典型的好莱坞动作英雄以与死神擦肩而过为生。一次又一次，成群的坏人从四面八方向他射击，但都毫厘之差地错过了。汽车爆炸，但仅仅晚了一瞬间，火球没有在他找到掩护之前抓住他。朋友们及时赶来救援，就在坏人的刀子要割断他的喉咙之前。如果其中任何一件事情稍微有所不同，这位英雄就会后会无期，宝贝。然而，即使我们以前没有看过这部电影，某种感觉告诉我们，他会完整无缺地活到最后。
在某些方面，我们宇宙的故事类似于好莱坞动作片。一些物理学家认为，对物理定律稍作修改就会导致灾难，从而扰乱宇宙的正常演化，使我们的存在成为不可能。例如，如果将原子核结合在一起的强核力稍微强一些或弱一些，恒星就会产生非常少的碳和其他似乎是形成行星，更不用说生命所必需的元素。如果质子仅比现在重 0.2%，所有原始氢几乎会立即衰变为中子，并且不会形成原子。这样的例子不胜枚举。
因此，物理定律——特别是自然常数，例如基本力的强度——可能看起来经过了精细的调整，才使我们的存在成为可能。在缺乏超自然解释的情况下（根据定义，这将超出科学的范畴），从 20 世纪 70 年代开始，许多物理学家和宇宙学家试图通过假设我们的宇宙只是众多现有宇宙之一来解决这个难题，每个宇宙都有其自身的定律。根据这种“人择”推理，我们可能只是恰好居住在罕见的宇宙中，那里恰好汇集了合适的条件来创造生命的可能性。
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令人惊讶的是，现代宇宙学中盛行的理论（该理论在 20 世纪 80 年代兴起）表明，这种“平行宇宙”可能真的存在——事实上，大量的宇宙会像我们宇宙在大爆炸中那样，不断地从原始真空中涌现出来。我们的宇宙可能只是一个更大的广阔空间（称为多元宇宙）中的众多口袋宇宙之一。在绝大多数这些宇宙中，物理定律可能不允许形成我们所知的物质或星系、恒星、行星和生命。但是，鉴于可能性的数量庞大，自然界有很好的机会至少一次获得“正确”的定律组合。
然而，我们最近的研究表明，其中一些其他宇宙（假设它们存在）可能并非如此不适宜居住。值得注意的是，我们已经找到了基本常数的替代值示例，因此也找到了物理定律的替代集合示例，这些示例可能仍然会产生非常有趣的世界，甚至可能产生生命。基本思想是改变自然定律的一个方面，然后对其他方面进行补偿性改变。
我们的工作没有解决理论物理学中最严重的精细调整问题： “宇宙常数”的微小性，正是由于这个常数，我们的宇宙才没有在大爆炸后不到一秒的时间内重新坍缩为虚无，也没有被指数级加速膨胀撕裂。尽管如此，替代的、潜在可居住的宇宙的例子提出了有趣的问题，并激发了对我们自身宇宙的独特性进行进一步研究的动力。
无弱力生命之道
科学家用来确定某个特定自然常数是否经过精细调整的传统方法是将该“常数”变成可调参数，并在保持所有其他常数不变的情况下对其进行调整。根据他们新修改的物理定律，科学家们随后“播放宇宙电影”——他们进行计算、假设情景或计算机模拟——以查看首先发生什么灾难。但是，没有理由一次只调整一个参数。这种情况类似于尝试通过仅改变纬度或仅改变经度来驾驶汽车，但两者都不改变：除非您在网格上行驶，否则您注定要冲出道路。相反，可以一次调整多个参数。
为了寻找仍然产生能够维持生命的复杂结构的其他定律集合，我们中的一位（佩雷斯）及其合作者并没有对已知的物理定律进行小的调整：他们完全消除了四种已知基本力中的一种。
顾名思义，基本力听起来像是任何像样的宇宙不可或缺的特征。如果没有强核力将夸克结合成质子和中子，并将它们结合成原子核，我们所知的物质就不会存在。如果没有电磁力，就不会有光；也不会有原子和化学键。如果没有引力，就不会有将物质聚结成星系、恒星和行星的力量。
