物理学中关于微调的问题，宇宙给了我们什么线索？

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如果我们忽略宇宙提供给我们的线索，后果自负

当您以科学的方式对待世界时，您会通过询问有关它自身的问题来获得有关其运作方式的知识。您可以观察它的行为，对它进行实验；也可以测量您感兴趣的一些特殊数据。如果以正确的方式问出正确的问题，您就可以开始获取有关那些物理现象支配行为的信息，这些行为的意义在每一个调查中都会被揭示出来。

在大多数情况下，您的调查结果会教授您有关宇宙的一些特殊知识。但是有时，您也会发现有些事情太过于真实。您将用以下两种方式之一来测量让您感到迷惑的事物：要么两个看起来不相关的事物完全（或近乎完美地）相同，要么两个看起来不相关的事物极其不同。这就称之为微调，这确实是物理学中存在的一个问题。

（弦线景观可能是一个充满理论潜力的迷人想法，但它不能解释为什么像宇宙常数这样的微调参数的值（或暗能量的值）具有它所具有的价值。尽管如此，了解这种价值为何具有特定意义的原因仍然是一个微调的问题。大多数科学家认为这个问题有一个具有目的动机的答案。）

您甚至不需要通过物理学来理解为什么会这样。想象一下，您正在查看世界上一些最富有的人的净资产，正如福布斯亿万富翁名单显示的那样。如果您可以随机选择其中的两个，那么您会希望找到什么？当然，你会期望每一个都至少价值10亿美元，但是您也会期望这两个价值之间有很大的区别。

如果第一个亿万富翁价值为A，第二个亿万富翁价值为B，那么他们之间的差值就是C，其中A－B＝C。换句话说，如果A和B都价值数十亿美元，那么C很可能也是(或接近)数十亿美元。

（一般来说，如果你有两个大额数字，并且要取它们之间的差额，那么这个差额的数量级将与原来的数字相同。）

例如，A可能是Pat Stryker(排名第703位)，身价3,592,327,960美元。B可能是David Geffen（第190名)，身价8,467,103,235美元。他们之间的差额，或者说A－B，是-4,874,775,275美元。C正负的概率各占50％，但是在大多数情况下，A和B的数量级都是一样的。

但并不总是如此。例如，世界上超过2200个亿万富翁中的大多数身价都不到20亿美元，其中有数百人身价在10亿到12亿美元之间。如果你碰巧从他们中随机挑选了两个人，并且如果他们的净资产只有几千万美元的差距，你也不会感到十分惊讶。

（2017年12月11日，企业家Tyler Winklevoss和Cameron Winklevoss在FOX工作室与Maria Bartiromo讨论比特币。他们是全球首批“比特币亿万富翁”，他们的净资产几乎相同，但背后有一个潜在的原因。）

然而，如果它们之间的差别只有几千美元，或者为零的话，您可能会感到惊讶，会想这是多么不可思议的事情。但这种可能性并非完全不存在。

毕竟，您不知道有哪些亿万富翁在你的名单上。如果您得知文克尔沃斯兄弟(首位比特币亿万富翁卡梅伦和泰勒)拥有完全相同的净资产，你会感到震惊吗？或者如果说，克里森兄弟(Collisonbrothers)——帕特里克(Patrick)和约翰(John)(Stripe的联合创始人)——的价值仅相差几百美元的话，您会震惊吗？

不，这并不特别令人惊讶。一般来说，如果A和B都很大，那么A－B也会很大，除非有某种原因使得A和B非常接近。亿万富翁的分布并不是完全随机的，因为两个看起来毫不相关的价值观之间可能存在潜在的联系。(对于网络世界的温克莱沃斯夫妇或者科林森夫妇来说，他们之间确实存在着血缘关系!)

（宇宙的预期命运(前三幅插图)都对应着一个物质和能量联合起来对抗初始膨胀率的宇宙。在我们观测到的宇宙中，宇宙加速是由某种迄今尚未解释的暗能量引起的。所有这些宇宙都由弗里德曼方程控制，它将宇宙的膨胀与其中存在的各种类型的物质和能量联系起来。这里有一个明显的微调问题，但也可能有一个潜在的物理原因。）(e.SIEGEL/BEYONDTHEGALAXY)

在宇宙中，有许多事物是经过微调的。膨胀的宇宙本身就是一个极好的例子。在炽热的大爆炸最早的时刻，空间结构本身正以一个特定的速度(哈勃膨胀速度)膨胀，而这个速度恰好是巨大的。与此同时，宇宙以粒子、反粒子和辐射的形式充满了巨大的能量。

膨胀的宇宙基本上是这两种相互竞争的力量之间的竞赛:

最初的膨胀速度，可以把所有东西分开，所有不同形式的能量的引力也可以把所有东西拉回到一起，大爆炸就是发令枪。有趣的是，为了最终得到我们今天所拥有的宇宙，这两个看起来毫不相关的数字，必须经过大量的微调。

（如果宇宙密度稍微提高一点(红线)，它就已经重新坍缩了;如果它只是稍微低一点密度，它就会膨胀得更快，并且变得更大。）(NEDWRIGHT的宇宙学教程)

这个谜题被称为平坦性问题宇宙，在这个宇宙中，能量和膨胀率如此完美地平衡，在空间上也是完全平坦的。今天，我们也可以通过许多不同的方法来测量宇宙的曲率，例如通过检查宇宙微波背景辐射的起伏模式。

