新物理学思考 (2 ) 创生有道

新物理学思考 (2 ) - 创生有道

2002年前发表于 宗教论坛

秦时月

本系列第一帖贴出后得到网友们的不少回应, 有人以为我要用科学理论来证明上帝的存在. 其实, 这种观点是有些误解. 正如我在第一帖中指出的, 科学是个不断改错的过程, 用某一阶段的科学理论来证明或反证圣经真理都是极其危险的, 因为科学理论会不断改变完善. 而我比较圣经真理和科学发
现主要旨在阐述科学的进程, 鲜明科学发展与圣经真理不断逼近的趋势. 因为我认为圣经神学和科学都在不断深入, 最终必要走到一起. 这个思想奠定在上帝用圣经和自然启示他自己这个根基上. 所以宇宙大爆炸理论不会是最终理论, 它有自己的致命伤, 必然会被修正, 但科学发现与圣经真理的逼近却是肯定的. 这些都是题外话了, 还是言归正传.

我们作为现有时空里的人类要研究时空的创生, 是一件极其困难的事情, 这点是显而易见的. 在这里有几个问题困惑着我们, 它们是:

(1). 为什么会有我们的宇宙时空?
(2). 我们的时空是怎样创生的?
(3). 我们时空的物质是怎样创生的?

要回答这个几个问题确实相当困难, 但是圣经神学和自然科学却一直试图回答它们. 第一个问题纯属哲学思辨, 不同信仰的人会得出不同的答案, 实难比较. 而第二和第三个问题, 圣经神学的观点和自然科学的研究却是可比较的. 这里, 我再一次强调, 科学在不断发展, 我们只能比较科学的发展趋势与圣经神学的宣告.

让我们先看几节圣经. "因为他(上帝)说有, 就有, 命立, 就立." (诗33:9); "因为出于神的话, 没有一句不带着能力的." (路1:37); "我们因着信, 就知道诸世界是籍着神的话造成. 这样, 所看见的, 并不是从显然之物造出来的." (来11:3); "耶和华(神)用能力创造大地, 用智慧建立世界, 用聪明铺张穹苍" (耶10:12); "我知道神一切所作的, 都必永存, 无所增添, 无所减少. 神这样行, 是要人在他面前存敬畏的心" (传3:14). 圣经几乎用尽物理学所涉及的各种能来描述神的话语的各种效能, 这里不再一一列举.

这些经文是说万有是上帝造的, 对不相信上帝的朋友暂时跳过这点, 继续看, 我们可得出如下结论:

(1) 宇宙万有"无中生有" (因为"神说有就有, 命立就立");
(2) 从"无"中产生了"能" (因为"出于神的话没有一句不带着能力的");
(3) "能"变成了宇宙物质(因为"诸世界是籍着神的话造成");
(4) 宇宙间质能是守恒的(因为"神所造的都必永存, 无所增添, 无所减少");

下面让我们看现代物理学的发展.

要从自然科学的角度探索时空的创生看来是太困难了, 因为要谈时空的创生, 自然要在我们时空以外讨论问题. 这似乎已超出了自然科学的范围, 但还是有科学家在这一领域探索.

约翰.惠勒及有些科学家认为, 空间和时间都是合成的结构, 二者都是由叫做"前几何"的构件构成. 也就是说, 时间和空间实际上不是连续的, 它们是有一些更基本更抽象的元件实体构成, 有点象物质一样. 在时空起源"以外"(注意这里说的是"以外", 是把时空起源当作一个"事件", 讲"事件"以外. 而不是"时间以前"或"空间以外", 因为此二概念不存在), 时间和空间的"前几何构件"存在, 在时空起源的时刻, 这些"构件"形成了我们的时空. 显然那些时空构件是存在与我们的时空"以外". 这种想法让人再想也有点玄, 但中心意思还是我们的时空是"无中生有的". 谁知道他们将来怎样检验他们的"奇妙"假设.