第四种力，弱核力，在我们日常生活中表现得不太明显，但仍然在我们宇宙的历史中发挥了重要作用。除其他外，弱力使中子变成质子的反应成为可能，反之亦然。在大爆炸的最初瞬间，在夸克（最早出现的物质形式之一）结合成三组形成质子和中子（统称为重子）之后，四个质子组随后能够融合在一起并变成氦 4 核，氦 4 核由两个质子和两个中子组成。这种所谓的太初核合成发生在我们宇宙诞生后的几秒钟内，当时宇宙已经足够冷，可以形成重子，但仍然足够热，可以使重子发生核聚变。太初核合成产生了氢和氦，它们后来形成了恒星，在恒星中，核聚变和其他过程将产生几乎所有其他天然存在的元素。直到今天，四个质子融合形成氦 4 的过程仍在我们的太阳内部继续进行，它产生了我们从太阳接收到的大部分能量。
那么，如果没有弱核力，宇宙似乎不太可能包含任何类似于复杂化学物质的东西，更不用说生命了。然而，在 2006 年，佩雷斯的团队发现了一组物理定律，该定律仅依赖于自然界的其他三种力，并且仍然导致了一个宜人的宇宙。
消除弱核力需要对粒子物理学的所谓标准模型进行多项修改，标准模型是描述除引力之外的所有力的理论。该团队表明，可以进行调整，使得其他三种力的行为以及其他关键参数（例如夸克的质量）将与我们世界中的相同。我们应该强调，这种选择是保守的选择，旨在方便计算宇宙将如何展开。很可能存在范围广泛的其他“无弱力”宇宙，这些宇宙适合居住，但看起来与我们自己的宇宙截然不同。
在无弱力宇宙中，质子通常融合形成氦是不可能的，因为它需要两个质子转化为中子。但是，可能存在其他创造元素的途径。例如，我们的宇宙包含的物质比反物质多得多，但是对控制这种不对称性的参数进行微小调整就足以确保太初核合成会留下大量的氘核。氘，也称为氢 2，是氢的同位素，其原子核除了通常的质子外还包含一个中子。然后，恒星可以通过融合质子和氘核来制造氦 3（两个质子和一个中子）核来发光。
这种无弱力恒星比我们宇宙中的恒星更冷更小。根据普林斯顿大学天体物理学家亚当·伯rows的计算机模拟，它们可以燃烧约 70 亿年——大约是我们太阳的当前年龄——并且以太阳能量的百分之几的比率辐射能量。
下一代
就像我们宇宙中的恒星一样，无弱力恒星可以通过进一步的核聚变合成重达铁的元素。但是，在我们恒星中导致铁以外元素的典型反应将会受到损害，这主要是因为很少有中子可供原子核捕获以变成更重的同位素，这是形成更重元素的第一步。少量重元素（最多到锶）可能仍然可以通过其他机制在无弱力恒星内部合成。
在我们的宇宙中，超新星爆炸将新合成的元素扩散到太空，并合成更多的元素本身。超新星可以是多种类型的：在无弱力宇宙中，超大质量恒星坍缩引起的超新星爆炸将失败，因为正是通过弱力相互作用产生的neutrinos的发射将能量从恒星核心传输出来，从而维持引起爆炸的冲击波。但是，另一种类型的超新星——由吸积而不是引力坍缩触发的恒星的热核爆炸——仍然会发生。因此，元素可以扩散到星际空间，在那里它们可以为新的恒星和行星播种。
鉴于无弱力恒星相对较冷，一个无弱力类地天体必须比我们自己的地球靠近其太阳约六倍才能保持与我们自己的地球一样温暖。对于这样一个星球的居民来说，太阳看起来会大得多。无弱力地球在其他方面与我们自己的地球显着不同。在我们的世界中，板块构造和火山活动是由地球深处铀和钍的放射性衰变驱动的。如果没有这些重元素，典型的无弱力地球可能具有相对单调乏味的地质特征——除非引力过程提供了另一种热源，就像土星和木星的一些卫星上发生的那样。
另一方面，化学性质将与我们世界的化学性质非常相似。一个不同之处在于，元素周期表将在铁处停止，除了极少量的其他元素。但是，这种限制不应阻止类似于我们已知的生命形式进化。因此，即使是只有三种基本力的宇宙也可能适合生命存在。
