人文科普:物理如何證明上帝的存在?
來源:利維坦
發布時間:2021-04-07
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既然是(宇宙)規則的創立者,那麽(me) 創立者可以超越自己設定的規則嗎?一個(ge) 不可知論者對於(yu) 這個(ge) 問題的回答估計是簡單明了的:不論這個(ge) “上帝”是宗教意義(yi) 上的,還是為(wei) 了表述一種科學無法解釋的“超自然力量”,我都無法回答——即沒有答案就是答案本身。“我曾在一次研討會(hui) 上聽到下麵這個(ge) 問題——當時我還相信上帝(現在我是無神論者)——這個(ge) 問題最初是由愛因斯坦提出的,它的優(you) 雅和深刻令我震驚:“如果存在這樣一位上帝,他創造了整個(ge) 宇宙及其所有的物理法則,那麽(me) 上帝是否遵循上帝自己的法則?還是說,上帝可以取代他自己的法則,比如超越光速,從(cong) 而能夠同時存在於(yu) 兩(liang) 個(ge) 不同的地方?”這個(ge) 問題的答案能否幫助我們(men) 證明上帝是否存在,還是說,這是科學經驗主義(yi) 和宗教信仰交叉之處,因而沒有真正的答案?”

——大衛·弗羅斯特(David Frost),67歲,洛杉磯。

當我收到這個(ge) 問題的時候,我正因疫情封鎖措施待在家中,因此立刻被它激起了興(xing) 趣。這也難怪,畢竟時機恰好——諸如大流行病之類的悲劇事件經常讓我們(men) 質疑上帝的存在:如果真有一位仁慈的上帝,為(wei) 什麽(me) 會(hui) 發生這樣的災難?上帝可能被物理定律“束縛”的這種想法——物理定律也支配著化學和生物學,因此也決(jue) 定了醫學的邊界——是一個(ge) 值得探索的有趣觀點。

如果上帝不能打破物理定律,祂可能就不會(hui) 像你想象的那樣,有如絕對存在一樣強大。但是如果祂做得到的話,為(wei) 什麽(me) 我們(men) 還沒有看到任何證據表明,宇宙中曾有物理定律被打破過呢?

為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題,讓我們(men) 把它分解一下。首先,上帝能比光速更快嗎?我們(men) 隻從(cong) 問題的表麵含義(yi) 來回答。光的傳(chuan) 播速度大約為(wei) 每秒3×105公裏,即每秒186,000英裏(299,500公裏/秒)。我們(men) 在學校裏學過,沒有什麽(me) 能比光速更快——即使是《星際迷航》(Star Trek)中的聯邦星艦企業(ye) 號(USS Enterprise),當它的二鋰礦結晶引擎(dilithium)被調到最大值時也不行。

但這是真的嗎?

數年前,一群物理學家構想了一種被稱為(wei) 快子(tachyon)的粒子,它以超光速運動。幸運的是,人們(men) 認為(wei) 這種粒子不太可能真實存在。如果它們(men) 確實存在,那麽(me) 它們(men) 將擁有一個(ge) 虛質量(譯者注:imaginary mass,即靜止質量必須為(wei) 虛數),空間和時間的結構將被扭曲——這會(hui) 導致因果關(guan) 係的違背(並且很可能會(hui) 讓上帝頭疼)。

到目前為(wei) 止,似乎還沒有發現任何物體(ti) 的速度能夠超過光速。這本身並不能說明任何與(yu) 上帝有關(guan) 的事。它隻是進一步證實了“光的傳(chuan) 播速度確實很快”這一星空体育官网入口网站。

如果上帝存在,一個(ge) 問題就在於(yu) ,祂是否會(hui) 受到物理學等科學定律的約束。© Alamy

當你開始考慮光從(cong) 萬(wan) 物伊始至今傳(chuan) 播了多遠時,事情就變得有趣些了。假設宇宙符合傳(chuan) 統的大爆炸模型,並假設光速為(wei) 3x105公裏/秒,那麽(me) 我們(men) 就可以計算出,在宇宙存在的138億(yi) 年中,光傳(chuan) 播了大約1.3x1023公裏。或者更確切地說,在宇宙之存在的可觀測的部分裏,光傳(chuan) 播了那麽(me) 遠。

宇宙以大約每兆秒差距70公裏/秒的速度膨脹(1 Mpc/Megaparsec=1兆秒差距,大約為(wei) 3000萬(wan) 公裏),因此目前的估計表明,到宇宙邊緣的距離是460億(yi) 光年。隨著時間的推移,宇宙的體(ti) 積不斷增加,光必須傳(chuan) 播更長的時間才能到達我們(men) 這裏。

