新物理學思考 (2 ) 創生有道

新物理學思考 (2 ) - 創生有道

2002年前發表於 宗教論壇

秦時月

本係列第一帖貼出後得到網友們的不少回應, 有人以為我要用科學理論來證明上帝的存在. 其實, 這種觀點是有些誤解. 正如我在第一帖中指出的, 科學是個不斷改錯的過程, 用某一階段的科學理論來證明或反證聖經真理都是極其危險的, 因為科學理論會不斷改變完善. 而我比較聖經真理和科學發
現主要旨在闡述科學的進程, 鮮明科學發展與聖經真理不斷逼近的趨勢. 因為我認為聖經神學和科學都在不斷深入, 最終必要走到一起. 這個思想奠定在上帝用聖經和自然啟示他自己這個根基上. 所以宇宙大爆炸理論不會是最終理論, 它有自己的致命傷, 必然會被修正, 但科學發現與聖經真理的逼近卻是肯定的. 這些都是題外話了, 還是言歸正傳.

我們作為現有時空裏的人類要研究時空的創生, 是一件極其困難的事情, 這點是顯而易見的. 在這裏有幾個問題困惑著我們, 它們是:

(1). 為什麽會有我們的宇宙時空?
(2). 我們的時空是怎樣創生的?
(3). 我們時空的物質是怎樣創生的?

要回答這個幾個問題確實相當困難, 但是聖經神學和自然科學卻一直試圖回答它們. 第一個問題純屬哲學思辨, 不同信仰的人會得出不同的答案, 實難比較. 而第二和第三個問題, 聖經神學的觀點和自然科學的研究卻是可比較的. 這裏, 我再一次強調, 科學在不斷發展, 我們隻能比較科學的發展趨勢與聖經神學的宣告.

讓我們先看幾節聖經. "因為他(上帝)說有, 就有, 命立, 就立." (詩33:9); "因為出於神的話, 沒有一句不帶著能力的." (路1:37); "我們因著信, 就知道諸世界是籍著神的話造成. 這樣, 所看見的, 並不是從顯然之物造出來的." (來11:3); "耶和華(神)用能力創造大地, 用智慧建立世界, 用聰明鋪張穹蒼" (耶10:12); "我知道神一切所作的, 都必永存, 無所增添, 無所減少. 神這樣行, 是要人在他麵前存敬畏的心" (傳3:14). 聖經幾乎用盡物理學所涉及的各種能來描述神的話語的各種效能, 這裏不再一一列舉.

這些經文是說萬有是上帝造的, 對不相信上帝的朋友暫時跳過這點, 繼續看, 我們可得出如下結論:

(1) 宇宙萬有"無中生有" (因為"神說有就有, 命立就立");
(2) 從"無"中產生了"能" (因為"出於神的話沒有一句不帶著能力的");
(3) "能"變成了宇宙物質(因為"諸世界是籍著神的話造成");
(4) 宇宙間質能是守恒的(因為"神所造的都必永存, 無所增添, 無所減少");

下麵讓我們看現代物理學的發展.

要從自然科學的角度探索時空的創生看來是太困難了, 因為要談時空的創生, 自然要在我們時空以外討論問題. 這似乎已超出了自然科學的範圍, 但還是有科學家在這一領域探索.

約翰.惠勒及有些科學家認為, 空間和時間都是合成的結構, 二者都是由叫做"前幾何"的構件構成. 也就是說, 時間和空間實際上不是連續的, 它們是有一些更基本更抽象的元件實體構成, 有點象物質一樣. 在時空起源"以外"(注意這裏說的是"以外", 是把時空起源當作一個"事件", 講"事件"以外. 而不是"時間以前"或"空間以外", 因為此二概念不存在), 時間和空間的"前幾何構件"存在, 在時空起源的時刻, 這些"構件"形成了我們的時空. 顯然那些時空構件是存在與我們的時空"以外". 這種想法讓人再想也有點玄, 但中心意思還是我們的時空是"無中生有的". 誰知道他們將來怎樣檢驗他們的"奇妙"假設.

