数十年的实验让科学家们考虑一种可能性：宇宙的存在没有意义？

haiyuezhihun

宇宙是自然的还是我们生活在多元宇宙中的非典型泡沫？大型强子对撞机最近的结果迫使许多物理学家面对后者的可能性。
2012年7月，希格斯玻色子的发现证实了一个已有近50年历史的理论，即基本粒子如何获得质量，从而能够形成星系和人类等大型结构。事实上，它或多或少地出现在我们期望的地方，这是实验的胜利，是理论的胜利，也是物理学成功的一个标志。
然而，为了使希格斯玻色子的质量(或等效能量)有意义，大型强子对撞机还需要找到一群其他粒子。但并没有出现。

“宇宙是不可能存在的，”41岁的尼玛·阿卡尼-哈米德在哥伦比亚大学的一次演讲中说。
由于只发现了一种粒子，大型强子对撞机实验加深了一个酝酿了数十年的物理学难题。现代方程似乎以惊人的准确性捕捉到了现实，正确地预测了许多自然常数的值，以及像希格斯玻色子这样的粒子的存在。然而，一些常数—包括希格斯玻色子的质量—与这些可信的定律所表明的应该是成指数级的不同，除非宇宙是由无法解释的微波所塑造的，否则这些常数将排除任何生命存在的可能性。
处于危险中的是“自然性”的概念，这是阿尔伯特·爱因斯坦的梦想，他认为自然法则是崇高美丽的、不可避免的、独立的。如果没有它，物理学家将面临一个严峻的前景:这些定律只是空间和时间结构中随机波动的一种武断、混乱的结果。
大型强子对撞机将在2015年继续粉碎质子，为寻找答案做最后的努力。但是在论文、演讲和采访中，顶尖物理学家已经开始面对宇宙可能是非自然的这种可能性。(然而，对于如何证明这一点，各方存在广泛分歧。)
“10年或20年前，我是自然的坚定信徒，”该研究所的理论物理学家内森塞伯格说。“现在我不那么肯定了。我希望还有一些我们没有想到的东西，一些其他的机制可以解释所有这些。但我不知道会是什么。”
物理学家推断，如果宇宙是非自然的，具有使生命成为可能的极其不可能的基本常数，那么，一定存在大量的宇宙，才能实现我们这个不可能的情况。否则，我们为什么要这么幸运呢?非自然性将极大地推动多元宇宙假说。多元宇宙假说认为，我们的宇宙是无限的、不可接近的泡沫中的一个泡泡。根据一个被称为弦理论的流行但两极分化的框架，多元宇宙中可能出现的宇宙类型大约有10^500个。在其中一些情况下，偶然消去会产生我们观察到的奇怪常数。
在这样的图景中，并不是这个宇宙的一切都是不可避免的，这使得它变得不可预测。该研究所的弦理论家爱德华维滕在电子邮件中说，“如果多元宇宙的解释不正确，我个人会很高兴，部分原因是它可能限制我们理解物理定律的能力。”但宇宙诞生时，我们谁也没有被咨询过。”
“有些人讨厌它，”加州大学伯克利分校物理学家拉斐尔·布索说。“但我认为我们不能从情感的角度来分析它。在大型强子对撞机缺乏自然性的情况下，这种可能性越来越受到青睐。”
大型强子对撞机在下一次运行中所做或未发现的事情，可能会为以下两种可能性之一提供支持:要么我们生活在一个过于复杂但独立的宇宙中，要么我们生活在一个多元宇宙中的非典型泡泡中。塞伯格说:“由于大型强子对撞机的出现，我们将在5年或10年后变得聪明得多。”这是触手可及的。”
宇宙巧合
爱因斯坦曾经写过，对于一个科学家来说，“宗教情感采取了对自然法和谐的狂热惊奇的形式”，“这种感觉是他生活和工作的指导原则。”的确，整个20世纪， 对“自然”的信仰已被证明是发现真理的可靠指南。
“自然有着良好的记录，”Arkani-Hamed在接受采访时说。在实践中，要求物理常数（粒子质量和宇宙的其他固定属性）直接来自物理定律。一次又一次，每当一个常数出现微调时，好像它的初始值被神奇地拨打以抵消其他影响一样，物理学家怀疑他们遗漏了一些东西。他们会寻找并不可避免地找到一些实质性地拨打常数的粒子或特征，从而避免了微调的取消。
这一次，宇宙的自我修复能力似乎失败了。希格斯玻色子的质量为126千兆电子伏特，但与其他已知粒子的相互作用应增加 其质量约10,000,000,000,000,000,000 千兆电子伏特。这意味着希格斯的“裸质量”或其他粒子影响它之前的起始值恰好是天文数字的负值，导致近乎完美的消除，只留下希格斯的暗示：126千兆电子伏特。
物理学家经历了三代粒子加速器寻找新粒子，这种新粒子被一种称为超对称的理论所假定，它将使希格斯质量下降的程度与已知粒子驱动它一样多。但到目前为止，他们空手而归。
升级后的大型强子对撞机将在下一次运行中探索更高的能量等级，但即使发现了新的粒子，它们也几乎肯定会过于沉重，无法以正确的方式影响希格斯质量。希格斯看起来仍然至少要轻10或100倍。物理学家不同意这是否在自然的，独立的宇宙中是可接受的。哈佛大学教授丽莎兰德尔表示，“稍微调整一下也许就是这样。” 但是在Arkani-Hamed看来，“稍微调整一下就像是怀孕了。它根本不存在。“
如果没有新的粒子出现并且希格斯仍然在天文学上进行微调，那么多元宇宙假设将成为众人瞩目的焦点。“这并不意味着它是正确的，”多元宇宙图片的长期支持者Bousso说，“但这确实意味着它是城里唯一的游戏。”
一些物理学家—特别是伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的乔·莱克肯。意大利比萨大学的亚历山德罗·斯特鲁米亚提出了第三种选择。他们说，物理学家可能错误地估计了其他粒子对希格斯粒子质量的影响，如果计算方法不同，希格斯粒子的质量似乎是自然的。当额外的粒子(如暗物质的未知成分)被计算在内时，这种“修正的自然性”就会减弱—但同样的非正统路径可能会产生其他想法。“我不想提倡，但只是讨论后果，”斯特鲁米亚本月早些时候在布鲁克海文国家实验室的一次演讲中说。
然而，修正后的自然性并不能解决物理学中存在的一个更大的自然性问题:宇宙在大爆炸之后并没有立即被自身的能量湮灭。

