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宇宙的存在和運行不需要上帝嗎?

 

  英國著名物理學家霍金曾說,如果我們能找到一個「萬有理論」(Theory of Everything),把自然界的四種基本力(強核力、電磁力、弱核力和萬有引力)結合起來,就能知道上帝的意思了。四年前他和梅勞迪諾(Leonard Mlodinow)合著了《偉大設計》(The Grand Design)一書,宣稱宇宙的存在和運行已經不再需要上帝,震驚了許多人,包括許多科學界人士。

  《偉大設計》的主要結論之一是:因為萬有引力定律,宇宙可以從無到有創造自身(Because there is a law such as gravity, the universe can and will create itself from nothing. 英文原書第180頁)。這個簡單宣稱不但令宗教人士反感,也令許多科學界人士搖頭,包括早年和霍金合作研究黑洞問題的潘路斯(Roger Penrose)。

  霍金相信萬有引力定律是自己存在的,猶如自有永有。但從無到有的「無」(nothing)是甚麼意思呢?他沒有解釋。本文就針對這兩點做一個簡單易懂的討論。

萬有引力定律是自己存在嗎?
  萬有引力定律是自己存在嗎?請問霍金如何得知它是自己存在的呢?其實萬有引力定律只是人類觀察和研究自然現象的歸納總結。

  約在公元150年左右,埃及的托勒密(Claudius Ptolemy)建立了「地心說」:地球是宇宙的靜止中心,太陽和行星(金星、火星、木星等)都繞著地球在各自的軌道上運行。依據這個模型可以在一定程度上正確預測天象。

  但是到了中世紀後期,隨著觀測儀器的不斷改進,行星位置和運動的測量愈來愈精確,觀測到的行星位置和這個模型計算結果之間的偏差,就逐漸顯露出來了。

  再到十六世紀,波蘭的哥白尼經過近40年的辛勤研究,提出「日心說」:太陽是宇宙的中心,地球和其他行星都繞太陽運行;地球每天自轉一周;月球是地球的衛星,它在以地球為中心的橢圓軌道上,每月繞地球轉一周,同時跟地球一起繞太陽公轉。恆星和太陽的距離十分遙遠,比太陽與地球的距離要大得多。後來的觀測事實不斷地證實了這一學說。

  以後再經伽利略和開卜勒的努力,發現了行星運動三定律:1.所有行星皆繞日做橢圓運動,以太陽為一焦點;2.在相同時間內,行星與太陽之連心線沿橢圓軌道掃過相等面積;3.行星運動平方與橢圓半主軸之立方成正比。伽利略和開卜勒雖然知道行星如何繞日運行,但是不知道為甚麼會如此。牛頓仔細分析了開卜勒行星運動三定律,發現乃是因為太陽的引力維持太陽系不分散,並使行星依照開卜勒行星運動三定律而繞太陽運行。牛頓並由此推導出引力定律:引力的大小和太陽與行星的質量成正比,它們之間的距離平方成反比。牛頓進一步認識到地面附近物體的下落運動是由地球的引力造成的。在任何兩物體間都有引力,所以牛頓的引力理論稱為「萬有引力」,強調它的普遍實用性。後來愛因斯坦建立了廣義「相對論」後,「萬有引力」理論相應做了很大的修正。

  敍述以上冗長歷史的原因,是要告訴讀者,自然定律像萬有引力定律乃是人類觀察和研究自然現象的歸納總結。遇到新的自然現象,自然律有時要做相應的修正。可是到目前為止,人類仍沒有觀察和發現萬有引力定律是自己存在的。同時,相信讀者也能看到,萬有引力只存在於物質之間,在宇宙沒有物質(即所謂「無」)的時候,何來的萬有引力呢?

甚麼是「無」?
  霍金說,因為萬有引力定律,宇宙可以從無到有創造自身。究竟他所說的「無」,是甚麼意思?

  首先,我要告訴讀者,經典物理(即牛頓物理)不能處理原子和次原子物理,我們要用1900年以後發展的量子力學來解說。物理學家說到「無」時,多半是指量子真空(Quantum vacuum),它雖然沒有物質但具有能量。量子真空是一個量子系統(次原子系統,subatomic system)的最低能量態。根據量子力學的不確定性原理(Uncertainty Principle),量子真空內任何位置(點)的能量可能有暫時變化。這就是《偉大設計》一書中講的量子漲落(Quantum fluctuations)。在量子漲落時,能量會轉變成「粒子與反粒子對」;粒子與反粒子瞬即消滅成能量。這些粒子是虛粒子,因其生存短至不能觀察;如有擾亂,粒子和反粒子就可能不相互消滅,而成為可觀察的真粒子。

  在《偉大設計》英文原書第113頁中,霍金曾說從沒有空無一物的空間(Space is never empty),即沒有物質和能量都不存在的空間。那麼他所說的「無」,應該是量子真空。可是,在同書第180頁,霍金卻說「空無一物」的空間是穩定的(Empty space is stable),這裡的「無」卻是說物質和能量兩者都沒有。霍金先生的話前後矛盾,況且沒有能量又怎能有能量漲落呢?然而霍金還繼續他的矛盾,指「萬有引力」能從「無」(無物質又無能量)創造宇宙。這真是一個極荒謬的理論!難怪很多科學家讀了《偉大設計》後也搖頭不敢贊同。

  我們基督徒相信上帝用祂的話語和大能(能量)創造了宇宙,而且被愈來愈多的科學實驗證實,完全不像霍金所說的「因為萬有引力定律,宇宙可以從無到有創造自身」。

  作者1955 年在台灣大學求學時信主得救。1969 年在美獲得博士學位後,在加州州立大學(Stanislaus, Modesto)任教,並兼任物理系系主任18 年。退休後為科學和基督教信仰的會通努力。

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