博文
人在宇宙的地位
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最近，几个美国退伍军人爆料说他们曾与UFO和外星人接触过，这是真的吗？不管怎么说，它令人想起一个老问题：人在宇宙中的地位如何？
当哥白尼用太阳取代了地球的中心地位时，人就从宇宙中心淡出了；而以他的名字命名的原理更是说宇宙没有中心——不论在什么地方看，宇宙图景都一样，物理法则也一样。可是，如果把时间也包含进来，我们的地位又有点儿特殊——从生物演化来说，就是特殊的；从物理参数来说，也是特殊的。而把两者联系起来，就更特殊了。那就是“人存原理”说的，宇宙之所以如此，是因为有我们。绕了半天，人类似乎又成了宇宙的中心。
同样的逻辑也适用于其他动物，适用于天地万物，当然也适用于基本粒子——宇宙是为它们而生的。如此逻辑的“纠结”是：宇宙之所以这样，是因为它那样。“这样”和“那样”，其关联就是自然常数——宇宙之所以如此，就因为那些常数。
恰好最近流传精细结构常数的故事。澳大利亚物理学家Webb等人“又”发现了那个数在空间变化的证据（Evidence for spatial variation of the fine structure constant, arXiv:1008.3907）。我说“又”，是因为Webb们近10年一直在研究自然常数的变化，例如，他们2001年在发表过Further Evidence for Cosmological Evolution of the Fine Structure Constant (Phys. Rev. Lett. 87, 091301)，说那常数随时间变大。而9年后（几乎同一天），就在那篇evidence之后又来了一篇Is there further evidence for spatial variation of fundamental constants? arXiv:1009.0591。
精细结构常数1/α = 2πe^2/hc =137.035999679 (94)，是光速、普朗克常数、电子电荷构成的无量纲数。Webb的结论是，α有百万分之一量级的变化，大约4个标准差的显著水平。【α决定原子的谱线，从遥远类星体的谱线可以推测那儿的α数值。他们就是这样发现变化的。】
虽然那常数在Dirac理论才成为主角，Planck在1905年就从e^2/c想到可能存在一个能量的量子h ~ e^2/c。而Eddington从1930年代就想解释（而不是作为实验数据而简单接受）这类常数，认为它们和宇宙有关。他提出一个“宇宙数”，即可观测宇宙的电子（或质子）总数N ~ 10^79（可以从宇宙平均物质密度估算），爱老师说他可以根据自己的理论导出它来；而且，πe^2/GmM ~ (3N)^(1/2)。（m, M是电子和质子的质量。）左边的量其实是电子间的库伦力与引力之比。
后来，Dirac演绎了一个更系统的“大数假说”——自然出现的所有无量纲大数都是相互关联的……这段故事在量子大潮时代不过是小插曲，但引起不少争论，天体物理学家和科学哲学家Herbert Dingle说它是pseudoscience of invertebrate cosmythology（有趣的词儿，怎么译才好呢？）贝尔纳在著名的《科学的社会功能》里也批判它是“神秘主义，而丢了理性的思维”。费曼在一本小书里说它是“物理学的最大秘密之一：一个跑到我们面前来的魔数，却没人理解。你可以说那是上帝之手写下的，而我们不知道他怎么舞动他的铅笔。”
就这么一个不起眼儿的数字，假如它不是那个值，而偏差（大或小）4%，那么恒星就不能生成碳和氧，宇宙也就不会出现生命。这种以解说者的存在为基础的解释，也许是我们永远摆脱不了的怪圈。
现在好了，假如自然常数果然在变——那么，宇宙的其他地方，就可能不会有我们“这儿”的恒星（更别说生命了），那么“那儿”的物理学会是什么样子呢？假如外星人从那儿来，我们如何交流？既然他们的飞行器能在我们的太空飞行，是不是意味着他们的“空气动力学”与我们是一样的呢？所以，外星人的存在，不单是生命问题，更是物理学问题。至于其他想象，留给科幻小说去发挥……
不过，即使常数在变化，我们也有别的解释——至少我们会寻找别的解释。其实，现代物理学追求的“终极理论”的目的之一，就是解释为什么会出现自然常数，它们为什么呈现那样的数值……科学虽然欢迎革命，但也会“惯性地”宁愿在旧框架下寻求新解释，而不愿看到一个观测动摇一座大厦。
不管我们是不是宇宙的中心，都肯定是思维的中心；我想有一点可以肯定：我们只有作为旁观者，才能构建一个宇宙图景；如果把自己也画进去，那就只能是怪圈。
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