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科學(xué)史與宗教信仰的交匯:物理學(xué)能證明上帝的存在嗎?

新浪科技訊 北京時間3月5日消息,如果上帝創(chuàng)造了整個宇宙及其所有的物理定律,那上帝是否會遵循他自己制定的規(guī)則?換句話說,上帝能否超越自己所創(chuàng)造的定律,比如旅行速度超過光速,從而能夠同時出現(xiàn)在兩個不同的地方?這個問題的答案或許能幫助證明上帝的存在,或者這就是科學(xué)經(jīng)驗主義與宗教信仰的交匯點,而沒有真正的答案?當(dāng)英國開放大學(xué)行星與太空科學(xué)教授莫妮卡·格雷迪收到這一問題的時候,立刻就被吸引住了,以下便是她對此所作出的解答。

  在新冠疫情的背景下,許多原本信仰堅定的人也開始質(zhì)疑上帝的存在:如果有一個仁慈的上帝,為什么會發(fā)生這樣的災(zāi)難?另一方面,上帝可能被物理學(xué)定律“束縛”的想法也很值得探索,因為這些定律不僅支配著物理學(xué),還支配著化學(xué)和生物學(xué),由此也決定了醫(yī)學(xué)的局限性。

  如果上帝不能打破物理定律,那他就不可能像人們想象的那么強(qiáng)大;但如果他能做到,為什么我們沒有看到任何表明宇宙中物理定律被打破的證據(jù)呢?

  為了解決這個問題,讓我們先把它分解一下。首先,上帝能比光更快嗎?從數(shù)值上,光大約以每秒3×10^5公里的速度傳播,即每秒299500公里。我們知道,沒有任何東西的速度可以超過光速,但事實真是如此嗎?幾年前,一群物理學(xué)家假想了一種超光速亞原子粒子,稱為“快子”(tachyon)。幸運的是,這種粒子真實存在的可能性被認(rèn)為是極低的。如果它們確實存在,它們將具有一個想象的質(zhì)量,而空間和時間的結(jié)構(gòu)將被扭曲,從而導(dǎo)致違反因果律(上帝如果存在的話,可能會對此感到頭疼)。

  到目前為止,我們還沒有觀察到任何比光速更快的物體。這本身并不能說明任何關(guān)于上帝的觀點,只是強(qiáng)化了這樣一種認(rèn)識:光確實傳播得很快。

  當(dāng)我們思考光從一開始傳播的距離時,事情就變得更有趣了。想象一個經(jīng)典的大爆炸宇宙,光速為30萬公里/秒,那么可以計算出,在宇宙——更確切地說是可觀測宇宙——存在的138億年里,光大約走了1.3×10^23 公里。

  宇宙膨脹的速度約為70(km/s)/Mpc(Mpc即百萬秒差距,1Mpc約為3×10^19公里),因此目前的估計表明,我們到宇宙邊緣的距離為460億光年。隨著時間的推移,空間的體積增大,光要經(jīng)過更長的時間才能到達(dá)地球。

  宇宙比我們所能看到的要大得多,而我們看到的最遙遠(yuǎn)物體是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測到的GN-z11星系,距離大約是1.2×10^23公里,或者說134億光年(光行程),相當(dāng)于該星系的光需要134億年才能到達(dá)我們這里。然而,當(dāng)這些光“出發(fā)”時,該星系距離銀河系只有大約30億光年。

  我們無法觀察或看到大爆炸之后成長起來的整個宇宙,因為光在不到1秒的時間內(nèi)就到達(dá)我們這里。一些人爭辯說,我們?nèi)詿o法確定物理定律是否會在其他宇宙區(qū)域被打破——也許這些都只是局部的、偶然的定律。這就將我們引向了比宇宙更大的事物。

  多重宇宙論

  許多宇宙學(xué)家認(rèn)為,宇宙可能是一個更大宇宙的一部分;即在我們的宇宙之外,還共存著許多不同的宇宙,但它們之間不發(fā)生相互作用。多重宇宙的觀點得到了暴脹理論的支持,后者認(rèn)為宇宙在誕生10^-32秒之前急劇膨脹。暴脹理論是一個重要的理論,因為它可以解釋為什么宇宙具有我們所觀察到的形狀和結(jié)構(gòu)。

  但是,如果暴脹可以發(fā)生一次,為什么不能發(fā)生很多次呢?我們從實驗中知道,量子漲落可以導(dǎo)致粒子對突然出現(xiàn),只不過在片刻之后就會消失。如果這種漲落可以產(chǎn)生粒子,為什么不能產(chǎn)生整個原子或宇宙呢?有人認(rèn)為,在混沌的暴脹時期,一切并不是都以相同的速率發(fā)生——暴脹中的量子漲落可能會產(chǎn)生氣泡,然后爆炸形成宇宙。

  不過,上帝應(yīng)該如何融入多元宇宙呢?令宇宙學(xué)家頭疼的一個事實是,我們的宇宙似乎經(jīng)過了微調(diào),從而適合生命的存在。在大爆炸中產(chǎn)生的基本粒子都具有適當(dāng)?shù)膶傩裕箽浜碗男纬勺兊每赡?,正是這些物質(zhì)產(chǎn)生了第一代恒星。

  這些恒星中控制核反應(yīng)的物理定律產(chǎn)生了構(gòu)成生命的物質(zhì)——碳、氮和氧。為什么宇宙中所有的物理定律和參數(shù)恰好都具有適當(dāng)?shù)闹?,能允許恒星、行星和最終生命的誕生?

