宇宙是科学定律形成还是神作,霍金用浅显的道理帮我们释疑

1 Is there a God? 上帝存在吗?
科学正在越来越多地回答曾经是宗教领域的问题。宗教是回答我们都问的问题的早期尝试:为什么我们在这里,我们来自何方?很久以前,答案几乎总是千篇一律:众神创造万物。世界是一个可怕的地方,所以即使像维京人一样强硬的人也相信超自然的存在,由此来理解诸如闪电、风暴、日食、月食等自然现象。如今,科学提供了更好、更一致的答案,但人们总是依附宗教,因为它给予了安慰,而他们不信任或不理解科学。
几年前,《泰晤士报》在头版刊登了一篇文章,标题是:“霍金说:上帝并未创造宇宙。”文章附有插图。上帝的形象取自米开朗琪罗的一幅画,显得拥有雷霆万钧的威力。他们印了一张我显得颇为自得的照片。他们让我们看起来像是在进行一场决斗。但我对上帝不抱怨恨。我不想给人留下这样的印象,似乎我的研究是关于证明或反驳上帝的存在。我的研究是要找到理解围绕我们四周的宇宙的合理框架。
几个世纪以来,人们认为像我一样的残疾人是生活在上帝的诅咒之下的。好吧,我想我可能使那里的某位感到不高兴,但我更愿意认为,一切都可以由自然定律给予另一种解释。如果你像我一样相信科学,你就会相信存在永远得遵守的一些定律。如果你愿意,你可以说这些定律是上帝的杰作,但那更是对上帝的定义,而非对其存在的证明。大约公元前300年,一位名叫阿利斯塔克的哲学家被日食、月食迷住了,特别是月食。他很勇敢地质疑它们是否真的是由神造成的。阿利斯塔克是一个真正的科学先驱。他小心翼翼地研究了天穹并获得一个大胆的结论:他意识到月食其实是地球的阴影越过月球,而不是一个神圣的事件。这一发现使他心灵解放,他能够弄清他的上空真正发生的事情,并绘制显示太阳、地球和月球的真实关系的图。从那里他得出了更为非凡的结论。他推断出地球不像众人以为的那样是宇宙的中心,而是围绕着太阳运行的。事实上,理解这种安排就解释了所有的日食和月食。当月球在地球上投下阴影时,就会发生日食。当地球遮挡月球时,就会发生月食。但是阿利斯塔克又更进了一步。不像他同时代的人以为的那样,他认为星星并非天穹上的缝隙漏下的一缕光,那些星星是其他的太阳,就像我们的太阳一样,只不过离得非常远。这是多么令人惊叹的发现啊!宇宙是一个受原理或定律制约的机器。这些定律是人类头脑可以理解的。
我相信这些定律的发现是人类最大的成就,因为正是我们现在所称的这些自然定律将告诉我们究竟是否需要一位神来解释宇宙。自然定律描述了事物在过去、现在和未来的实际运行方式。在网球比赛中,球总是准确到达自然定律预告的位置。此外还有许多其他定律也在起作用。它们控制着正在发生的一切,从在运动员肌肉中如何产生射击的能量,到他们脚下的草的生长速度。但真正重要的是,这些物理定律以及定律之不可变是普适的。它们不仅适用于一个球的飞行,还适合于一个行星,以及宇宙中的其他一切的运动。与人类制定的法律不同,自然定律不能被打破。那就是为什么它们如此强大,而从宗教角度看时,也是有争议的。