宇宙比我們(men) 能看到的要大得多,但是我們(men) 目前能看到的最遙遠的天體(ti) 是由哈勃太空望遠鏡觀測到的GN-z11星係。它大約位於(yu) 1.2x1023公裏或134億(yi) 光年之外,這意味著從(cong) 該星係發出的光到達地球用了134億(yi) 年。但是在光線“出發”時,這個(ge) 星係距離我們(men) 的銀河係隻有大約30億(yi) 光年。

GN-z11是一個(ge) 在大熊座發現的高紅移星係,為(wei) 目前可觀測宇宙中最古老、最遙遠的已知星係。© wikipedia

我們(men) 無法觀測或看清自大爆炸以來擴張建立的整個(ge) 宇宙,因為(wei) 要讓光從(cong) 世界伊始的幾分之一秒到達我們(men) 這裏,流逝過的時間還不足夠。一些人認為(wei) ,我們(men) 因此無法確定物理定律是否可以在其他宇宙區域被打破——也許它們(men) 隻是局部的、偶然的定律。這就把我們(men) 引向了一個(ge) 比宇宙還要大的東(dong) 西。

多元宇宙

許多宇宙學家認為(wei) ,宇宙(Universe)可能是一個(ge) 更廣闊的宇宙係(cosmos)、一個(ge) 多元宇宙(multiverse)的一部分,在那裏有許多不同的宇宙共存,但不相互作用。多元宇宙的觀點是基於(yu) 宇宙暴脹理論(the theory of inflation)的——暴脹理論認為(wei) 宇宙在大爆炸後的10-32秒之前曾急速暴脹。暴脹理論是一個(ge) 重要的理論,因為(wei) 它可以解釋為(wei) 什麽(me) 宇宙具有我們(men) 所看到的形狀和結構。

但是,假如膨脹能夠發生一次,為(wei) 什麽(me) 不能發生很多次呢?我們(men) 從(cong) 實驗中知道,量子漲落可以產(chan) 生成對的粒子,它們(men) 突然出現,但片刻後就消失。如果這種漲落能夠產(chan) 生粒子,為(wei) 什麽(me) 不能產(chan) 生整個(ge) 原子或宇宙呢?有人認為(wei) ,在混沌暴脹期間,一切並非都以同樣的速率發生——暴脹期間的量子漲落可能產(chan) 生了氣泡,而這些氣泡各自爆炸形成了宇宙。

但是在多元宇宙中,上帝的位置在哪裏呢?令宇宙學家頭疼的一個(ge) 事實是,我們(men) 的宇宙似乎已經微調到了適合生命存在的狀態。宇宙大爆炸產(chan) 生的基本粒子具有能夠形成氫和氘的合適性質——而這些物質構成了第一批恒星。

在這些恒星中,控製核反應的物理定律隨即生成了構成生命的物質——碳、氮和氧。為(wei) 什麽(me) 宇宙中所有的物理定律和參數具有的數值都恰好能令恒星、行星,以及——最終——生命形成?

有人認為(wei) 這隻是一個(ge) 幸運的巧合。其他人說,我們(men) 不應為(wei) “生物友好”的物理定律感到驚訝——畢竟是它們(men) 產(chan) 生了我們(men) ,那麽(me) 我們(men) 還能看到什麽(me) 呢?然而,一些有神論者認為(wei) ,這表明存在一位為(wei) 生物創造了有利條件的上帝。

但上帝並不是一個(ge) 合理的科學解釋。相反,多元宇宙理論解決(jue) 了這個(ge) 謎團,因為(wei) 它允許不同的宇宙有不同的物理定律。所以,我們(men) 碰巧在少數幾個(ge) 能夠支持生命存在的宇宙中發現了我們(men) 自己,這並不奇怪。當然,你無法反駁多元宇宙可能是由上帝創造的觀點。

如果兩(liang) 個(ge) 粒子糾纏在一起,當你操縱其中一個(ge) 粒子時,你也在自動操縱它的關(guan) 聯粒子。這一切都是高度假設的,而對多元宇宙理論最大的批評之一在於(yu) ,因為(wei) 我們(men) 的宇宙似乎和其他宇宙之間沒有相互作用,所以多元宇宙的概念不能得到直接的檢驗。

量子怪誕性(Quantum weirdness)

現在,讓我們(men) 考慮一下上帝是否可以同時出現在多個(ge) 地方。我們(men) 在空間科學中使用的大部分科學技術都是基於(yu) 反直覺的原子和粒子的微觀世界理論,這一理論被稱為(wei) 量子力學。

這一理論支持一種叫做量子糾纏的現象:鬼魅般地相連的粒子。如果兩(liang) 個(ge) 粒子處於(yu) 糾纏狀態,當你操縱其中一個(ge) 粒子時,你也在自動操縱它的關(guan) 聯粒子,即使它們(men) 相距很遠,也沒有在相互作用。對於(yu) 量子糾纏的描述,有其他版本比我在這裏給出的更好——但是這一版表述很簡單,足以讓我理解。