意大利国家核物理研究所物理学家亚历山德罗·斯特鲁米亚，讨论了斯特鲁米亚的“改良自然性”理念，该理念质疑了如何计算自然的长期假设希格斯玻色子质量的值。
黑暗困境
构建在空间真空中的能量(被称为真空能量、暗能量或宇宙常数)是一个令人困惑的万亿、万亿、万亿、万亿、万亿倍，比它的自然价值(尽管是自毁的)还要小。没有任何理论能够自然地解决这个巨大的差距。但很明显，宇宙常数必须经过极大的微调，才能防止宇宙迅速爆炸或坍缩到一定程度。为了让生命有机会，它必须进行微调。
为了解释这一点荒谬的运气，多元宇宙的想法在过去几十年里已经成为宇宙学领域的主流。1987年，诺贝尔奖得主史蒂文说我们的宇宙是最不协调的。“如果宇宙常数比观测值大得多，比如说10倍，那么我们就没有星系了，”塔夫茨大学宇宙学家、多元宇宙理论家亚历山大·维伦金解释说。“很难想象在这样一个宇宙中生命是如何存在的。”
大多数粒子物理学家希望能找到一个对宇宙常数问题更经得起检验的解释。没有。现在，物理学家说，希格斯玻色子的不自然使宇宙常数的不自然变得更加重要。Arkani-Hamed认为这些问题甚至可能是相关的。他说:“我们对宇宙中一个基本的、不同寻常的事实没有一个了解。”“它很大，里面有很大的东西。”
2000年，理论物理学教授乔·波钦斯基发现了一种机制，可以产生平行宇宙的全景图时，多元宇宙就不仅仅是一场挥挥手的争论了。弦理论是一种假设的“万物理论”，认为粒子是无形的小振动线，假设时空是10维的。在人类的尺度上，我们只经历了三维空间和一维时间，但弦理论学家认为，在我们的4-D现实结构的每一点上，都有6个额外的维度紧密相连。鲍索和波钦斯基计算出，这六个维度有大约10500种不同的打结方式(所有的打结方式都消耗了不同数量的能量)，这使得一个难以想象的广阔而多样的宇宙阵列成为可能。换句话说，不需要自然。没有一个单一的、不可避免的、完美的宇宙。
布索说:“对我来说，这绝对是一个了不起的时刻。但这篇文章引发了众怒。
“粒子物理学家，尤其是弦理论学家，梦想着独一无二地预测所有的自然常数，”鲍索解释说。“所有的东西都会从数学和圆周率和2中得出。我们走进来说，‘看，这不会发生，这是有原因的。我们用完全错误的方式思考这个问题。’”
生活在多元宇宙中
在多元宇宙的场景中，是一个波动。一个紧密的、六维的结，在现实的结构中构成一针突然变形，释放能量，形成空间和时间的泡沫。这个新宇宙的性质是由偶然决定的：在涨落过程中释放的能量。绝大多数以这种方式爆发的宇宙都充满了真空能量，它们要么膨胀得太快，要么崩溃得太快，以至于生命无法在其中出现。但是一些非典型宇宙，其中一个不可能的抵消产生一个极小的宇宙学常数的值，很像我们的宇宙。

在多元宇宙的场景中，大量多样的气泡宇宙在更大的真空中波动而存在。宇宙中有一小部分具有有利于生命存在的物理特性。
布索认为，希格斯粒子的质量在多元宇宙中也有意义。他们发现，气泡宇宙中含有足够多的可见物质(与暗物质相比)，足以支持生命存在，而这些物质往往具有超对称粒子，超出了大型强子对撞机的能量范围，以及一个经过微调的希格斯玻色子。类似地，其他物理学家在1997年指出，如果希格斯玻色子的重量是它的五倍，这将抑制氢以外原子的形成，从而通过另一种方式，在一个没有生命的宇宙中产生。
尽管有这些看似成功的解释，但许多物理学家担心，采用多元宇宙的世界观会收效甚微。平行宇宙是无法测试的;更糟的是，一个非自然的宇宙抗拒理解。“没有自然，我们将失去寻找新物理学的动力，”美国高等研究院物理学家科菲尔·布鲁姆说。“我们知道它就在那里，但没有强有力的理由说明我们为什么应该找到它。兰德尔说:“我宁愿宇宙是自然的。”
但是理论可以在物理学家身上成长。在花了十多年的时间使自己适应多元宇宙之后，Arkani-Hamed现在发现这是可行的——也是一条理解我们世界的方式的可行途径。他说:“在我看来，最妙的一点是，大型强子对撞机的任何结果基本上都将以不同程度的力量引导我们沿着这些不同的道路前进。”“这种选择非常非常重要。”
自然是可以克服的。或者这可能是多元宇宙中一个奇怪但舒适的口袋里的一个虚假的希望。

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