時空起源的另外一個假設是"宇宙繁殖". 簡單地說, "宇宙繁殖"就是相信在我們時空"以外"有個"母宇宙", 這個"母宇宙"象一塊"母膠皮"一樣(當然"母膠皮"應是三維空間加時間), 在其上可能會有一塊凸起. 接著, 凸起的部分膨脹起來, 變成氣球狀. 然後, 該氣球受口封閉, 脫離"母膠皮"("母宇宙時空")形成新膠皮球(新宇宙時空). 也是說我們的時空可以無中生有, 不過是一個新假設罷了.

這些假設是想表達我們的時空是"無中生有"的, 同時沒有上帝的幹涉. 然而問題是如果我們的時空有起始, 那麽它"無中生有"在我們時空下是顯而易見. 但在我們時空之外假設我們時空創生的機理, 則有些令人難解, 似乎是我們力所不及的範圍了. 科學研究中常有這樣的尷尬, 就如有人要把地球上生命的起源歸因於來自其它星球一樣. 他們不相信聖經的話.

對這些假設我們暫時不必太在意, 因為在沒有任何證據前, 任何假設都是不具說服力的, 除非有人將其作為信仰的一部分, 那又另當別論. 下麵我們再來看看能量和物質的創生.

在20世紀前, 科學家都認為物質是不能被創造或消滅的. 當然物質的形態可以變化, 但其總量被認為是恒定, 這就是當時的質量守恒定律. 與質量守恒定理相對應的還有能量守恒定理, 即熱力學第一定律. 科學家在麵對物質和能量起源這一難題時, 起初相信宇宙的年齡是無限的, 物質與能量一直存在, 起源的難題就被繞過去了. 同時這兩個定律也被唯物主義者用來作為支持宇宙永恒的根據. 當時人們沒有質能互換的概念. 顯然, 聖經關於神的話語具有能力, 創造了物質世界的道理, 就自然被視為無稽之談.

然而物質不能被創造的信念在20世紀30年代卻戲劇性地崩潰了. 當時, 頭一次在實驗室裏造出了物質. 這個令人振奮的事件, 與愛因斯坦這位科學巨匠密切相關.

1905年, 愛因斯坦提出了他那著名的方程式E=mc2(c的平方). 這個方式式是"物質質量與能量等同"的數學體現. 在某種意義上, 也就是說, 物質是"被鎖閉的"能量. 如果能找到釋放這個能量的方法, 物質就會在能量的爆炸中消失. 反之, 如果能將能量集中"鎖閉", 就會出現物質.

1930年前後, 保羅.狄拉克試圖將愛因斯坦的相對論及其 E=mc2(c的平方)與20世紀物理學的另一重大革命 - 量子理論 - 調和起來. 他進行了劃時代的數學分析推導後, 提出了一個新的方程式來描述高速原子物質. 該方程立刻獲得了成功, 解釋了當時一直令人困惑的電子特征, 該方程並預言一個"反電子"的出現. 他說, 假如能聚集起足夠的能量, 以前沒有這種粒子的地方可以出現一個這樣的"反電子". 為了電荷守恒, 同時會出現一個電子. 這樣, 能量就可以以電子 - 反電子的形式直接用來創造物質了.

後來在1933年, 卡爾.安德森在實驗室裏實現了狄拉克的預言, 在一個受控實驗中發現了反電子, 物質被造出來了. 鑒於此, 他們二人因著這精彩的預言和發現獲得了諾貝爾獎.

至此, 這個革命性的科學發現有力地見證了聖經關於能(量)可以創造物質這一幾千年前的宣告, 同時, 見證了聖經預言質能守恒這一原理, 因為"神所造的都必永存, 無所增添, 無所減少".

但是, 問題並沒有結束. 我們進一步要問: 宇宙開創時的物質是以這種形式被創造出來的嗎? 如果是, 那麽創造物質的能量又是從何而來? 聖經不是說了"能"是從無到有的嗎?

話題扯到了宇宙開創時的物質是否以物質與反物質的形式出現, 如果是這樣創造物質的能量從何而來, 能量怎樣從無到有. 看來現代物理是有跡象表明朝著聖經宣告的真理邁進.

