:26:01 [ 上一主题] [下一主题]

当然不会。因为宇宙是为人类而定做的。这就是所谓的“人择原理”。因为有了人类,才会有现在的宇宙。这似乎像是一种颠倒因果的狡辩,不过也蕴藏着很深的道理。
宇宙有设计者吗?


走过一块荒地时,倘若你碰到一块石头,你会相信石头一直就在那里;但若你碰到的是一只表,你就会想是有人丢在那里的。为什么仅因为一个是石头,一个是表,你的想法就是两样呢?
表的结构精微复杂,各个部件衔接精确,它不容置疑地显示了人的设计。即使一个从未见过表的人见了表之后,也会相信,这种机械装置是一个有智慧的人为了一定的目的而设计出来的,而石头,则不可能是设计出来的。
其实不然,石头是大自然设计出来的,而大自然,又是宇宙设计出来的。而就其构造和复杂性而言,宇宙本身就像是一只表,只不过比表大得多罢了。
宇宙之井然有序似乎是不言自明的。不管我们把目光投向何方,我们所看到的物质和能量的分布都不是混乱无序的,相反,它们严格地按照从简单到复杂的有序结构安排,从原子到分子,到晶体、生物,再到恒星、星系等等,莫不是井井有条,按部就班。而且,物质系统的行为也不是偶然的、随机的,而是有章法、成系统的。科学家们面对大自然难以捉摸的美和精妙时,常常感到一种敬畏和惊奇。
更令人惊叹的地方还在于,我们这个精妙绝伦的宇宙不能稍有增减,不然的话就没有人类出现了。为了使宇宙中有生命,就需要将许许多多巧合事件联系到一起,但存在这种联系的可能性实际上非常小,而我们的宇宙却令人难以置信地做到了。如果让一只猴子乱弹钢琴,它能弹出一首世界名曲吗?显然,这是不可能的。但是,某一次,它竟然弹出了一首名曲!几乎不可能发生的事竟然变成了事实!宇宙中产生生命就像猴子弹名曲一样不可思议。
宇宙学家们指出,原初宇宙根本就是一团混沌,没有任何秩序可言,我们现在所观察到的各种常见结构——星系、恒星、原子——在大爆炸时都不存在。但从原初的混沌中竟然产生出宇宙现在的有序结构,这到底是如何产生的呢?
这样的问题甚至连科学家也不知道该怎么回答。不过有一种理论很奇怪也很有趣,这就是人择原理。人择原理是说,宇宙之所以是这种样子,是因为宇宙需要人类这个观察者,因此,宇宙从诞生开始就为人类的到来精心准备。

宇宙为人类准备了138亿年
我们人类要能存在,就必须有一颗恒星(比如说太阳)和一颗在适当距离围绕它运动的行星(比如说地球),而行星必须是由合适的化学元素混合物(特别是要有碳、氮、氧和大爆炸遗留下来的原始氢)构成,这些元素在生命过程中起着关键作用。
那么,构成地球和我们身体的元素是从哪里来的呢?大爆炸只产生了氢、氦等很少的几种轻元素,没有碳、没有氧、也没有铁。那时的化学反应非常单调,那些最早的恒星周围肯定也不会有行星。
然而,我们身体中的碳和其他重元素正是在这些最早的恒星内部加工合成的。在我们的太阳形成之前,可能已经有好几代这样的早期恒星完整地经历了它们的生命轮回,它们一遍又一遍地加工着原子,将太古时的氢转变成各种重元素,正是这些重元素成为构建生命的一砖一瓦。早期恒星在命运结束时爆炸,将重元素扩散到空间,形成了可以产生包括太阳在内的后代恒星和行星的尘埃云,这经历了几十亿年的时间。
50 亿年前,我们的太阳系就在这样的尘埃云中形成,其中的碳、氧和铁原子就是这种尘埃云的化石,正是这些原子导致了复杂的化学现象,使太阳系中的某些行星充满活力,也使生命的最终产生成为了可能。原子的化学反应形成了分子,分子形成细胞,进而形成一个细菌、一只昆虫,最后,智慧的人类诞生了!
这是一段漫长的岁月。这一切并非出于偶然:当智慧生命作为宇宙观察者出现时,宇宙必须足够古老,使某些恒星已经完成它们的演化,以产生像氧和碳那样的元素,然后由这些元素构成生命。
宇宙演化中如此巨大的时间跨度同时也提出了另一个问题:“我们的宇宙为何如此之大?”初看之下,宇宙之大似乎意味着我们在其中是何等微不足道,但广阔的宇宙其实正是我们存在所必需的!宇宙中那茫茫的空间并非多余的累赘,它是我们登场亮相之前一系列事件漫长发展的结果,是为我们的到来而准备的。
恰到好处的引力
如果我们正准备对另一个行星上的智慧生命发表演说,那自然应该从引力开始。引力使行星保持在自己的轨道上,也使恒星聚集成一团,如果没有引力的作用,恒星内部的热力将使星内物质分崩离析,恒星将会像千百万亿颗氢弹那样轰然起爆。在更大的尺度上,全部星系也是由引力支配。没有什么物质、也没有什么粒子能逃过它的掌握,甚至连光也是如此。引力控制着宇宙的膨胀,也许还控制着它的最后命运。
引力至今仍深藏奥秘,大自然中没有哪种基本力比它更令人困惑。引力弱得令人吃惊,地球的万有引力把一根羽毛吸引到地面上,可你只要轻轻一吹,它就会被吹离地面。那么,引力又何以会有如此的支配力,不仅将我们钉在地面,而且将月亮和行星高擎在各自的轨道上?这是因为,质量越大,引力越大,你可以将一根羽毛吹离地面,但你绝不可能将一个人吹离地面。因此,引力主要在宏观物体间起作用,它的作用范围遍及整个宇宙。
引力决定着宇宙中的秩序。如果地球引力太弱,空气就不能环绕地球,行星也不能围着太阳转,宇宙就不可能像现在这样井然有序。如果地球的引力太强,即便是一只昆虫也要靠粗壮的腿来支撑自己,实际上也没有动物能长得比昆虫更高大,任何像人类这样块头的东西都会被引力压跨。
在一个强引力的宇宙中,星系的形成速度将快得多,星系本身的尺度也会很小。星体不再是广泛分布,而是稠密地聚集在一起,使得彼此间频繁地相遇碰撞,导致稳定的行星系统难以形成,生命找不到立足之地。而且,恒星的寿命也很短促,一颗恒星只能存活1 万年,而不是100 亿年。分子的复杂化学反应根本不能从容展开,恒星将在我们这样复杂的生命形态尚未来得及进化成功时就燃烧尽了。
我们很幸运,引力让我们有机会一步步进化,也让我们既不至于脱离地面,也不至于被压跨。


