霍金是否取消了上帝?

霍金的新書再一次受到公眾和媒體的熱烈追捧，很多媒體關(guān)注的重點(diǎn)是說霍金在這本書里排除了上帝存在的可能性，但其實(shí)這本書說的是比上帝存不存在更重要的事——為什么會有這么一個恰好適合人類生存的宇宙。

明星物理學(xué)家霍金的新書《大設(shè)計(jì)》(The Grand Design)主要探討的問題是:為什么會有這么一個恰好適合人類的宇宙存在?

這大概是人類所能提出的最大問題了。宇宙為什么存在?它非常精妙地符合人類需求，那么它是被“設(shè)計(jì)”出來的么?很多人認(rèn)為物理學(xué)家跟哲學(xué)家或宗教人士一樣，追問這些問題是為了獲得“內(nèi)心的平安”，但物理學(xué)家的方式跟他們不一樣。

虔誠牧師的邏輯

我曾經(jīng)在一次聚會上跟一位非常虔誠的牧師聊天，他無論走到哪兒都帶著一個破舊的隨身聽，里面是《圣經(jīng)》的錄音帶。我問他怎么可能相信地球是在6000多年前被上帝創(chuàng)造的呢?有充分的證據(jù)表明地球上很多東西的年齡超過lOO萬年，這位牧師的回答讓我目瞪口呆:上帝創(chuàng)造萬物的時候可以創(chuàng)造備種年齡的萬物。這真是一個完美的理論，我無法從邏輯上質(zhì)疑它的正確性，這位牧師靠這個理論獲得了內(nèi)心的平安。可見獲得內(nèi)心的平安是容易的事情，如果你相信上帝無所不能，上帝安排了一切，你就可以解釋任何現(xiàn)象，獲得了內(nèi)心的平安。

但物理學(xué)家有比“內(nèi)心的平安”更高的要求。我對這個牧師說，我的理論不但能解釋各種化石的年齡，還能對尚未發(fā)現(xiàn)的化石做出預(yù)言，你的理論能做到么?

物理學(xué)家的信念

判斷一個物理理論的好壞不在于它是否符合人的直覺，是否漂亮，而在于它能否做出預(yù)言。與宗教人士或哲學(xué)家不同的是，物理學(xué)家從不執(zhí)著于任何一個理論，堪稱是最徹底的革命者。但物理學(xué)家也有一個可以稱作“信念”的東西，那就是世界應(yīng)該是合“理”的——物理定律應(yīng)該適用于所有時間、所有地點(diǎn)，所有事件都必須精確地符合描寫物理定律的數(shù)學(xué)方程。

正是這個信念使得物理學(xué)家可以做出正確的預(yù)言。如果一個偵探發(fā)現(xiàn)1月1日、2月1目、3月1日都有人被用同樣的方法殺死，他就會推論:罪犯在每月1目殺人，這不但能解釋過去的三起殺人案，而且能做出4月1日會有人被殺的預(yù)言。物理學(xué)家的思路類似，只不過對他們來說，4月1日必須有人被殺—不允許物理定律像犯罪一樣有被停止的可能，否則它就是錯的。

過去，電磁相互作用和弱相互作用被認(rèn)為是兩種不同的力，而薩拉姆和溫伯格在1967年用一個統(tǒng)一的理論把這兩種力統(tǒng)一了起來。這個理論不但能解釋已知的現(xiàn)象，還預(yù)言了在這個框架內(nèi)必須存在的三個新粒子，后來它們果然被試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了。反過來，有人試圖把強(qiáng)相互作用也給統(tǒng)一進(jìn)去，結(jié)果得到了幾個所謂“大統(tǒng)一理論”(Grand United Theory，GUT)，這些GUT都預(yù)言質(zhì)子會衰變，然而一直沒有得到實(shí)驗(yàn)證明，所以GUT理論就算再精妙也不能被接受。

牛頓心中的上帝

既然所有事件都符合物理定律，上帝還有什么用呢?如果上帝不能干預(yù)物理過程(比如說制造奇跡)，他存不存在還有什么意義呢?牛頓就提出了一種意義。

牛頓在解出行星軌道方程之后發(fā)現(xiàn)引力會對這些軌道做出擾動，而這種擾動一旦累積起來就會導(dǎo)致軌道的不穩(wěn)定，使得行星或者墜入太陽，或者脫離太陽系。據(jù)此，牛頓認(rèn)為上帝必須存在，只有上帝才能時不時地對地球軌道進(jìn)行微調(diào)，確保穩(wěn)定，要不是拉普拉斯后來證明這種軌道擾動是周期性的不可積累，物理學(xué)家大概也只好接受上帝的存在。