时空起源的另外一个假设是"宇宙繁殖". 简单地说, "宇宙繁殖"就是相信在我们时空"以外"有个"母宇宙", 这个"母宇宙"象一块"母胶皮"一样(当然"母胶皮"应是三维空间加时间), 在其上可能会有一块凸起. 接着, 凸起的部分膨胀起来, 变成气球状. 然后, 该气球受口封闭, 脱离"母胶皮"("母宇宙时空")形成新胶皮球(新宇宙时空). 也是说我们的时空可以无中生有, 不过是一个新假设罢了.

这些假设是想表达我们的时空是"无中生有"的, 同时没有上帝的干涉. 然而问题是如果我们的时空有起始, 那么它"无中生有"在我们时空下是显而易见. 但在我们时空之外假设我们时空创生的机理, 则有些令人难解, 似乎是我们力所不及的范围了. 科学研究中常有这样的尴尬, 就如有人要把地球上生命的起源归因于来自其它星球一样. 他们不相信圣经的话.

对这些假设我们暂时不必太在意, 因为在没有任何证据前, 任何假设都是不具说服力的, 除非有人将其作为信仰的一部分, 那又另当别论. 下面我们再来看看能量和物质的创生.

在20世纪前, 科学家都认为物质是不能被创造或消灭的. 当然物质的形态可以变化, 但其总量被认为是恒定, 这就是当时的质量守恒定律. 与质量守恒定理相对应的还有能量守恒定理, 即热力学第一定律. 科学家在面对物质和能量起源这一难题时, 起初相信宇宙的年龄是无限的, 物质与能量一直存在, 起源的难题就被绕过去了. 同时这两个定律也被唯物主义者用来作为支持宇宙永恒的根据. 当时人们没有质能互换的概念. 显然, 圣经关于神的话语具有能力, 创造了物质世界的道理, 就自然被视为无稽之谈.

然而物质不能被创造的信念在20世纪30年代却戏剧性地崩溃了. 当时, 头一次在实验室里造出了物质. 这个令人振奋的事件, 与爱因斯坦这位科学巨匠密切相关.

1905年, 爱因斯坦提出了他那著名的方程式E=mc2(c的平方). 这个方式式是"物质质量与能量等同"的数学体现. 在某种意义上, 也就是说, 物质是"被锁闭的"能量. 如果能找到释放这个能量的方法, 物质就会在能量的爆炸中消失. 反之, 如果能将能量集中"锁闭", 就会出现物质.

1930年前后, 保罗.狄拉克试图将爱因斯坦的相对论及其 E=mc2(c的平方)与20世纪物理学的另一重大革命 - 量子理论 - 调和起来. 他进行了划时代的数学分析推导后, 提出了一个新的方程式来描述高速原子物质. 该方程立刻获得了成功, 解释了当时一直令人困惑的电子特征, 该方程并预言一个"反电子"的出现. 他说, 假如能聚集起足够的能量, 以前没有这种粒子的地方可以出现一个这样的"反电子". 为了电荷守恒, 同时会出现一个电子. 这样, 能量就可以以电子 - 反电子的形式直接用来创造物质了.

后来在1933年, 卡尔.安德森在实验室里实现了狄拉克的预言, 在一个受控实验中发现了反电子, 物质被造出来了. 鉴于此, 他们二人因着这精彩的预言和发现获得了诺贝尔奖.

至此, 这个革命性的科学发现有力地见证了圣经关于能(量)可以创造物质这一几千年前的宣告, 同时, 见证了圣经预言质能守恒这一原理, 因为"神所造的都必永存, 无所增添, 无所减少".

但是, 问题并没有结束. 我们进一步要问: 宇宙开创时的物质是以这种形式被创造出来的吗? 如果是, 那么创造物质的能量又是从何而来? 圣经不是说了"能"是从无到有的吗?

话题扯到了宇宙开创时的物质是否以物质与反物质的形式出现, 如果是这样创造物质的能量从何而来, 能量怎样从无到有. 看来现代物理是有迹象表明朝着圣经宣告的真理迈进.