我们中的另一位（詹金斯）及其合作者追求的另一种方法是通过对标准模型进行比无弱力宇宙情况更小的调整来寻找替代的定律集合，尽管仍然一次涉及多个参数。2008 年，该小组研究了六个夸克中最轻的三个夸克（称为上夸克、下夸克和奇异夸克）的质量可以在多大程度上变化而不会使有机化学成为不可能。改变夸克质量将不可避免地影响哪些重子和哪些原子核可以在不快速衰变的情况下存在。反过来，原子核的不同分类将影响化学性质。
夸克化学
似乎合理的推测是，智能生命（如果它与我们没有太大不同）需要某种形式的有机化学，根据定义，有机化学是涉及碳的化学。碳的化学性质源于其原子核具有 6 个电荷，因此中性碳原子中有 6 个电子在轨道上运行。这些特性使碳能够形成种类繁多的复杂分子。（科幻小说作家经常提出的生命可能基于硅——元素周期表中碳组中的下一个元素——的建议值得怀疑：已知不存在任何具有显着复杂程度的硅基分子。）此外，为了形成复杂的有机分子，需要存在具有氢（电荷 1）和氧（电荷 8）化学性质的元素。为了查看它们是否可以维持有机化学，该团队必须计算电荷为 1、6 或 8 的原子核是否会在参与化学反应之前发生放射性衰变。
原子核的稳定性部分取决于其质量，而其质量又取决于构成它的重子的质量。即使在我们宇宙中，从夸克的质量开始计算重子和原子核的质量也极具挑战性。但是，在调整夸克之间相互作用的强度之后，可以使用在我们宇宙中测量的重子质量来估计夸克质量的微小变化将如何影响原子核的质量。
在我们的世界中，中子大约比质子重 0.1%。如果夸克的质量发生变化，以至于中子比质子重 2%，那么就不会存在长寿命形式的碳或氧。如果调整夸克质量以使质子比中子重，那么氢原子核中的质子将捕获周围的电子并变成中子，因此氢原子不能长时间存在。但是氘或氚（氢 3）可能仍然稳定，并且某些形式的氧和碳也是如此。实际上，我们发现，只有当质子比中子重超过约 1% 时，才会不再存在某种稳定的氢形式。
用氘（或氚）代替氢 1，海洋将由重水组成，重水与普通水相比具有细微不同的物理和化学性质。尽管如此，在这些世界中，某种形式的有机生命进化似乎没有根本的障碍。
在我们的世界中，第三轻的夸克——奇异夸克——太重而无法参与核物理。但是，如果将其质量降低十分之一以上，则原子核不仅可以由质子和中子制成，还可以由包含奇异夸克的其他重子制成。
例如，该团队确定了一个宇宙，其中上夸克和奇异夸克的质量大致相同，而下夸克的质量要轻得多。那么原子核将不是由质子和中子组成，而是由中子和另一种重子组成，称为 Σ–（“西格玛负”）。值得注意的是，即使是这样一个截然不同的宇宙也将具有稳定的氢、碳和氧形式，因此可能具有有机化学。这些元素是否会大量产生，足以让生命在其中某个地方进化，这是一个悬而未决的问题。
但是，如果生命能够出现，它的发生方式将再次与在我们世界中发生的方式非常相似。这样一个宇宙中的物理学家可能会对上夸克和奇异夸克具有几乎相同的质量这一事实感到困惑。他们甚至可能想象，这种惊人的巧合具有人择解释，这是基于对有机化学的需求。然而，我们知道，这种解释是错误的，因为即使下夸克和奇异夸克的质量差异很大，我们的世界也具有有机化学。
另一方面，三个轻夸克的质量大致相同的宇宙可能没有有机化学：任何电荷超过几个单位的原子核几乎会立即衰变消失。不幸的是，详细绘制物理参数与我们自身不同的宇宙的历史非常困难。这个问题需要进一步研究。
弦理论景观