（不同角度大小的起伏的出现导致了不同的空间曲率情景。目前，宇宙看起来是平的，但是我们只测量到了0.4%的水平。在更精确的层次上，我们可能会发现某种程度的内在曲率。）

通过将我们的观测结果与理论预测进行比较，我们可以确定，即使在今天，宇宙在空间上也是极其平坦的。如果我们根据我们现代的观测来推断热大爆炸的早期阶段，我们就会知道初始膨胀率和初始能量密度必须平衡到大约50有效数字。

八大行星的轨道在偏心率和近日点(最近距离)与远日点(最远距离)之间的差值上有所不同。没有什么根本的原因可以解释为什么一些行星的轨道比另一个行星有或多或少的差距。这只是太阳系形成所需的初始条件造成的结果。）

当我们面对这样的难题时，我们有两种选择方式。首先要指出的是，这种微调仅仅是由于初始条件的结果，而这些条件是我们今天取得结果所必需的。毕竟，我们今天观察到的许多巧合中，有两件事似乎密切相关，因为它们是在很久以前建立起来的，在适当的条件下，使它们在今天看起来是相关的。

例如，金星围绕太阳的轨道是椭圆形的，类似于所有行星的轨道。但是金星距离太阳最近处(近日点)和距离太阳最远处(远日点)之间的差值最小。

为什么金星比其他行星更圆，而不是椭圆？这仅仅是太阳系形成所需的初始条件造成的。海王星是第二圆的，其次是地球。最小的圆形行星是水星，接着是火星，然后是土星。没有一种机制能导致这些古怪的事情的发生；它之所以是我们今天观察到的结果，是由于太阳系诞生的（看似随机）初始条件。

（这块岩层，在拱门国家公园被称为平衡岩层，似乎处于不稳定的平衡状态，就好像很久以前有人把它堆在那里并完美地平衡了它。然而，这不仅仅是一个巧合，而是潜在的地质和侵蚀过程的结果，这些过程导致了我们今天看到的结构。）

但这既不吸引人，也没有启发性，因为它假设没有潜在的原因导致我们观察到的结果。另一种选择是假设存在某种机制，导致我们今天看到的明显的微调。

例如，如果你看到一块巨大的岩石摇摇欲坠地平衡在一个栖木上，你会认为是某种东西导致了这种情况的发生。这可能是因为有人小心地把它放在那里并使它保持平衡，也可能是因为侵蚀和风化使得这个结构自然演化。微调并不一定意味着要有一个微调器，而是需要某种物理机制来解释为什么某些事物会进行微调。这种结果可能看起来不一定是巧合，但是如果我们看到的结果是由某种原因造成的，情况就不一定是这样了。

（膨胀导致空间以指数方式扩张，这会迅速地导致任何预先存在的弯曲或非光滑空间看起来将是平坦的。如果宇宙是弯曲的，那么它的曲率半径至少要比我们能观测到的大几百倍。）(E.SIEGEL(L);NEDWRIGHT的宇宙学教程(R))

回到平坦性问题的例子，回到平坦性问题的例子，我们很容易推理出一些潜在的理论来解释为什么今天的宇宙看起来是平的。宇宙的初始膨胀率和初始能量密度可能来自相同的预先存在状态，导致这两个值相互关联和平衡。

另一种可能是宇宙的某个阶段在大爆炸之前就已经存在，它迅速膨胀并拉伸了宇宙，使得它与完全平坦的宇宙难以区分。宇宙有可能真的是弯曲的，但是它的弯曲程度比我们的可观测宇宙观测站允许的要大得多，就像你不能仅仅通过检查你自己的后院来测量地球的曲率一样。

微调论证的全部意义不是宣称我们有一个奇怪的巧合，因此任何解释这个巧合的东西都可能是正确的。相反，它指出了我们思考原本无法解释的谜题的各种方式，试图为一个没有明显原因的现象提供物理解释。

（膨胀期间发生的量子涨落在整个宇宙中被拉伸，当膨胀结束时，它们变成了密度涨落。随着时间的推移，这导致了今天宇宙中的大尺度结构，以及在宇宙微波背景辐射中观测到的温度波动。这样的新预测对于证明我们提议的微调机制的有效性至关重要。）

在科学中，我们的目标是仅仅通过自然的、物理的解释来描述我们在宇宙中观察或测量的一切。当我们看到一个似乎是宇宙巧合的事件时，我们有责任检查这个巧合的每一个可能的物理原因，因为其中一个可能会导致下一个重大突破。这并不意味着在没有进一步证据的情况下，你就应该相信(或指责)某个特定的理论或想法，但是我们目前可以推理出的解决方案也确实告诉了我们去哪里找答案是明智的。

一如既往，我们对这样的理论是否可以接受都有严格的要求，其中包括复制前一个领先理论的所有成功，解释这些新的难题，还有对那些我们可测试的、可观测的及可测量的数量做出新的预测。除非一个新想法在所有三个方面都获得成功，否则这只是猜测。但这种推测仍然具有难以置信的价值。如果我们不参与其中，我们已经放弃了发现关于我们现实的新的基本真理。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

FY: 诸葛痒痒

作者: Ethan Siegel

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原文地址：今日头条