戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨說——為什麼某個事物存在而不是不存在,這個在大自然中得有個原因。史蒂芬·芬伯格說——宇宙越是好像可以理解,它也就越是好像沒有意義。
在世界很多宗教裡比如基督教或者猶太教文化中有這麼一個堅實的根基,就是某個造物主按它的意志讓宇宙誕生了,然而我們已經看到了這個假設引起的問題,比解決的問題還要多,而且在好多個世紀以來,它甚至受到了神說家們自己的嚴肅質疑,問題出在哪呢?
出在時間的性質上。
兩種創世觀的區別
目前我們知道時間和空間是不可分割的,時間就好像物質一樣也是自然宇宙的一部分,時間有自己的變化,還有行為規律,這些規律明顯是屬於物理學範疇的,那假如時間屬於自然的宇宙,而且受到物理學規律的支配,那麼時間必然就會包括在自認為是上帝創造的這個宇宙範圍裡,那按照我們通常對因果關係的理解,一件事的原因必然在時間上先於它造成的結果,那麼說上帝是時間存在的原因又是什麼意思呢?因果關係是一種時間性的活動,在任何事物成為某種原因的結果之前,必須得先有時間這麼個東西,那假如時間都不存在,假如沒有之前,那在宇宙之前創造宇宙這句話本身就存在著邏輯上的問題了。
「聖奧古斯丁」早在五世紀的時候就看出這個問題來了,一個世紀之後「 鮑依修斯」專門說明了這些問題,並且把它們發揮成一個叫創生的概念,這個概念比大多數門外漢仍然熟悉的概念抽象的多,也更難懂,他的觀點是這樣的——上帝是存在於時間和空間之外的,在某種意義上來說,上帝是超乎自然而不是先於自然的,這個時間之外的上帝被認為是在每個時刻都把握著宇宙的存在,他以這種強有力的方式創造了宇宙,這個上帝並不是簡單的啟動了宇宙,而是一直在行動。
按照上述所說的上帝一共有兩種:
「時間中的上帝」——他是創造了宇宙,是宇宙創生的原因。
「超乎時間的上帝」——他把持著宇宙,包括宇宙裡的時間。
這兩種說法的區別就是:
第1種說法——上帝是宇宙的原因。
第2種說法——上帝是宇宙的解釋。
物理定律,是以事物發生的規律性向我們呈現出來的,行星在它的軌道上精確運行,元素光譜上面的規則條文都是有規律的,在開動著的汽車上,假如你踩了剎車,汽車就會慢下來,假如你點燃火藥,火藥就會爆炸,熱的火焰會讓冰塊融化,花瓶落在堅硬的地板上會碎裂,這個事件並不是雜亂無章沒有規律可循的,至少在某種程度上它是可以預測的,也是有秩序的,那我們從受限的時空觀點出發,用原因和結果來解釋這些規律性。 比如太陽的引力是地球運行軌道發生彎曲的原因。但是還有另外一種可能性,上帝實際上是所有事件的原因,上帝從我們宇宙之外對我們所在的宇宙施加作用,它精心地安排每一個時間讓它們顯示出規律性來。
舉例說明:
有一個機槍手前面有一個槍靶,這個機槍手以恆定的速度掃射這個槍靶,結果馬上就出現了間距相同的槍眼組成的圖案,這個時候有這麼一種生物,它們只能生活在槍靶的平面上,它們是一種二維生物,它們會怎麼看這一系列的事件呢?它們會這麼想——在它們的世界裡,這個孔洞是有規律性出現的,它仔細觀察這個孔洞之後就會推論了,孔洞的形成不是隨機的而是周期性的,而且孔洞的布局也有幾何學上的質樸性,它們之間的間距也是相同的。於是這些二維生物就會自信地宣布一條平面物理的新定律——孔洞創生定律,也就是說每一個孔洞的出現都以一種有規律的方式造成了下一個孔洞的出現,這個二維生物從它那個受限的二維世界的觀點出發看問題,所以就完全看不到真正的事實,所有的孔洞實際上是完全彼此沒有關係的,它布局的規律性完全是那個槍手的行為造成的。
同樣,宇宙有秩序的運行也可以這麼解釋,上帝從某種更廣闊的背景,以一種有組織的方式創造了每一個世界,更為廣闊的背景可能是更高維度的空間,是一種不是空間的物理結構,是一種全然非物理的結構。
怎樣證明這個看法是有道理的呢?
