大数假说

到20世纪，科学家们在研究自然现象过程中发现了许多物理定律，这些定律既定性地说明了物理现象，又揭示了各种物理量之间关系。这些物理定律中或多或少有各种常数，如光速C，普朗克常数h，引力常数G，电子电荷e，电子质量me，质子质量m_p，哈勃常数H，宇宙平均密度p等等。现代物理学理论依据的基本假设，是一些基本物理常数的永恒不变性。这些常数有的有量纲，改变所选用的单位，就改变了这些常数的数值；物理学中更为重要的是一些无量纲数（它们是有共同单位的常数比值）。一些和所用单位无关的无量纲数，有些和1相差不太远，如hc/e，近似等于137，质子质量和电子质量之比mp/me约为1840；另一些则特别大，如氢原子中电子和质子间的电力和引力之比ke²/Gmpm_e就约为2×10³⁹。物理学家们相信，这些数字最后都将找到一种解释，对于特别大的数，要找到一种合理的解释就在于把它们和宇宙现在的年龄联系起来，如果把它用原子单位(如e2/mec²)表示，宇宙年龄变为7×10³⁹。十分接近于前面的大数；考虑以质子质量为单位表示的宇宙总质量(如果宇宙无限，就用正比小于c/2的速度退离我们的那一部分宇宙的总质量来代替)，作一个合理的估计，可以得到一个大约是10⁷⁸的值。这三个大数按先后顺序以a_1、a₂、a₃表示，三者是a₁＝a₂＝它们是有共同单位的常数比值。一些和所用单位无关的无量纲数，有些和1相差不太远，如hc/e，近似等于137，质子质量和电子质量之比mp/me约为1840；另一些则特别大，如氢原子中电子和质子间的电力和引力之比ke²/Gmpm_e就约为2×10³⁹。物理学家们相信，这些数字最后都将找到一种解释，对于特别大的数，要找到一种合理的解释就在于把它们和宇宙现在的年龄联系起来，如果把它用原子单位(如e2/mec²)表示，宇宙年龄变为7×10³⁹。十分接近于前面的大数；考虑以质子质量为单位表示的宇宙总质量(如果宇宙无限，就用正比小于c/2的速度退离我们的那一部分宇宙的总质量来代替)，作一个合理的估计，可以得到一个大约是10⁷⁸的值。这三个大数按先后顺序以a_1、a₂、a₃表示，三者是a₁＝a₂＝(a₃)1/2≈10³⁹。10³⁹这个大数意味着什么？是“巧合”，还是另有一种内在必然性呢？这就是20世纪30年代物理学中由狄拉克(P·A·M·Dirac)提出的所谓“大数之谜”。
为了解开这个谜，1937年起狄拉克在深入研究的基础上提出了“大数假说”。此后，世界上许多物理学家进行各种观测，提出了种种假说。60年代以后，狄拉克研究宇宙学进一步阐述自己的思想，于1975年又发表了《大数假说及其后果》和《宇宙学与引力常数》的演讲，指出10³⁹这个无量纲大数是表征宇宙总体特征的量(如宇宙年龄、宇宙总质量)和表征微观世界的量(如质子质量、原子时标等)联系起来，正是这无量纲大数表现了我们生活在其中的宇宙，表现了我们的物理世界。10³9这个无量纲大数是宇宙演化到现在所具有的特定值，是我们宇宙现在的根本特征。
从狄拉克提出的大数假说还作出了引力常数G随时间减小（引力在减弱）和物质在不断创生的推论，引起了科学上和哲学上的争论。