如果你像我一样接受自然定律是固定的,那么很快就会接着问:上帝有什么作用?这是科学和宗教之间矛盾的重要部分,虽然我的观点作为头条新闻亮出,但这实际上是一场古老的冲突。人们可以将上帝定义为自然定律的化身。然而,这并不是大多数人心目中的上帝。他们的意思是,上帝要像人一样地存在,与之可有个人关系。当你仰望无比浩瀚的天穹,栖居宇宙中的人生是如此微不足道和偶然啊,这似乎极其难以置信。
我在非个人意义上使用“上帝”这个词,正如爱因斯坦那样,以之表述自然定律,所以知道了上帝的心灵正是了解了自然定律。我的预测是,到21世纪末,我们将会知道上帝的心灵。
现在剩下的一个领域,宗教可以有发言权的是宇宙的起源,但即使在这里,科学也正在取得进展,应该很快就能提供关于宇宙如何开始的确切答案。我出版了一本书,询问上帝是否创造了宇宙,引起了一些轰动。对科学家在宗教问题上居然说三道四,人们感到不快。我不想告诉任何人该相信什么,但对我而言,问上帝是否存在是一个有效的科学问题。毕竟,很难想象一个比什么或谁创生了并控制宇宙更重要或更基本的奥秘。
根据科学定律,我认为宇宙是自发地从无创生出来的。科学的基本假设是科学决定论。在给定某一时刻的宇宙的状态后,科学定律就确定宇宙的演化。这些定律可由也可不由上帝颁布,但他不能干涉使之违反定律,否则它们就不算是定律。这就留给上帝选择宇宙的初始状态的自由,但即使在这里似乎也可能存在定律。所以上帝也许根本就没有自由。
不管宇宙的复杂性和多样性,制造一个宇宙其实只需要三种成分。试想象我们可以在某种宇宙食谱中列出它们。那么我们烹饪宇宙所需的三种成分是什么?首先是物质——有质量的东西。物质就在我们身边,脚下的地中和太空外面。灰尘、岩石、冰、液体。巨大的气体云、恒星的巨大螺旋,每个都包含数十亿个太阳,向外延伸到令人难以置信的距离。
你需要的第二种成分是能量。即使你从未思考过它,我们都知道能量是什么。那是我们每天都遇到的东西。仰望太阳你可以在脸上感受到它:那是9 300万英里(1英里=1.609千米)外的一个恒星产生的能量。能量渗透宇宙,它驱动使宇宙永远充满活力,并不断变化的过程。
这样我们有了物质,我们有了能量。为了建立宇宙,我们需要的第三种成分是空间。很多空间。你可以说宇宙有很多品质——可怕、美丽、暴烈。但有一个品质和它毫不相干,那就是狭窄。无论我们朝哪里看,我们都看到空间,更多空间,更多更多的空间。空间向所有方向伸展。它足以使你头晕。那么所有的这一切,物质、能量和空间又是从何而来呢?直到20世纪我们才明白。
答案来自一个人的洞察力。此人可能是有史以来最杰出的科学家。他的名字叫阿尔伯特·爱因斯坦。遗憾的是,我从未见到他,因为他去世时我才13岁。爱因斯坦意识到某种极其非凡的东西:制造宇宙所需的两种主要成分,质量和能量,基本上是一个东西,如果你愿意的话,可以说两者是同一枚硬币的两面。他著名的等式E=mc2只是意味着质量可以被认为是一种能量,反之亦然。所以我们现在可以说,宇宙并没有三种成分,它仅有两种成分:能量和空间。那么,所有这些能量和空间又是从何而来的呢?科学家经过数十年的研究后找到了答案:空间和能量是在我们现在称为大爆炸的事件中自发产生的。
在大爆炸的那一刻,整个宇宙出现,伴随着空间。这一切都胀大,就像气球被吹大一样。那么所有这些能量和空间从何而来?这充满能量的整个宇宙,这极端广袤的空间及其包容的万物,如何无中生有?