看看宇宙複雜的結構,想一想下物理定律背後的數學公式,看看物質的安排,從旋轉的星繫到自然的原子活動,所有的物質都被安排的井井有條,為什麼會有這樣的宇宙,有這麼樣一套定律,有這樣的物質和能量上的安排呢?簡單來說一句話,為什麼竟然會有事物存在呢?
自然宇宙中的每一個事物,每一個事件都要依賴外在於它們的事物才能得到解釋,要解釋一個現象就得用另一個現象來解釋它,但是假如這個現象是存在的一切,也就是整個自然宇宙,那麼按照宇宙的定義,宇宙之外顯然再也沒有任何物理性的東西來解釋宇宙了,所以宇宙的任何解釋就必定是非物理的和超自然的東西,在宗教裡面這個東西就被稱為——上帝或者是佛祖。宇宙之所以是這樣的,是因為上帝要它這樣。
科學按定義來說只是研究自然宇宙的,它可以成功的用這個自然宇宙範圍裡的一個事物來解釋另外一個事物,再用其他的事物來解釋這個事物,但是自然事物的總體卻得從自然之外進行解釋,那麼上帝這個解釋在宗教的領域可以說是很完美的,但是科學家不服氣,科學家就得進一步追問,那上帝的解釋又是什麼呢?如果說上帝創造了宇宙,那上帝又是從哪來的呢?
神學家就可以這麼回答,上帝是必然的存在,用不著解釋,他自己就包含了他自己存在的解釋了,但是這樣的話科學家肯定還是不同意啊,那如果可以這麼說的話,我們也可以用同樣的論點來解釋宇宙,宇宙是必然的,宇宙在它內部已經包含了它自己存在的原因了,也不需要解釋了,其實這個觀點正是來自於科學家「惠勒」的觀點,一個自然的系統包含著它自身的解釋,這句話這麼說起來看起來有點自相矛盾,但這個思路在物理學裡其實是有某種優越性的,可以姑且這麼認為,一切事件都是偶然的,需要用其他的事件來解釋的,這個沒有問題,但是同時也沒有必要得出結論,認為這個因果鏈要麼是無限的長,要麼仍然是終止於上帝,這個序列它可能閉合為一個圈。
目前這個理論獲得了夸克理論的強有力的實驗支持,但是根據不可思議的量子論的特徵,則有另外一幅圖,量子論認為根本就不存在所謂的基本粒子,相反每一個粒子都是由其他的粒子構成的,沒有哪個粒子是最基本、最原始的,每個粒子都包含著其他所有粒子的某些的特性,很多個粒子在一個自洽的解釋圈裡產生了自己構成了一個系統,這也就是剛才我們說的形成一個環狀的因果鏈,但是這樣解釋,又存在一個問題,就好像我們不需要解釋了,宇宙就是這樣,它是偶然的也是自洽的,那如果這樣的話,科學不就和神學一樣就走到頭了嗎?
科學家和神學家還有另外一個爭論
神學家認為上帝是一個獨立於世界之外存在的精神,他有想法可以做決策,甚至還有情緒,可同時神學家沒有聲稱上帝是獨立於時間之外存在的,談論一個存在於時間之外的精神有意義嗎?像思想、決策還有諸如此類的事物不正是在時間之中發生的嗎?也就是上一秒我想了什麼東西,然後下一秒我做出了怎樣一個決定,那假如上帝獨立於時間之外存在,他不能夠做決定,那他對宇宙的性質和存在負責又是什麼意思呢?