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起落炎凉终如是  不若倚风笑斜阳

Cain 发表于 2015-10-25 02:26:51

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沙发

三维空间与一维时间
我们的空间是三维的,其中有点(零维)、线(一维)、面(二维)和体(三)。但是这个系列到此就中断了,尽管在数学上我们可以想象一种维数更多的空间。“三”这个数字究竟有何特殊之处呢?
从古希腊时代开始,几何学家们就已经注意到不同维度的有趣性质。例如,在两维中,我们可以画出有任意多条边的正多边形(如等边三角形、正方形、正五边形、正六边形等等)。但是在三维之中,却只存在五种正多面体,在四维中,存在六种这样的多面体。而在更高的维度中,则只存在三种。
三维世界的一个结果是,其中引力和电磁力都遵从平方反比定律,例如,你离地心的距离加倍,你的重量将减到四分之一。而一个四维世界的力则遵循立方反比定律,在那样的世界里,如果你离地心距离加倍,你的重量会减到只有八分之一。
正像牛顿认识到的那样,行星的轨道是通过引力与其运动的向心力之间的平衡来维持的。根据引力平方反比定律,当一颗行星发生轻微变化时,对其轨道仅有微小的扰动。从这个意义上来讲,我们太阳系中行星的轨道都是稳定的。但是,如果引力遵从的是立方(甚至更大的)反比定律,那么,这种平衡就会丧失。结果,行星轨道运动的速度如果变慢(哪怕变化幅度很小),行星就会以更快的速度跌入太阳,因为立方反比的力在靠近太阳的过程中增强得过于迅猛。相反,行星轨道运动的速度如果稍微加快,那行星就会很快向外飞旋,落入黑暗之中。
因此,空间维数多于三确实存在问题。那么我们能够在一个少于三维的世界里生活吗?这里最好的论证非常简单:“扁平国度”(或者任何二维的面)都会对复杂结构存在一种内在的限制。在这里,不可能存在任何一个线路不互相交叉的复杂网络,也没有一个体内有管道(例如消化道)穿过而没有被一分为二的生物。在一个一维的“线性国度”里,条件会更加严酷。
当然,时间是我们感受到的第四维。在我们的宇宙中,“时间的箭头”总是从过去指向未来。如果将一部关于日常时间的影片倒过来放映,那就会显得非常怪异,事件的原因和结果将被颠倒:打碎了的杯子会复原,死了的人会复活⋯⋯
但人类的存在正是取决于这种不可逆转的效应。否则,粒子永无休止地在原始火球中循环碰撞,宇宙永远不会膨胀,也不会变冷。那样,就根本不会有恒星的生成,更不会有任何复杂的化学过程,生命也就不可能出现。
为什么会有这一切?
早在上世纪50 年代,就有科学家指出:“宇宙的大小不是随意的,而是由生物因素制约的。”这就是“人择原理”的最初来源。但这个论点似乎过于荒谬,并没有引起太多的关注。
宇宙学家对人择原理的兴趣,一直要等到1974 年,英国学者布兰登·卡特提出需要区分“弱人择原理”和“强人择原理”之后,才真正高涨起来。
弱人择原理认为,在某种意义上,宇宙对其如何从大爆炸中浮现出来做了“选择”。它在大爆炸伊始,就选择了适当的引力强度、膨胀速率、核力大小、暗物质密度,等等,等等。正是因为有了这样的选择,恒星才有足够长的时间产生我们身体里的重元素,原子在生命有机会孕育之前不至衰变得太快,我们今天才能作为观察者在这儿诘问“宇宙为何是这样子?”
换言之,我们存在于宇宙中并问有关宇宙的这些问题,这个事实意味着,宇宙的很多数值已经被施加了大量的严格限制条件,使宇宙只能是今天这个样子。
强人择原理则更进一步认为,宇宙对如何从大爆炸中浮现出来根本就是无法选择的,在某种意义上是为人类“定做的”。这就是说,宇宙必须具备这样的性质——允许生命在其某个历史阶段中成长,除此之外,它别无选择。因此,当我们观察宇宙,确认众多物理事件和天文事件早已在共同发挥对我们有益的作用时,它在某种意义上几乎像是已经知道我们将要来到这个宇宙。

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