本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
我有一個預測。有一個科學假說,在20多年前被提出,當證據確鑿時,我們終有一天會回首往事並說:“當然那是對的!多麼驚人而強大的想法啊!”
這個假說就是宇宙學自然選擇,它的力量、美感和邏輯為宇宙中複雜性和生命的存在提供了可能是最好的科學解釋。
宇宙學自然選擇的解釋力直接解決,而不是忽視,最深刻的根本科學謎團之一。如果自然粒子和力的定律及引數哪怕只是稍微不同,生命的形成都是不可能的。如果電子與質子的比率、宇宙的膨脹率、基本粒子的相對質量,或者幾種物理力的相對強度不是極其接近現在的數值,那麼恆星和導致生命的複雜分子就永遠不可能發展出來。
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
隨機撞上一個允許生命存在的宇宙的機率似乎微乎其微。在討論暗能量的大小發生相對較小的變化如何阻止生命存在時,物理學家和作家保羅·戴維斯寫道:“在這種情況下,‘生命平衡在刀刃上’的陳詞濫調是一種令人震驚的輕描淡寫:宇宙中沒有任何刀能有那麼精細的刀刃。” 問題是要解釋為什麼宇宙的常數和定律被如此精確地微調,以至於允許複雜性和生命的存在。即使像另一位物理學家和作家維克托·斯滕格所論證的那樣,這種“精細調節問題”可以在很大程度上用已建立的物理學來解釋,但為什麼我們的宇宙具有允許複雜性和生命出現的特定引數和定律的深刻奧秘仍然存在。
好的,所以我們面臨著解釋有組織的複雜性和設計表象的重大問題。
我們以前也遇到過這種情況。
在達爾文之前,普遍的觀點是每個物種都是專門創造的,並且不會隨著時間而改變。我們現在知道物種不是永恆的或被設計的,並且透過達爾文進化,累積變化在自然主義上是可能的。
進化生物學家和作家理查德·道金斯在談到生物複雜性時寫道:“透過累積自然選擇的進化論是我們所知的唯一原則上能夠解釋有組織的複雜性存在的理論。” 有人稱自然選擇進化論是任何人擁有的最好的想法。
如果這是真的,為什麼要止步於生物學呢?進化生物學家狄奧多西·杜布贊斯基寫道:“除非在進化的光芒下,否則生物學中的一切都毫無意義。” 面對解釋複雜性和設計表象的類似艱鉅挑戰,是否可能宇宙學中的一切也只有在進化的光芒下才有意義呢? 顯然,證據在科學中至關重要,我們稍後會談到這一點。如果從廣義上理解,在生物學中,進化貫穿始終。也許在宇宙學中,進化也貫穿始終。
關於宇宙學自然選擇機制的最完整的提議來自物理學家李·斯莫林。
這是他在1992年出版的《宇宙的生命》一書中首次概述的令人震驚的假說。在整個宇宙中,坍縮成黑洞的恆星被擠壓到難以想象的極端密度。在這些極端條件下,由於量子現象,黑洞在大爆炸中爆炸,並膨脹成它自己的新的嬰兒宇宙,與原始宇宙分離。時間在黑洞內部結束的點是新宇宙大爆炸中時間開始的點。斯莫林提出,坍縮黑洞內部的極端條件導致嬰兒宇宙中基本物理力和引數的微小隨機變化。因此,每個新的嬰兒宇宙都具有與其母宇宙略有不同的物理力和引數。 這引入了變異。
由於它們繼承的特徵,具有恆星友好引數的宇宙將比那些具有恆星不友好引數的宇宙產生更多的恆星並以更快的速度繁殖。因此,我們今天看到的引數之所以如此,是因為經過幾代宇宙的累積,繼承的引數擅長產生恆星和繁殖。