其實發展到今天,科學和神學對於宇宙原因的爭論就集中在這麼一個焦點上,就是評價一個包含著自身原因的宇宙,或者是評價一個要求上帝來解釋它原因的宇宙,這兩種觀點,那麼無論在看這篇文章的你是有神論者還是無神論者,我一定要給你澄清一點,這裡你可千萬不要誤會,科學家們都是很理性的很聰明的,而神學家都是很無知很愚昧的,千萬不要有這種錯覺實際上很多高級的神學家們,他們思考的問題也是非常深刻的,只不過他們思考的路徑和科學家們不太一樣而已,而且神學家也好,科學家也好,到現在並沒有找出一個可以驗證的結論來,只不過在我們生活的這個世界,科學對我們身邊事物的解釋力比神學要來的有效,而且是離我們生活越近的東西它就越有效。
舉例說明:
比如說你手裡有一臺手機,如果你相信是科學把它造出來的,那你就能期待同樣的科學,沒準哪天還能給你造出一臺更多功能的手機,但如果你相信你手裡的手機是上帝造出來的,那這個解釋就到此為止了,你不能指望上帝再給你造出 一臺更多功能的手機。
科學比神學有效說的是離我們生活越近的越具體的問題科學越有效,但是對於萬物起源這樣的大問題離我們每個人都很遙遠,科學和神學並沒有分出一個真正的誰高誰低來。
關於宇宙的解釋
根據目前對原初宇宙最科學的了解,似乎宇宙的確開始於一種最簡單的狀態,也就是熱平衡,目前觀察到所有的複雜結構還有宇宙的各種活動,都是在熱平衡之後才發起的,原初的宇宙實際上是我們所能想到的最簡單的事物,按照表面的意義上來理解,對原初起點的預測宇宙就是開始於宇宙無限高溫,無限密度還有無限能量的狀態。那麼某一個理論真要能說得通,關鍵在於能否證明宇宙的複雜性和有序狀態,真的是從簡單的原初狀態自然發展而來的。
這種說法似乎是和熱力學第二定律相矛盾,這個熱力學第二定律的要求是和這個假設正相反的,它是讓有序讓位於無序,讓複雜的結構傾向於衰退成無序的最簡單的狀態,宇宙的原初狀態不是最大的組織狀態,也就是最複雜的狀態,而是一種簡單和平衡的狀態。這個事實和熱力學第二定律的明顯衝突其實是在最近才得到解決,原來熱力學第二定律嚴格來說只適用於孤立的系統,而要想把任何東西從引力那裡孤立出來,在物理上是不可能的,世界上沒有引力屏障,即便是有有關的系統本身也逃不開它自己的引力。在一個膨脹的宇宙裡,宇宙物質都受到宇宙引力場的影響,也就是受到宇宙其他部分累加引力的影響,那有了引力就開通了通過引力將有序的狀態注入宇宙物質的途徑,假如有外部能量的供給,就可以在一個系統中造成無序為代價,在另一個系統中創造出有序。太陽流入的光和熱造成了地球生物圈高度複雜的有序,但這個只能通過不可逆轉的犧牲太陽核的有限燃料才可以做到,同樣宇宙的爆炸和膨脹也可以在宇宙物質中創造出有序來。
舉例說明:
原初的宇宙物質是非常熱的,但是宇宙的膨脹讓它冷卻下來,通過基本的測量論證,可以得出在宇宙膨脹的每一個階段,宇宙物質的溫度,空間區域每擴大一倍溫度就會減半,另一方面比如說像氫氣這樣的物質冷卻的就要更快,它與尺度的平方成比例,這也就是說只要把氫氣與輻射分裂開來,膨脹宇宙就會在宇宙物質的這兩種成分之間生產出一個溫度差,溫度差其實就是一個理想的能量來源,實際上也是太陽能在地球上產生生命的奧秘所在,今天我們的宇宙裡有組織的能量,絕大多數的來源是高度活潑的氫氣,它大概佔了宇宙物質75%,氫為所有正常的恆星提供燃料,氫在核聚變中被燃燒之後變成了一些比鐵之類的更重的元素,鐵只是核烣燼,其中沒有可用的核能封閉在它裡面了。