科学家们能在实验室里创造物质与反物质后, 他们就试图用同样的原理来解释宇宙的起源. 发生大爆炸时, 显然有大量的能量, 是物质与反物质能持续不断打量产生. 随着宇宙膨胀, 爆炸热渐渐冷却下来, 这些物质就凝聚成恒星行星等, 形成我们后来看到的宇宙.

这个解释看来满漂亮, 但经不起推敲. 因为尽管人们解释了物质与反物质创生的可能机制, 但创生的物质与反物质已经相遇, 马上湮灭, 又放出能量, 成为物质创生的反面. 对此, 有些物理学家提出一种假设, 当初物质以物质与反物质的形式创生后就奇迹般分开了, 不再相遇, 也就不在湮灭. 那么这个假设的一个合理推理是, 我们的宇宙应该是又物质与反物质的星系组成. 物质组成星系如此庞大, 我们必能找到另外同样庞大的反物质星系. 这也就是为什么有以著名诺贝尔奖得主组成的强大研究组在探寻宇宙间的反物质星系. 然而不幸的是, 迄今为至, 在理论上没有提出过令人信服的物质与反物质分离机制; 在观测上没有找到反物质的星系. 看来这种对称宇宙论不太令人信服.

另外一个新的假设或许能是物理学家走出困境. 这个假设是: 在实验室条件下, 创生的物质与反物质总是成对的, 但在宇宙创始时的超高温条件下, 很可能物质与反物质是不严格成对的, 可能物质会多出一点. 根据理论计算, 在温度高达10的27次方度时(此温度只能在宇宙起初的10的-36次方秒内达到),每产生10亿个反质子, 就会产生10亿零一个质子. 同理, 电子也是如此. 当后来大量的物质反物质互相湮灭后, 多出来的质子与电子, 就变成了后来所有的星系及宇宙物质.

对这一理论的的证据是这样提出的. 10亿个粒子和反粒子相互湮灭后有一多余的粒子. 湮灭粒子以能量的形式存留于宇宙, 假设是辐射热能, 计算其总量. 然后, 计算宇宙中现存原子的总热能, 与湮灭粒子总热能比较, 看是否是10亿分之一的比值. 结果发现, 比值确是10亿分之一. 这样, 该理论正确的可能性就很大.

如此, 似乎为宇宙创生时物质是由能量变来的提供了很好的证据. 这样物理学的进展似乎非常逼近了圣经宣告的物质是由能量变来的真理.

进一步, 圣经宣告能量是从无中产生的. 我们就继续看物理学的研究.

研究宇宙创生的很多物理学家是无神论者, 他们要为宇宙创生提供一个自然的机制, 以排除上帝的影响. 当他们有物质创生的可能机制后, 发现问题并没完, 只是把难题推给能量罢了. 紧结着就是: 能量如何创生?

这里有一个令人十分惊奇的理论: 能量是从能量为零的状态产生的. 这是因为能量即可为正, 也可为负, 运动的能量为正, 某些引力场或电磁场的能量就可为负. 因为引力场是是空间弯曲, 是弯曲的空间, 锁闭在空间弯曲中的能量可被转换成物质与反物质的粒子. 这种情况在黑洞附近就有, 可能是大爆炸时粒子的重要来源. 这样人们提出一个问题: 到底是原初大爆炸具有能量? 还是整个宇宙是一种能量为零的状态, 即一切物质的能量被引力场引起的负能量所抵销?

有些物理学家, 试图去计算这个总能量, 最后的数值在可观测的精度里的确是零. 这似乎为能量是从无变来的提供了一个证据. 圣经不正是这样说的吗? 我们以前不是把圣经的描述当神话看吗?

这里我们看到一个非常有意思的现象是: 我们不能证明宇宙是神创造, 很多科学家试图证明宇宙不是神创造的. 但当他们努力去寻求自然解释宇宙创生的机制时, 却一个一个验证圣经的宣告. 而这些宣告在现代物理学之前被认为是神话. 这种现象难道不发人深省吗?