科學家們能在實驗室裏創造物質與反物質後, 他們就試圖用同樣的原理來解釋宇宙的起源. 發生大爆炸時, 顯然有大量的能量, 是物質與反物質能持續不斷打量產生. 隨著宇宙膨脹, 爆炸熱漸漸冷卻下來, 這些物質就凝聚成恒星行星等, 形成我們後來看到的宇宙.

這個解釋看來滿漂亮, 但經不起推敲. 因為盡管人們解釋了物質與反物質創生的可能機製, 但創生的物質與反物質已經相遇, 馬上湮滅, 又放出能量, 成為物質創生的反麵. 對此, 有些物理學家提出一種假設, 當初物質以物質與反物質的形式創生後就奇跡般分開了, 不再相遇, 也就不在湮滅. 那麽這個假設的一個合理推理是, 我們的宇宙應該是又物質與反物質的星係組成. 物質組成星係如此龐大, 我們必能找到另外同樣龐大的反物質星係. 這也就是為什麽有以著名諾貝爾獎得主組成的強大研究組在探尋宇宙間的反物質星係. 然而不幸的是, 迄今為至, 在理論上沒有提出過令人信服的物質與反物質分離機製; 在觀測上沒有找到反物質的星係. 看來這種對稱宇宙論不太令人信服.

另外一個新的假設或許能是物理學家走出困境. 這個假設是: 在實驗室條件下, 創生的物質與反物質總是成對的, 但在宇宙創始時的超高溫條件下, 很可能物質與反物質是不嚴格成對的, 可能物質會多出一點. 根據理論計算, 在溫度高達10的27次方度時(此溫度隻能在宇宙起初的10的-36次方秒內達到),每產生10億個反質子, 就會產生10億零一個質子. 同理, 電子也是如此. 當後來大量的物質反物質互相湮滅後, 多出來的質子與電子, 就變成了後來所有的星係及宇宙物質.

對這一理論的的證據是這樣提出的. 10億個粒子和反粒子相互湮滅後有一多餘的粒子. 湮滅粒子以能量的形式存留於宇宙, 假設是輻射熱能, 計算其總量. 然後, 計算宇宙中現存原子的總熱能, 與湮滅粒子總熱能比較, 看是否是10億分之一的比值. 結果發現, 比值確是10億分之一. 這樣, 該理論正確的可能性就很大.

如此, 似乎為宇宙創生時物質是由能量變來的提供了很好的證據. 這樣物理學的進展似乎非常逼近了聖經宣告的物質是由能量變來的真理.

進一步, 聖經宣告能量是從無中產生的. 我們就繼續看物理學的研究.

研究宇宙創生的很多物理學家是無神論者, 他們要為宇宙創生提供一個自然的機製, 以排除上帝的影響. 當他們有物質創生的可能機製後, 發現問題並沒完, 隻是把難題推給能量罷了. 緊結著就是: 能量如何創生?

這裏有一個令人十分驚奇的理論: 能量是從能量為零的狀態產生的. 這是因為能量即可為正, 也可為負, 運動的能量為正, 某些引力場或電磁場的能量就可為負. 因為引力場是是空間彎曲, 是彎曲的空間, 鎖閉在空間彎曲中的能量可被轉換成物質與反物質的粒子. 這種情況在黑洞附近就有, 可能是大爆炸時粒子的重要來源. 這樣人們提出一個問題: 到底是原初大爆炸具有能量? 還是整個宇宙是一種能量為零的狀態, 即一切物質的能量被引力場引起的負能量所抵銷?

有些物理學家, 試圖去計算這個總能量, 最後的數值在可觀測的精度裏的確是零. 這似乎為能量是從無變來的提供了一個證據. 聖經不正是這樣說的嗎? 我們以前不是把聖經的描述當神話看嗎?

這裏我們看到一個非常有意思的現象是: 我們不能證明宇宙是神創造, 很多科學家試圖證明宇宙不是神創造的. 但當他們努力去尋求自然解釋宇宙創生的機製時, 卻一個一個驗證聖經的宣告. 而這些宣告在現代物理學之前被認為是神話. 這種現象難道不發人深省嗎?