新物理学思考 (1) 时空有始

新物理学思考 (1) - 时空有始

秦时月

2002年前发表于 宗教论坛

要比较圣经真理与科学发现不是一件容易的事情, 因为圣经与科学在不同的层次用不同的方法描述我们所处的世界. 作为上帝对人类的特别启示, 圣经对人类所处世界的描述是宣告式的, 不存在推理和证明. 这点是容易理解的, 因为圣经的主要目的是启示人的堕落与上帝的拯救, 从而对物理世界的描述就不是主要的目的, 而只是启示我们世界的走向. 科学则不同, 科学是要研究我们所处的世界是怎么回事, 发现宇宙间的各种自然规律. 科学研究是一个不断改错的过程, 一定时期的理论可能会随时间的推移被修改或推翻. 所以用某阶段的科学发现来证明或反对圣经真理都是有一定的危险性. 然而这并不是说圣经真理与科学发现不能比较, 而是说比较时要格外小心. 毕竟上帝用圣经与大自然两个方面来启示他自己, 我们会从科学研究史的走向看到科学理论不断向圣经真理逼近.

圣经开宗明义宣告: 起初, 神创造天地. 这个宣告告诉我们: (1). 宇宙有起始; (2) 神创造了宇宙万物. 但我们没有被告知神创世的方法. 由于上帝的智慧不可测度, 上帝创世的方法必然奇妙, 充满智慧. 神创世的宣告是在三千多年前给出的, 这一宣告在历世历代被不断质疑是可想而知的. 大神学家圣奥古斯丁(354-430)在一千五百多年前更进一步阐述了这一教义, 他说: "宇宙与时间都有一个开始. 世界并不是在时间中被创造出来的, 而是与时间一起被创造出来的." 这一教义的阐述, 既是到现在对没有现代物理知识的人来说都是不可思议的. 在当时受到各方非议, 是再自然不过的事了. 在13世纪基督教会接受了古西腊传统的影响, 使奥古斯丁的深刻见解受到了严重挑战. 但在后来的争议中, 第四次拉特兰会议(1215)反驳了亚里斯多德关于宇宙年龄无限的哲学, 认定宇宙和时间确有开始, 并以此作为基督教的一个信条. 下面让我们来看看, 现代科学的发展, 是怎样一步一步向着圣经的宣告逼近.

由于圣经宣告了上帝创造天地, 所以以前大多数希腊哲学家和科学家不喜欢宇宙创生的思想和概念, 因为它带有太多神学干涉的味道. 所以他们相信宇宙是从来就有的, 并将永远存在下去. 这种信仰在很大程度上左右了人们关于宇宙模型的看法, 即人们相信一个静态的宇宙模型.

亚里斯多德认为地球是不动的, 太阳, 月亮, 行星和恒星都以圆周为轨道围绕地球转动. 在公元后二世纪, 这个思想被托勒密精制成一个完整的宇宙学模型. 这个模型被当时的科学界广泛接受. 然而, 1514年哥白尼教士提出了一个更简单的模型. 他的观念是, 太阳是静止的位于中心, 而地球和其它行星绕着太阳作圆周运动. 后来, 两位基督徒天文学家开普勒和伽利略的观察支持哥白尼教士的模型, 尽管它所预言的轨道不能完全与观测相符合. 直到1609年, 亚里斯多德 - 托勒密理论才宣告死亡.

后来开普勒修正了哥白尼理论, 认为行星不是沿圆周而是研椭圆运动,从而使预言与观察相一致. 对这一切提供解释则要归功于大基督徒科学家 - 牛顿. 那是1697年, 牛顿出版了他的《数学的自然哲学原理》这部也许是有史以来物理科学上最重要的单独的著作. 牛顿提出了物体的运动理论, 发展了分析物体运动的所需的复杂数学, 提出了万有引力定律. 从而对天体运动做了很好的解释.