想象一個(ge) 粒子衰變成兩(liang) 個(ge) 亞(ya) 粒子A和B。亞(ya) 粒子的性質疊加後必須與(yu) 原粒子的性質等同——這就是守恒定律。例如,所有的粒子都有一個(ge) 叫做“自旋”的量子性質——大致而言,它們(men) 就像是小小的羅盤磁針一樣運動。如果原始粒子的“自旋”為(wei) 零,那麽(me) 兩(liang) 個(ge) 亞(ya) 粒子中的一個(ge) 必須自旋為(wei) 正,另一個(ge) 必須自旋為(wei) 負,這意味著A和B中的每一個(ge) 都有50%的機會(hui) 具有正自旋或負自旋。(根據量子力學的理論和定義(yi) ,在你真正測定粒子之前,粒子處於(yu) 不同狀態的混合態。)

愛因斯坦將量子糾纏描述為(wei) “鬼魅般的超距作用”。© Getty Images即使A和B位於(yu) 不同行星上的不同實驗室中,它們(men) 的性質也不是彼此獨立的——它們(men) 是糾纏在一起的。假如你測量A的自旋,發現它是正的,那麽(me) 想象一下,一個(ge) 朋友恰好在你測量A時測量了B的自旋。為(wei) 了使守恒定律成立,她必然會(hui) 發現B的自旋是負的。

但是——這就是事情變得模糊的地方——和亞(ya) 粒子A一樣,B有一半的概率是正自旋,所以當A的自旋態被測定為(wei) 正時,它的自旋態“變成了”負的。換句話說,關(guan) 於(yu) 自旋態的信息在兩(liang) 個(ge) 亞(ya) 粒子之間瞬間傳(chuan) 遞。這種量子信息的傳(chuan) 遞速度明顯快於(yu) 光速。鑒於(yu) 愛因斯坦本人都將量子糾纏描述為(wei) “鬼魅般的超距作用”,我認為(wei) 就算我們(men) 所有人都覺得這是一種相當奇異的效應,也是有情可原的。

因此,畢竟還是有一種東(dong) 西比光速更快:量子信息。這並不能證明或反駁上帝的存在,但是它可以幫助我們(men) 從(cong) 物理的角度來認識上帝——上帝也許是一團糾纏的粒子,來回傳(chuan) 遞量子信息,並因此同時存在於(yu) 許多地方?甚至同時存在於(yu) 多個(ge) 宇宙?

科學需要證據,宗教信仰需要信念

我腦海中有這樣一幅畫麵:上帝轉著星係大小的盤子,同時拋接著行星大小的球——將信息從(cong) 一個(ge) 晃晃悠悠的宇宙扔到另一個(ge) 中,以保持一切運轉。幸運的是,上帝可以同時操作多項任務——保持時間和空間的結構不停運作。你所需要的隻是一點點信念(faith)。

這篇文章是否已經接近於(yu) 回答開篇提出的問題?我想沒有:如果你像我一樣相信上帝,那麽(me) 上帝被物理定律束縛的想法就是胡說八道,因為(wei) 上帝可以做任何事情,甚至比光行得更快。如果你不相信上帝,那麽(me) 這個(ge) 問題同樣是荒謬的,因為(wei) 不存在上帝,也不存在什麽(me) 事物能比光速更快。也許這個(ge) 問題實際上該交給不可知論者回答,他們(men) 不清楚上帝是否存在。

上帝是否一邊在拋接行星大小的球時,一邊旋轉銀河係大小的盤子?© 美國國家航空航天局

這的確是科學和宗教的不同之處。科學需要證據,而宗教信仰需要信念。科學家們(men) 並不試圖證明或反駁上帝的存在,因為(wei) 他們(men) 知道沒有任何一個(ge) 實驗能夠探測到上帝。而且,如果你相信上帝,那麽(me) 科學家對宇宙的發現就無關(guan) 緊要了——任何宇宙都可以被認為(wei) 是與(yu) 上帝一致的。

我們(men) 對上帝、物理或其他事物的看法最終取決(jue) 於(yu) 我們(men) 的視角。但是,讓我們(men) 從(cong) 一個(ge) 真正權威的來源引用一句話來收尾。不,不是《聖經》。也不是哪本宇宙學教科書(shu) 。這句話來自特裏·普拉切特(Terry Pratchett,英國奇幻文學作家)的《靈魂收割者》(Reaper Man):

“光覺得它跑得比任何事物都快,可它錯了。無論它跑得多快,黑暗總是先它一步到達,並且等待著它的光臨(lin) 。”

文/Monica Grady

譯/苦山


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