所以恆星有序的存在主要依仗於氫,多於依仗於鐵,這種情況可以用宇宙的膨脹來解釋,在原初階段溫度特別高合成的原子核,比如說鐵就不能存在,只有像氫核這樣最簡單的物質才能存在下去,那隨著宇宙不斷的膨脹、冷卻,氫就可以變成一些比較重的元素了,宇宙的物質就是沿著這條路走下去的,但是走的不是特別遠,大概有25%的宇宙物質走到了氦這一步,只有極少的部分走過了氦,那絕大多數的物質之所以沒能走多遠,這就得怪宇宙的膨脹了,當初膨脹得太快使物質來不及經過必要的複雜核變反應,變成鐵這樣的重原子核,只有幾分鐘的爆炸溫度就降到了核反應點火所需要的溫度以下,這個就是暴脹,原子核的火堆熄滅了,大部分的物質就被凍結在氫和氦的這個狀態裡了,在時間過去很久之後,到了恆星開始形成的時候,才形成了分散的熱點,讓宇宙物質繼續向比較重的元素進發,總之在膨脹的宇宙裡有組織的能量可以自然而然的出現,用不著一開始就有。
所以也就用不著把宇宙的有序狀態,也就是低熵的狀態歸結為上帝的活動,或者歸結為在最初的起點處有組織的能量輸入,起點可能當初放出來的是完全沒有規則的,非常混沌的能量,沒有規則的能量,後來在膨脹宇宙的影響下自發的組織了起來,也就是說不僅可以把物質的起源歸結為空間的膨脹,也可以把物質的組織的起源也歸結為空間的膨脹,最終通過宇宙的膨脹產生有序的其實是引力場,正是引力的存在才讓冷卻的宇宙裡形成了恆星,形成了一個個零星的熱點,但是別忘了我們可是要一直較真的問下去,如果說引力就是萬物的起因,那和說上帝是萬物的起因又有什麼區別呢?
引力讓物質變得有序
雖然可以通過把責任推給引力而解釋物質如何變得有序,但是我們還得接著解釋,一開始有序是怎麼出現在引力場裡的,那這個解釋到哪裡才是頭呢?現在的問題成了熱力學第二定律是否既適用於物質也適用於引力,沒有誰真正了解這個問題,在科學裡這個引力真的是一個最大的謎團,甚至正是引力阻止了人們發現大一統理論,最近對於黑洞的研究顯示出某種跡象,熱力學第二定律可能適用於引力,但是也有一些科學家通過同樣的觀察發現了正好相反的結論,比如物理學家羅傑·彭羅斯他說大尺度的宇宙引力場處於低熵的狀態,也就是說在宇宙創生的時候必須得要有序的輸入,而其他的物理學家霍金他就認為宇宙的引力是高度無序的,在創熵的起點不需要有序的輸入。關於這個問題其實就是現在神學家、物理學家甚至是哲學家所關注的一個問題,說到這你可能聽起來有點暈,羅傑·彭羅斯與霍金到底是在爭個啥,舉一個簡單的例子你就明白了。
舉例說明:
在一個箱子裡假如所有的氣體分子都擠在四個角上,這個顯然是一種比較複雜的狀態,換句話說它也是一種比較有序的狀態,那麼最無序最平衡的狀態是什麼呢?是氣體均勻的分布在整個箱子裡。如果說所有的氣體分子都擠在箱子的四個角作為一個初始狀態,但隨著時間的流逝,這個箱子裡面小小的宇宙裡最終的狀態肯定是所有氣體均勻分布這個才對,那麼如果現在我們觀察到這個箱子氣體集中在四個角,就必然相信在這一刻往前推,它肯定是有一個更有序的狀態,那麼這個更有序的狀態是誰來輸入的呢?這個就是前面羅傑·彭羅斯與霍金爭論的問題了。
但是霍金這樣的科學家他是認為在宇宙這樣的尺度上,如果把整個宇宙看成一個大的箱子,因為有引力的介入,這個過程正好是相反的,宇宙中的氣體不會一成不變的傾向於布滿整個宇宙,而是在引力的作用下形成一個一個的小團,最後形成恆星。
換句話說就是引力會自動地生長出結構來,本來是均勻分布的物質,會在引力的作用下形成星團和稠密的集聚物,甚至是星系,總而言之對不受引力作用的系統來說,有序意味著複雜,無序意味著簡單,但是對於有引力的系統來說,情況就正好反過來了。但是科學和神學之爭還遠遠不止於物質的有序這一點上,還有一個更大的問題就是物理定律本身,即使在開始的時候宇宙非常簡單,但是物理定律毫無疑問是又多又特殊的,它們又是從哪來的呢?