因此,這將是對深刻的“精細調節問題”的一個合乎邏輯的解釋——我們宇宙中的引數之所以如此,是因為隨著時間的推移,透過生殖成功,非隨機的自然主義累積遺傳變化。如果正確,我們生活在後代宇宙的譜系中——在視覺上,這可以像生物生命樹上不斷擴張的枝幹一樣描繪出來。
恆星的存在是生命形成的前提條件。這是因為碳和大多數其他允許生命存在的複雜分子是在恆星中產生的。因此,促進最多新宇宙的條件將與允許生命存在的條件相同。
斯莫林煞費苦心地聲稱他的假說是科學的,因為它是可證偽的。他提出了幾種可以反駁他的猜想的方法。但對我們來說更重要的是,不是斯莫林提出的宇宙學自然選擇的具體機制是否正確。這裡的重點是強調宇宙學自然選擇作為解釋複雜性和設計表象的科學假說的力量、美感和邏輯,即使宇宙遺傳和變異的精確機制尚未確定。
宇宙學自然選擇的主張並不是說它與生物自然選擇具有 1 對 1 的精確類比。為了使自然選擇進化展現其非凡的力量,必須保留的過程的基本特徵是可遺傳變異的差異生殖成功和累積變化。構成環境、種群等的技術細節,以及物種、交配機會和直接競爭等現象是否發揮作用,取決於當地的具體情況。因此,該主張是宇宙學自然選擇的假說保持了可普遍化的自然選擇過程的本質,及其所有的解釋性威嚴。
對宇宙學自然選擇作為科學假說的真正批評是目前缺乏直接證據。沒有直接證據表明宇宙會繁殖。沒有這一點,就不會有自然選擇,甚至在變異和選擇問題出現之前。 這確實如此。但請記住,從直接證據的角度來看,宇宙學自然選擇目前的情況並不比提出的科學替代方案更糟。沒有直接證據表明宇宙是由量子真空中的量子漲落創造的,我們生活在一個多元宇宙中,存在萬物理論,或者弦理論、迴圈宇宙或膜宇宙甚至存在。
宇宙學中提出的主要替代方案並沒有直接或合乎邏輯地解釋複雜性和生命存在的“精細調節”問題。相反,它們暗示了一些諸如某種必然性、設計、難以想象的不可估量的運氣或無限數量的多元宇宙,其中每個可能的宇宙都存在。最後一種觀點足以讓奧卡姆用他的剃刀割喉自殺。
如果最終證明某種版本的宇宙學自然選擇是正確的,正如我認為它將是的那樣,它將遠遠超出為為什麼我們宇宙的引數允許複雜性和生命存在提供最佳邏輯解釋的範疇。此外,還會對人類的意義和存在產生深刻而重大的影響。
在有利於生命的分支宇宙世界中,最終的宇宙末日可能會被避免,從而保持宇宙中生命廣泛存在的永恆可能性——不是對我們個人而言,也不是對智人而言,而是對宇宙中廣泛存在的生命而言。如果宇宙學自然選擇被證明是正確的,那麼生命幾乎肯定不是宇宙歷史中獨一無二的。正如生物自然選擇所表明的那樣,我們是自然的一部分,也是自然的一部分。宇宙可以進一步理解為一個自我連貫和自我創造的整體,而不需要任何外部事物來賦予它規律、意義或複雜性。
如果宇宙學自然選擇被證明是正確的,我們將不會生活在一個確定的世界中,而是在一個不斷變化的、未來開放的宇宙中。這可以被解釋為樂觀和充滿希望的。但是,雖然自然選擇等過程可能允許生命的發展——並且這其中有一些非常奇妙之處——但沒有證據表明宇宙作為一個整體有意識地計劃了任何事情,將生命作為其有意識的目標,或者有意識地關心我們的命運。英雄與謙卑之間的人類張力,這種重要與微不足道的融合,可以成為喜劇、悲劇或靈感的源泉。
最終,一切都將歸結為證據。科學以證據為準則。我們的思想在擴充套件,而空隙之神在喘息。
如果證據證明任何一種宇宙學替代方案——或一個全新的想法——我們都將擁抱現實,無論它將我們引向何方,並對我們發現最宏大的宇宙真理以及我們在宇宙中的位置的能力感到敬畏。