大自然的常数：揭示宇宙的法则

一个方程除非它表达了上帝的思想，否则对我来说，它是没有意义的。

——斯里尼瓦萨·拉曼纽扬^[2]

很久以前，我们的祖先越来越了解大自然展示出可预测的和不可预测的两类事件。事物不可预测的方面是危险和可怕的。或许它们就是诸神表示他们对人类行为的不满而降下的罪罚。它们也是很显著的；作为结果，古代的编年史中有许多地方说到瘟疫、灾祸和罪恶。新闻价值小而最终却更重要的是大自然有像节拍器那样的可预见能力。通过注意和利用环境中的周期变化，就可以种植谷物，为冬天贮备物品，防御风和水的侵害。这些大自然的规则性反映出有结构的稳定社会的规则性，并产生对宇宙范围的定律和秩序的信念。最终，借助许多西方社会中的一神教的信仰，^[3]这些观念培育了现存的称为“大自然的定律”在所有地方和所有时间都有效的观念。这些普适的定律规定事物将如何运行，又如何不会像人类的法律那样运行，以及它们应该怎样运行。

我们已逐渐认识到，那些变化的定律始终可能被大自然的某个其他方面并不变化的规定——称为守恒原理或大自然的不变性——所替代。能量被认为是一个最好的例子。它可被交换和变换成不同的形式，但当对所有形式的能量做合计时，总能量必定是始终相同的。

到20世纪70年代，物理学家们已经对大自然的定律和不变的模式之间的这种对应关系有非常深刻的印象，以致他们开始探索不变化的模式的目录，寻找出有关的变化定律的候选者。他们的探索是极其成功的。大自然的四种基本力——引力、电磁力、放射性及核的相互作用——全都用这类可应用的理论来描述。当大自然发生任何事件时，大自然这四种力的每一个对应一种独立的模式，如某一放射性原子核衰变或一块运动的磁体在你的自行车的发电机产生电流之时，这模式保持不变。(www.xing528.com)

对物理学家们来说，所有这些都是好消息。到20世纪70年代中期，他们已有关于引力、电磁学、弱互作用力（出自放射性）以及强互作用力（出自核力）的独立的理论，它们与所有的观测到的事件符合。在各自情形下保持不变的模式需要大自然有各自的力存在，并且具体确定它应如何起作用，对什么起作用。

但是物理学家们仍然不满意。为什么世界要被四种不同的不变化的模式支配呢？即使你的虔诚的观点包含了某种神圣的四艺（在古代指算术、几何、天文和音乐四个科目——译者）的概念，你可能会更加本能地受到吸引，把一种模式和单一的大自然的统一定律看作是美学上、逻辑上和物理学上最有吸引力的前景。任何关于这宇宙可能是各种互不相干的定律的混合物的建议，从任何方面讲，都有点像世界是拼拼凑凑的味道。当然，还没有证据表明，宇宙真的是一部和谐的单部法规或是偶尔有冲突的诸原理的集合。^[4]诚然，在2000年总统选举之后，美国发现了他们的宪法，人们依然可以相信前人看到的现实接近于今天的情况。可是，在相反的真凭实据出现之前，科学家们聪明地设想，不管是什么对这些模式负责，我们所称的“大自然的定律”比我们聪明得多，而且不会漏失对我们来说是很明显的整洁又漂亮的模式。这可不是谦卑的信念，仅仅是一片虔诚的自我克制。这是根据过去的经验。我们一次次地发现的大自然的定律都比我们以前想像的更精巧、更抽象和更少的任意性。

这种对约束宇宙的法则背后的终极的简单性和统一性的信念引导我们预期，在表观现象背后存在着单一的不变化的模式。在不同条件下，这种单一模式将具体化为表面上各有特色的模式，显示出作为支配我们周围世界的四种独立的力。这个特有模式大概如何工作已逐渐变得清晰起来。

我们已经认识到大自然的几种力不像它们最初出现时那样个性殊异。它们似乎有很不相同的强度，并作用于不同的基本粒子。但是，这是我们的需要所产生的一种假象。我们需要待在宇宙中温度较低的地方——低到足以使原子和分子能够存在。当温度上升以及物质的基本粒子以愈来愈高的能量互相碰撞时，支配静寂的低温世界的各种力变得越来越相似了。强作用力变弱，而弱作用力变强。在达到较高温度时，新的粒子出现了，它们成为在低温下显示为彼此独立的不同家族的粒子之间的相互作用的中介。渐渐地，当我们达到那种无法想像的“终极”温度的条件时，即马克斯·普朗克发现的由大自然的四个常数G、k、c和h所确定的温度时，我们预期各种力的界限应当完全被抹去，大自然的各种力最终成为单一的统一样式。