  有些人認(rèn)為這只是一個幸運的巧合。另一些人則認(rèn)為,我們不應(yīng)該對看似青睞生命的物理定律感到驚訝——畢竟是它們造就了我們,除此之外我們還能看到別的定律嗎?然而,一些有神論者認(rèn)為,這恰恰表明存在一個創(chuàng)造了有利條件的上帝。

  但上帝并不是一個有效的科學(xué)解釋。相反,多重宇宙論為這一謎題提供了答案,因為它允許不同的宇宙具有不同的物理定律。因此,我們碰巧身處少數(shù)幾個可以支持生命存在的宇宙之一也就不足為奇了。當(dāng)然,你無法反駁上帝可能創(chuàng)造了多重宇宙的觀點。#p#分頁標(biāo)題#e#

  多重宇宙論尚處于假設(shè)階段。對多重宇宙論的最大批評之一,是無法對其進(jìn)行直接驗證,因為我們的宇宙與其他宇宙之間似乎并沒有相互作用。

  不可思議的量子理論

  現(xiàn)在讓我們思考一下,上帝是否可以同時出現(xiàn)一個以上的地方?在空間科學(xué)中使用的許多科學(xué)和技術(shù)都基于反直覺的量子力學(xué)理論,這一物理學(xué)分支主要描述原子和粒子等微觀事物。

  量子力學(xué)理論支持了所謂的量子糾纏,即粒子以一種詭異的方式聯(lián)系在一起。如果兩個粒子糾纏在一起,當(dāng)你操縱其中一個粒子的時候,也會自動操縱另一個粒子,即使它們相距很遠(yuǎn),并且兩個粒子沒有相互作用。

  想象一個粒子衰變成兩個亞粒子,稱為A和B。亞粒子的性質(zhì)加起來必然等于原始粒子的性質(zhì),這就是守恒原理。例如,所有的粒子都具有稱為“自旋”的量子特性——粗略地說,它們運動起來就像微小的指南針。如果原始粒子的自旋為零,那么兩個亞粒子中必然有一個自旋為正,另一個自旋為負(fù),這意味著A和B都有50%的幾率自旋為正或負(fù)(根據(jù)量子力學(xué),在你真正測量它們之前,粒子的定義是處于不同狀態(tài)的混合體)。

  A和B的性質(zhì)并不是相互獨立的,而是糾纏在一起的,即使它們位于不同行星上的不同實驗室。如果你測量A的自旋并發(fā)現(xiàn)是正的,然后想象一個朋友在完全相同的時間測量B的自旋,為了守恒原理成立,B的自旋必須是負(fù)的。

阿爾伯特·愛因斯坦將量子糾纏描述為“鬼魅般的超距作用”

阿爾伯特·愛因斯坦將量子糾纏描述為“鬼魅般的超距作用”

  然而,這就是事情變得令人困惑的地方。正如前面所說,亞粒子A和B都有50:50的機(jī)會是正的,因此當(dāng)A的自旋狀態(tài)被測量為正的時候,它的自旋狀態(tài)就“變成”負(fù)的。換句話說,關(guān)于自旋狀態(tài)的信息瞬間在兩個亞粒子之間傳遞。這種量子信息的傳遞顯然比光速更快。根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論,瞬時超距作用違反了信息傳遞速度的上限。如此怪異的效應(yīng)使愛因斯坦本人將量子糾纏描述為“鬼魅般的超距作用”。

  所以,還是存在一種比光速還快的東西:量子信息。這并不能證明或否定上帝的存在,但可以幫助我們從物理學(xué)的角度來思考上帝——也許上帝就像是一簇糾纏的粒子,來回傳輸量子信息,并同時占據(jù)許多地方?甚至在多個宇宙中同時存在?

  如果你相信上帝存在,那么關(guān)于上帝受物理定律約束的觀點就是無稽之談,因為上帝無所不能,甚至比光速還快。如果你不相信上帝,那么這個問題同樣是荒謬的,因為根本就沒有上帝,沒有任何東西能比光傳播得更快。這個問題或許適合不可知論者來回答,因為他們不知道上帝是否存在。


  這確實是科學(xué)和宗教的不同之處。科學(xué)需要證據(jù),宗教則需要信仰??茖W(xué)家們不會試圖證明或反駁上帝的存在,因為他們知道沒有一個實驗可以探測到上帝。如果你相信上帝,那么科學(xué)家對宇宙的發(fā)現(xiàn)就無關(guān)緊要了——任何宇宙及其中的一切都可以被認(rèn)為由上帝創(chuàng)造。可以肯定的一點是,無論是上帝、物理學(xué)或其他任何事物,我們的看法最終都取決于我們所選擇的視角。