然而, 牛顿的引力理论会导致一个非静态的宇宙模型. 按照他的引力理论, 人们意识到恒星应该相互吸引, 它们不能保持基本不动, 不可能存在一个无限的静态宇宙模型. 然而, 在二十世纪前, 从未有人暗示过宇宙是在膨胀或是在收缩, 可见宇宙静态模型在人们信念中有何等重要的地位. 相反地, 他们试图修正牛顿理论, 使引力在非常大距离时成为排斥力. 这不会对行星运动的预言有重大影响, 然而却允许无限颗恒星的分布保持平衡 - 邻近恒星之间的引力被远隔恒星之间的排斥力所平衡. 现在我们知道, 既是有这样的平衡也是不稳定的. 可见在科学研究中在一定信念的驱使下, 科学家会千方百计作出与自己信念相一致的假设.

直到19世纪末, 空间和时间一直被认为是万物在其中运动的固定舞台, 它们不受其中任何事件的影响, 空间与时间被认为是无限的延伸. 既是在二十世纪初爱因斯坦的狭义相对论中, 也是如此. 而圣经宣告时间和空间有一个起始已经几千年了, 始终没有在科学上有任何显示, 难道圣经错了吗?

然而, 1915年爱因斯坦提出了广义相对论这一革命性思想! 这时, 空间和时间变成为动力量: 空间和时间不仅去影响宇宙中的每一事件, 而且它们也被宇宙中的每一事件影响, 爱因斯坦的广义相对论方程预言一个
动态的宇宙模型! 然而静态宇宙模型的信念是那样的根深蒂固, 以至于爱因斯坦发表他的广义相对论时, 还是肯定宇宙必须是静态的, 使他不得不在他的方程中人为引进一个宇宙常数来修正自己的理论, 使静态的宇宙成为可能. 再一次, 我们看到科学家的信念是多么强烈地影响着科学家的研究行为. 但是, 爱因斯坦不愧为科学巨匠, 当事实证明他引入宇宙常数是错误时, 他勇敢地修正了自己的错误, 尽管他说感觉有些"刺激".

一个正在膨胀的宇宙到20世纪20年代才由美国天文学家哈勃观测到. 他主意到, 各个星系不是在相聚, 而是以极高速度相离散. 这就是著名的"宇宙膨胀"概念. 爱因斯坦广义相对论预言的动态宇宙模型得到了证实. 顺此向上推究, 人们会得到宇宙时间有一起源 - 即宇宙大爆炸理论.

假如大爆炸理论只是以哈勃和爱因斯坦的工作为支撑, 那么, 该理论就不会得到它今天所得到的广泛支持. 实际上, 还有一些其它有说服力的证据. 这并不是说我同意宇宙大爆炸理论就是最终真理, 而是要说宇宙及时间有起始的观念基本的到了证实， 而显示出科学与圣经真理的逼近过程.

然而, 宇宙静态模型的信念在一些科学家心里还是抹不去. 从物理上看,宇宙永生的主要困难是热力学第二定律. 但是, 物理学家们时时提出一些机制来克服这一困难, 其中之一是"稳态理论". 这一理论一致认为, 宇宙的年龄是无限的, 但他们必须绕过"热死寂"的问题. 其办法是假定新的低熵物质在被不断的创造出来. 霍伊尔试着提出一种新型的, 携带负能量的场来解释物质持续不断的创生. 这种场的稳步增强提供了物质
创生所需的正能量. 于是在宇宙稳态模型中就没有上帝的地位了. 在此, 我们第三次看见科学家的信念是怎样强烈地决定了科学家的思维模式.

稳态模型在哲学上对很多科学家具有极大吸引力, 因为它优美而简洁, 不须上帝. 然而, 天文学的进展了结了这一理论, 65年发现的宇宙背景热辐射成了订在装殓这一理论棺材上的最后一颗钉子.

终于, 现代科学证实了宇宙空间时间有起始这一三千多年前圣经宣告的真理, 为时空创始提供了强有力的物理学证据.

然而, 问题结束了吗? 不! 远没有结束! 反对圣经真理的科学家继续在问了:

"光有天地创始还不够. 圣经告诉我们说, 上帝创造了宇宙. 科学能够对大爆炸提出任何解释吗? " (保罗.戴维斯). 显然好戏还在后头呢!