宇宙的成分包括質子中子,介子,電子等等又怎樣解釋呢?為什麼只會有這些粒子呢?為什麼這些粒子會有它們所具有的質量和電荷?為什麼這些亞原子粒子的種類不多不少就這麼多?
神學家當然有現成的答案了,上帝就是要這樣,上帝是無限的簡單,但願意創造出具有複雜多樣性的物理定律還有物質的成分,它的目的就是創造一個有趣的宇宙,只是在最近不接受這個理論的科學家也開始找到了類似問題的答案了,新的進展源自於一項理論工作,這個理論工作的目的是將自然界的很多種力統一在一個單一的描述框架裡,根據這個理論框架,如今豐富多樣的物理定律純粹是一個低溫的現象,隨著物質溫度升高,各種作用於物質的力也開始趨向於統一,最後到了一個極高的溫度的時候,自然界所有的力會合成為一種非常簡單的力,可以用很簡單的數學公式來表示,而且所有眾多完全不同的亞原子離子也會失去它們的個性,它們各不相同的特性將消失在高溫中。
人類對於高能物理學的研究就得出了一個結論,物質在高溫下趨向於更簡單的證據,對於大爆炸理論會有意味深長的含義,在宇宙創生的時候,無限高溫的情況下,起作用的力只有一個簡單的力和為數不多的幾種簡單的粒子,今天分化出來的各種力和粒子只是隨著宇宙冷卻才產生出來的,這樣的宇宙的狀態、物理定律還有物質的各種成分,這一切似乎開始的時候都處在很簡單的狀態,那又回到剛才的解釋了,這個世界的複雜來自於宇宙的膨脹和冷卻。有一些物理學家就受到這種簡單性的啟發,提出一種觀點很可能最終的定律是一種非常簡單的數學結構,這就是說這種神學家們把上帝說成是必然的一樣,在這裡物理也被說成必然的了,因為它來源於數學,甚至有的人說上帝就是數學的,物理學家說霍金他說,實際上應該料想到宇宙的原初狀態應該是很簡單的,理由就是因為宇宙來自於一個遠處的起點,那起點的最基本特性是,它像是時空的邊緣和邊界,也就是自然宇宙的邊緣,這也就是說在邊緣以外就沒有自然這件事,起點的一個粒子是一個無限緻密的狀態,它標誌著大爆炸的開始。
人們認為黑洞裡也有起點發生,可能在其他地方也有起點,那麼到目前為止,一切物理理論都是在時空範圍內提出的,所以時空邊界的存在就意味著自然的物理過程不可能延續到這個邊界之外,在起點的地方物質能夠進入或者離開自然的世界,從起點能發出影響,而這些影響是自然科學所完全不能預測的,甚至在原則上也不能預測,起點是科學所發現的最接近超自然動因的東西了,說到這你就能知道為什麼科學家這麼熱衷於研究黑洞了,因為宇宙大爆炸不可能為了我們的研究再重新發生一次,我們想要研究起點就必須從黑洞入手,在一開始人們還認為起點是對引力模型過分理想化所造成的一種人工的東西,後來在一系列精巧的數學定理裡,羅傑·彭羅斯與霍金證明起點其實是相當普遍的,而且在合理的物理條件下,一旦引力變得足夠強大,起點的出現就是不可避免的,可以稍微誇張一點的說。