一些理论物理学家将精细调整作为多元宇宙的间接证据而引用。那么，我们的发现是否因此质疑多元宇宙的概念？我们认为不一定如此，原因有二。第一个原因来自观察，并结合了理论。天文数据有力地支持了以下假设：我们的宇宙最初是一个微小的时空区域，可能小到质子的十亿分之一，然后经历了一个快速的指数级增长阶段，称为暴胀。宇宙学仍然缺乏关于暴胀的明确理论模型，但理论表明，不同的区域可能以不同的速率膨胀，并且每个区域都可能形成一个“口袋”，该口袋可以成为一个独立的宇宙，其特征在于其自身的自然常数值 [参见安德烈·林德撰写的“自我复制的暴胀宇宙”；《大众科学》，1994 年 11 月]。口袋宇宙之间的空间将保持快速膨胀，以至于即使以光速也无法从一个口袋宇宙旅行或发送消息到下一个口袋宇宙。
怀疑多元宇宙存在的第二个原因是，一个量似乎仍然被精细调整到非常高的程度：宇宙常数，它代表了空虚空间中蕴含的能量量。量子物理学预测，即使是原本空虚的空间也必须包含能量。爱因斯坦的广义相对论要求所有形式的能量都施加引力。如果这种能量是正的，它会导致时空以指数级加速的速度膨胀。如果它是负的，宇宙将重新坍缩成“大挤压”。量子理论似乎暗示，宇宙常数应该非常大——无论是正方向还是负方向——以至于空间会膨胀得太快，以至于星系等结构没有机会形成，否则宇宙将在重新坍缩之前存在不到一秒的时间。
解释为什么我们的宇宙避免了这种灾难的一种方法可能是方程中的其他项抵消了宇宙常数的影响。问题在于，该项必须经过极其精确的精细调整。即使在小数点后第 100 位出现偏差，也会导致宇宙没有任何重要的结构。
1987 年，德克萨斯大学奥斯汀分校的诺贝尔奖获得者理论家史蒂文·温伯格提出了人择解释。他计算了宇宙常数值的上限，该上限仍然与生命相容。如果该值再大一些，空间就会膨胀得太快，以至于宇宙将缺乏生命所需的结构。从某种意义上说，我们自身的存在预示了该常数的低值。
然后，在 20 世纪 90 年代后期，天文学家发现宇宙确实在加速膨胀，这是由一种神秘形式的“暗能量”推动的。观测到的速率暗示宇宙常数是正的且微小的——在温伯格预测的范围内——这意味着暗能量非常稀薄。
因此，宇宙常数似乎被精细调整到了异常高的程度。此外，我们的团队应用于弱核力和夸克质量的方法似乎在这种情况下失败了，因为似乎不可能找到宇宙常数明显大于我们观察到的值的宜人宇宙。在多元宇宙中，绝大多数宇宙可能具有与任何结构的形成都不相容的宇宙常数。
与动作片类比相反，一个真实世界的类比是派遣数千人徒步穿越多山沙漠。少数幸存下来的人可能会讲述充满悬念、与毒蛇相遇以及其他与死神擦肩而过的故事，这些故事似乎太离奇而不真实。
植根于弦理论（标准模型的投机性扩展，试图将所有力描述为微观弦的振动）的理论论证似乎证实了这种情况。这些论证表明，在暴胀期间，宇宙常数和其他参数可能已经采用了几乎无限范围的不同值，称为弦理论景观 [参见拉斐尔·布索和约瑟夫·波尔钦斯基撰写的“弦理论景观”；《大众科学》，2004 年 9 月]。
然而，我们自己的工作确实对人择推理的有用性提出了一些疑问，至少在宇宙常数的情况之外是这样。它也提出了重要的问题。例如，如果生命真的有可能在无弱力宇宙中存在，那么为什么我们自己的宇宙根本就存在弱力呢？事实上，粒子物理学家认为我们宇宙中的弱力在某种意义上来说不够弱。在标准模型中，其观测值似乎异常强。（对这个谜团的主要解释需要存在新的粒子和力，物理学家希望在日内瓦附近的欧洲核子研究中心新开放的大型强子对撞机上发现它们。）
因此，许多理论家预计，大多数宇宙的弱相互作用将非常微弱，以至于实际上不存在。那么，真正的挑战可能是解释为什么我们没有生活在无弱力宇宙中。
最终，只有对宇宙如何诞生的更深入的了解才能回答这些问题。特别是，我们可能会发现更基本层面的物理原理，这些原理暗示自然界更喜欢某些定律组合而不是其他定律组合。
我们可能永远找不到任何其他宇宙存在的直接证据，而且我们肯定永远无法访问其中一个宇宙。但是，如果我们想了解我们在多元宇宙中的真实位置——或者说，在那里的任何东西，我们可能需要更多地了解它们。