对于一些人来说,这是上帝重新进入角色之处。正是上帝创造了能量和空间。大爆炸是创生的时刻。但科学讲的是另一个故事。冒着陷入麻烦的风险,我想我们更能理解恐吓维京人的自然现象。我们甚至可以超越爱因斯坦所发现的能量和物质的美丽对称。我们可以利用自然定律来解决宇宙的起源本身,并发现是否上帝的存在是唯一的解释。
我于第二次世界大战后在英国长大,那是一个节衣缩食的时期。我们被告知你永远不会无代价地得到任何东西。但现在,经过一生的研究,我认为实际上可以免费获得整个宇宙。
宇宙大爆炸核心的巨大神秘之处在于,解释不可思议的巨大的、拥有空间和能量的整个宇宙如何能无中生有。其秘密在于我们的宇宙最奇怪的一个事实。物理定律要求存在某种叫作“负能量”的东西。
为了帮助你理解这个奇怪的但很关键的概念,让我借鉴一个简单的比喻。想象一下,一个人想在平地上建造一座小山。那座山将代表宇宙。为了造这座小山,他在地上挖了一个洞并用土来堆他的山。当然他不只是在建一座小山,他还挖了一个洞,实际上是山的一个负版本。那个洞里面的东西现在已经变成山丘,所以这一切都完美地平衡。这就是宇宙开端背后的原理。
大爆炸产生了大量的正能量,它同时也产生同样多的负能量。通过这种方式,正的和负的加起来总是为零。这是自然的另一个定律。
那么今天这些负能量在哪里呢?它在我们宇宙食谱中的第三种成分中:它在空间中。这可能听起来很奇怪,但根据引力和运动的自然定律——科学中最古老的那些定律——空间本身就是一个巨大的负能量仓库,足以确保一切加起来为零。
我得承认,除非你喜爱数学,这些很难掌握,但这是真的。数十亿个星系的无尽网络,每个星系都由引力相互拉扯,就像一个巨大的存储设备一样运行。宇宙就像一个储存负能量的巨大电池。事物的正面——我们今天看到的质量和能量——就像那座小山,相应的洞或事物的负面遍布整个太空。
那么在我们寻找是否存在上帝的过程中,这意味着什么呢?这意味着,如果宇宙叠加起来是无,那么你就不需要上帝来创造它。宇宙是彻彻底底的“免费午餐”。
既然我们知道正的和负的加起来都是零,那么我们现在需要做的就是弄清楚——或者我敢说——是谁首先触发了整个过程。是什么能够导致宇宙的自发出现?起初,这似乎是一个令人困惑的问题。毕竟,在我们的日常生活中,东西不会凭空出现。你想喝咖啡时,你做不到只用手指点击就可召唤来一杯咖啡。你必须用咖啡豆、水,也许还有一些牛奶和糖来制作它。但是进入这个咖啡杯,通过牛奶颗粒,一直到原子水平,一直到亚原子水平,你进入了一个世界,在这个世界里,可以变戏法般地从无创生出某种东西。至少在短时间可能这样。那是因为,在这个尺度上,粒子譬如质子的行为符合量子力学的自然定律。他们真的可以随机出现,持续一段时间,然后再次消失,重新出现在别的地方。
因为我们知道宇宙本身一度非常小——也许比质子还小。这意味着某种非常了不起的东西。它意味着宇宙本身,尽管令人难以置信地广阔而复杂,在不违反已知的自然定律的情况下,可以就这样突然出现。从那一刻开始,随着空间本身的膨胀,数量巨大的能量被释放出来,而空间正是一个存放平衡账簿所需的全部负能量的地方。当然再次引出一个关键问题:上帝创造了允许发生大爆炸的量子定律吗?简而言之,我们需要一位上帝预先设置以使大爆炸可以爆炸吗?我不想冒犯任何有信仰的人,但我认为科学有比神圣的造物主更令人信服的解释。