神學和科學的邊界處就是起點,而起點來源於引力,羅傑·彭羅斯與霍金只是在數學上作出證明了,如果人們想認真對待這兩個人的證明,就必須脫離數學動動腦筋去想,起點會有什麼樣的行為,各條思路匯集到了這一點上,也就是起點產生的東西或者是完全無序沒有結構的,或者是有條理有組織的,在前一種情況下,大爆炸的起點只是產生出一種無秩序的宇宙,沒有任何具體的秩序,在後一種情況下宇宙是帶著某種程度的組織出現的,更像是鐘錶上的弦可以開始計時了。霍金就提出了一個無知原理,他的意思是說起點最終是不可知的,所以也應該是完全沒有信息的,而在物理學裡信息差不多就和有序是同義詞,那如果起點是沒有信息的,它也就是無序的,這也就是我們前面所說的霍金關於宇宙來源於無序這個觀點的由來,很多這樣的觀點現在都處在物理學的前沿,所以只能通過理論未來的發展才會得到澄清。
有趣的是物理學家們對於時空起點的問題意見是不一致的,也就是對原初宇宙到底是處在什麼樣的狀態,是高有序還是高度無序,這樣的一個問題都沒有達成一致的意見,換句話說,宇宙學最新的進展所產生的各種思想沒有解決上帝與宇宙存在的爭論,而是加劇了這樣的爭論,而隨著生物學的發展,這樣的爭論又延續到一個全新的領域生命,生命到底是個什麼東西!
黃媂結語·關於宇宙起源因果鏈的端頭
一旦到了物理學最深刻的問題裡面,就會感覺日常的語言越來越不夠用了,因為語言來自於詞彙,而我們人類造出這些詞彙來可不是為了解釋宇宙本源這麼深刻的問題的,我們一開始創造詞彙是指著一棵大樹說這個東西叫樹,指著一座山說這個東西叫山,而像什麼本源、有序、熵值,結構,這樣的詞都是我們日常生活中根本看不到也沒法形容的一個純抽象的詞彙,甚至在用這些詞彙的時候,都要用一個更抽象的詞彙來解釋它,比如這句話——理論是認知的必經途徑。
這句話似乎是把理論這個詞給解釋出來了,但是你要進一步追問認知又是什麼呀,那你總不能說認知,就是那個把理論作為必經途徑的東西,這也就是說隨著問題越來越抽象,我們人類發明出來的自然語言就越來越不能精準的表達出它想表達的意思了,而物理學家們的選擇就是乾脆不用自然語言了,把抽象進行到底用數學來講道理,所以民科的貼友經常發題,說是不用公式推翻相對論,這樣的論斷其實並不是說他不用公式,而是說他看不懂公式,只能用自然語言來表達,而這樣的「民科推論」在數學的面前肯定是經不起一擊甚至是不值得反駁的。但是我發文總不能給你列一堆數學公式,而且有的數學公式說實在的,我自己也真的是看不懂,我講到特別抽象的地方,只能換一些比喻來幫助你理解,但是你要知道這樣的比喻它永遠只是比喻,它起到的只是一個輔助的作用,永遠不能真正代表科學的本身,如果今天的內容你看得一頭霧也真的是很正常,因為這個已經是神學家和科學家們所爭論的終極問題了,如果能通過一篇文章能解決,那這場比賽早就應該有結果了,不是嗎?
如果非要用一句話來幫你總結今天的內容,這句話應該這樣說——關於宇宙起源這條因果鏈的端頭,無論是科學家和神學家之間,還是在科學家的內部都有一個爭論,就是宇宙應該開始於有序還是無序,作為一般的系統如果不搭理它,肯定是從有序慢慢發展成無序,如果按照一般系統的規律來推演整個宇宙的發展,那麼它的開始一定要非常的有序,而這個有序的輸入要麼是來自於上帝,要麼是來自於一個目前物理學沒法解釋的東西,而霍金認為宇宙的一開始不需要有序,這裡面的關鍵就是引力在作祟。而引力是什麼?它從何而來?甚至到底為什麼會存在引力?到現在也沒有一個結論,也許我們把引力之謎揭開的那一天,就是發現宇宙終極秘密的那一天