六個數(shù)

數(shù)學(xué)定律是宇宙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，不僅對原子而言，對人類、恒星以及星系而言也是如此。原子的性質(zhì)，即它們的大小、質(zhì)量、種類以及將它們連接在一起的力，決定了現(xiàn)實世界的化學(xué)組成。原子的存在又取決于其內(nèi)部的粒子和作用力。天文學(xué)家研究的對象——行星、恒星和星系，都受到引力的控制。這一切都發(fā)生在一個不斷膨脹的宇宙中，在“大爆炸”發(fā)生之時，宇宙的特性就已經(jīng)印在了它自身的空間里。

科學(xué)的發(fā)展過程就是辨別自然界的模式和規(guī)律的過程，在這個過程中，越來越多的現(xiàn)象能夠被歸入普遍性和規(guī)律中。理論物理學(xué)家旨在將物理定律的本質(zhì)納入一組統(tǒng)一的方程或幾個數(shù)字中。雖然這方面的工作還有很長的路要走，但現(xiàn)在已然成果顯著。本書介紹了關(guān)于宇宙的六個數(shù)，這些數(shù)字特別重要，作用很大。其中兩個與基本的自然力有關(guān)；兩個確定了宇宙的大小和整體結(jié)構(gòu)，并決定著它是否會永遠(yuǎn)存在下去；剩下的兩個則確定了空間本身的屬性。

●　第一個數(shù)字是N，宇宙之所以如此浩瀚，就是因為自然界中存在著這個至關(guān)重要的巨大數(shù)字，它的值等于1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000（10³⁶）。這個數(shù)字是用將原子結(jié)合在一起的靜電力除以原子之間的引力得到的商。如果N后面少幾個零，那么只能產(chǎn)生一個壽命短暫的微型宇宙，其中的生物不會長得比昆蟲大，也沒有足夠的時間來進(jìn)化。

●　第二個數(shù)字是ε，其值為0.007。ε決定了原子核結(jié)合的牢固程度以及地球上所有原子的構(gòu)成方式。它的值控制著來自太陽的能量，而且還更精確地控制著恒星將氫轉(zhuǎn)化為元素周期表中的所有元素的方式。正是發(fā)生在恒星內(nèi)部的種種反應(yīng)使得碳和氧比比皆是，而金和鈾則較為罕見。如果ε為0.006或0.008，就不會有生命存在。

●　第三個數(shù)字是宇宙常數(shù)Ω，它表示宇宙中的物質(zhì)，包括星系、彌散氣體和暗物質(zhì)的數(shù)量。Ω可以告訴我們宇宙中引力和膨脹能量之間的關(guān)系。如果兩者之間的比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于特定的“臨界值”，那么宇宙早就分崩離析了；如果比值太低，就不會形成星系或者恒星。宇宙的起始膨脹速度似乎經(jīng)過了精密的調(diào)諧。

●　第四個數(shù)字是λ，它測量的是1998年最大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)：一種從未預(yù)料到的新作用力——宇宙的“反引力”。“反引力”控制著宇宙的膨脹，在小于10億光年的尺度上，我們很難分辨出它的影響。當(dāng)宇宙變得越來越暗、越來越空時，λ注定將取代引力和其他力，占據(jù)統(tǒng)治地位。幸運的是，λ非常小（理論物理學(xué)家對此感到非常驚訝）。否則，它的作用力將會阻止星系和恒星的形成，宇宙的演化甚至在未開始之前就會被遏制。

●　第五個數(shù)字是常數(shù)Q。所有宇宙結(jié)構(gòu)（恒星、星系和星系團(tuán)）的種子都鑄成于“大爆炸”之中。宇宙的結(jié)構(gòu)取決于常數(shù)Q，它表示兩種基本能量的比值，大小約為1/100 000。如果Q比這個值小很多，宇宙將變得死寂而無序；如果Q比這個值大很多，宇宙將變得暴力肆虐，由一些巨大的黑洞主宰，恒星或者太陽系根本無法存在。

●　第六個關(guān)鍵數(shù)字的存在于多個世紀(jì)前已經(jīng)被證明了，現(xiàn)在我們正用一種新的視角研究它。它就是當(dāng)前可見宇宙的空間維數(shù)D，其值為3。如果D為2或者4，生命將不復(fù)存在。時間雖然是第四維，但與其他維度截然不同，因為它有一個與生俱來的方向：只能“邁向”未來。在黑洞附近，空間極度扭曲，以至于光線沿著圓圈傳播，時間也停滯不前。此外，在接近“大爆炸”的時間和微觀尺度上，空間將在10維向度上顯現(xiàn)出其終極的基本結(jié)構(gòu)：被稱為“超弦”⁽¹⁾的物質(zhì)的振動與和諧。

這些數(shù)字之間可能存在某些聯(lián)系。目前，我們還無法從其中一個數(shù)字的值中推導(dǎo)出另一個數(shù)字的值。我們也不知道是否存在一個包羅萬象的理論可以推導(dǎo)出一個公式，將這六個數(shù)聯(lián)系起來，或者能使它們被唯一確定。我之所以強調(diào)這六個數(shù)，是因為每一個數(shù)字都在宇宙中起著至關(guān)重要又各不相同的作用，它們共同決定了宇宙的演化方向及其內(nèi)部潛在的一切。此外，其中的三個數(shù)字，也就是與大尺度宇宙有關(guān)的三個數(shù)字，現(xiàn)在還可以以任意精度對其進(jìn)行測量。

這六個數(shù)組成了構(gòu)造宇宙的“秘方”，而且它們的值對所構(gòu)造出的宇宙具有特別精確的影響：如果其中任何一個數(shù)字的值“失調(diào)”，就不會形成恒星，也就不會有生命出現(xiàn)。這種調(diào)諧究竟是一種殘酷的現(xiàn)實，還是只是一種巧合，或者出自一位仁慈的造物主的旨意？我認(rèn)為都不是。在這些數(shù)字有著不同賦值和組合的地方，很可能存在無限多個其他宇宙，其中大多數(shù)要么夭折，要么是不毛之地。只有在這六個數(shù)組合“正確”的宇宙里，人類才得以出現(xiàn)（因此我們能發(fā)現(xiàn)自己的存在）。這一認(rèn)識讓我們可以從一個全新的視角出發(fā)，去認(rèn)識當(dāng)前的宇宙、人類在其中的位置以及相關(guān)物理定律的性質(zhì)。

一個起點如此簡單、僅用幾個數(shù)字就可以決定的宇宙，經(jīng)過不斷變化，就可以演化成當(dāng)前結(jié)構(gòu)如此復(fù)雜的宇宙（只要這些數(shù)字經(jīng)過了適當(dāng)?shù)卣{(diào)諧），實在令人驚訝。接下來，我們將跨越所有尺度來審視這些結(jié)構(gòu)：從原子到星系。