我们的日常经验让我们认为,发生的一切必须由某些发生在较早时期的事情引起,所以自然认为一定是某种事物——也许是上帝——导致了宇宙的产生。但是,当我们将宇宙作为一个整体来谈论时,就未必如此了。让我来解释一下。想象一条河沿着山边流下。那么是什么造成了河流?嗯,也许是早先在山上降下的雨。但是,那又是什么导致降雨?一个很好的答案就是太阳,它照在海洋上,将水蒸气升空,形成云层。那么是什么导致了太阳照耀?嗯,如果我们看到太阳的内部,我们就会看到称为聚变的过程,其中氢原子连接形成氦,在此过程中释放出大量的能量。到现在为止一切都挺好。但是氢从哪里来?答:大爆炸。但这里至关重要。自然本身的定律告诉我们,宇宙不仅像质子,不需任何辅助就突然涌现,宇宙还不需要任何能量,而且大爆炸由无产生是可能的,就是无。
对此进行解释的依据是回到爱因斯坦的理论,以及他对宇宙中的空间和时间如何在根本上交织在一起的见解。大爆炸瞬间发生了一件对时间非常关键的事情,时间本身开始了。
要理解这个令人费解的思想,可以考虑在太空飘浮的黑洞。一个典型的黑洞是一颗质量大到向自身坍缩了的恒星。它的质量如此大,即使光也不能逃脱它的引力,这就是为什么它几乎完全是黑的。它的引力如此强大,它不仅会弯曲光线,还会扭曲时间。要想知道这是如何进行的,想象一台时钟正被吸入进去。随着时钟越来越接近黑洞,它开始变得越来越慢。时间本身开始减速。现在想象一台进入黑洞的时钟——嗯,当然假设它可以承受极端的引力——它实际上停止了。它之所以停止,不是因为它被毁坏了,而是因为在黑洞内部时间本身并不存在。而这正是宇宙开始时发生的事情。
在过去的一百年里,在对宇宙的理解方面,我们取得了惊人的进步。现在我们知道制约所有事物的定律,除了最极端条件之外,例如宇宙的起源或黑洞。我相信,时间在宇宙开始时所扮演的角色是消除对大设计师的需求,时间是揭示宇宙如何创生自己的最终关键。
当我们在时间中回到宇宙大爆炸的那一刻,宇宙变得越来越小,直到它最终达到这样的程度,即整个宇宙是一个如此小的空间,它实际上是一个无限小的、无穷密集的黑洞。就像在太空中飘浮的现代黑洞一样,自然规律确定了一些非常特别的东西。它们告诉我们,在这里时间本身也必然停止。因为在大爆炸之前没有时间,所以你不可能到达大爆炸之前的时刻。我们终于找到了一个没有原因的东西,因为没有时间让一个原因存在其中。对我而言,这意味着没有造物主的可能性,因为没有时间让造物主存在其中。
人们想要得到大问题,比如为什么我们在这儿的答案。他们估计答案不会简单,所以他们准备好要努力理解。当人们问是否是一位上帝创造了宇宙,我告诉他们那个问题本身毫无意义。大爆炸之前不存在时间,所以没有时间让上帝在其中创造宇宙。它就像询问到地球边缘的方向一样——地球表面是一个没有边缘的球面,所以寻找其边缘是徒劳的。
我有信仰吗?我们每个人都可以自由地相信我们想要相信的,而我认为最简单的解释是不存在上帝。没有谁创造宇宙,也没有谁指引我们的命运。这让我彻底醒悟:可能没有天堂也没有来世。我认为相信来世只是痴心妄想。它没有可靠的证据,它和我们在科学中所知道的一切相悖。我认为当我们死的时候,我们会回到尘埃。不过在某种意义上我们还继续活着,在我们的影响中,在我们传给了孩子的基因中。我们拥有这一生,得以欣赏宇宙的宏伟设计,为此我极度感恩。
●
上帝的存在和你对宇宙开端和终结的理解如何 相协调?如果上帝存在并且你有机会见到他, 你会问他什么?
“问题该是,‘宇宙开始的方式是由上帝出于我们不理解的原因选择的,还是由科学定律决定的?’我相信第二个。如果你愿意,你可以将科学定律称为‘上帝’,但它不会是你会遇到的并向他提问题的人格化的上帝。不过,如果存在这样的一位上帝,我想问他对任何像在11维中的M理论那样复杂的东西如何作想。”
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