牛頓認(rèn)為上帝必須存在的另一個理由則是—地球在太陽系的位置實(shí)在是太完美了，方程表明一個行星的軌道一般是橢圓形，哪怕“橢”得不是很厲害，其近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)的溫度也差異很大，但是地球的軌道幾乎就是圓的!四季的溫差幾乎完全來自自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的傾角，而與距離太陽遠(yuǎn)近無關(guān)。地球的另一個幸運(yùn)之處在于。我們與太陽的距離與其質(zhì)量正好合適，哪怕太陽質(zhì)量有20%的變化，地球也將因?yàn)檫^冷或者過熱而不適合生存。考慮到這些巧合，牛頓認(rèn)為這一定是上帝的安排，要不是后來發(fā)現(xiàn)宇宙中有太多的行星系統(tǒng)，其中有一個適合生命也算不上意外，物理學(xué)家大概也只好相信這個巧合是安排的。

現(xiàn)代物理依然被困擾

至今，類似于牛頓遇到的問題仍然在困擾現(xiàn)代物理學(xué)家，這些問題表現(xiàn)出來的特征就是我們這個宇宙實(shí)在太幸運(yùn)了，差一點(diǎn)都不行!

第一個問題是宇宙起源的初始條件。天文觀測和經(jīng)典理論都表明宇宙起源于大爆炸，對宇宙微波背景輻射非均勻性的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了暴漲理論，然而要想實(shí)現(xiàn)足以形成宇宙的暴漲，其初始條件必須滿足無比嚴(yán)格的要求，就像要做一個炸彈，必須是一個絕對精確的球形它才能炸開，除了上帝誰還能做到?

第二個問題是各種物理參數(shù)為何如此恰到好處。計(jì)算表明如果把強(qiáng)相互作用的強(qiáng)度改變0.5%，或把電磁相互作用的強(qiáng)度改變4%，碳和氧這兩個對生命至關(guān)重要的元素就不會出現(xiàn);哪怕把質(zhì)子的質(zhì)量增加0.2%，它就會迅速衰變從而不會有任何化學(xué)現(xiàn)象。此外，空間還必須是三維的，否則行星軌道就不會穩(wěn)定。現(xiàn)代物理學(xué)無法從邏輯上解釋為什么這些物理參數(shù)是這樣的，好比一個網(wǎng)絡(luò)游戲玩家不能用物理定律解釋某些超強(qiáng)boss的武力值一樣，唯一的解釋是有八將它們“設(shè)計(jì)”成這樣的，否則這個宇宙或者游戲就不好玩。

給出“無需神創(chuàng)”的解釋

霍金在其新書里，便給出了一個不需要設(shè)計(jì)者的解釋。他首先用所謂“無邊界條件”來取消了“宇宙創(chuàng)生之前發(fā)生了什么”這個問題。這個條件說在早期宇宙的極端條件下，時間維被扭曲得好像一個空間維，也就是說那時有四維空間而沒有時間，也就不存在“之前”的問題了。進(jìn)一步，早期宇宙處于量子態(tài)，而它的歷史則是所有滿足“無邊界條件”的歷史疊加的結(jié)果。一個量子的宇宙可以自發(fā)地誕生。

正如量子力學(xué)中的一個粒子可以有多種不同的狀態(tài)，創(chuàng)世之后也可以產(chǎn)生多種不同類型的宇宙狀態(tài)。每一個可能的宇宙中都有自己的一套物理定律和物理常數(shù)，我們只不過恰好生活在其中一個允許星系和人類出現(xiàn)的宇宙中而已。這就好比說既然有無數(shù)多的行星系統(tǒng)存在，恰好有一個適合人類生存的地球并不奇怪。

霍金在書里使用物理學(xué)的一些最新進(jìn)展，比如M理論，和他本人在量子引力方面的研究成果作為論據(jù)，對這些大問題給了一個說得過去的答案。然而在專業(yè)的物理學(xué)家看來，這個論證很不嚴(yán)謹(jǐn)，書中用到的很多物理理論，比如說超引力，在數(shù)學(xué)上并不嚴(yán)格，更不用說M理論還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。霍金幾乎是等于宣稱物理學(xué)家一直追求的“統(tǒng)一理論”已經(jīng)成型，大問題的答案已經(jīng)有了，可是很多物理學(xué)家不會同意他的看法。

霍金為何選擇M理論

不過霍金也解釋了為什么M理論是最佳選擇。首先，如果你的宇宙是一個連續(xù)系統(tǒng)，它的物理定律不隨時間改變，那么其中必定能量守恒。其次，這個守恒的總能量必須等于0，這是因?yàn)槿绻芰看笥诹悖钪婢蜔o法被憑空創(chuàng)造出來，而如果能量小于零，它就可以在真空中的任何地方出現(xiàn)。更進(jìn)一步，既然宇宙的總能量為零，而在其中制造星球需要正的能量，那么它就必須包含引力，因?yàn)橐μ峁┴?fù)能量。最后，這個引力必須用超引力理論來描述才能消除無窮大項(xiàng)，而M理論正是超引力的最一般理論。

霍金甚至提出了這套理論的一個預(yù)言:如果宇宙真是這樣誕生的，那么在微波背景輻射中應(yīng)該能觀測到某種精微的特征，這種特征目前的觀測手段還看不到，但將來或許可以看到。

物理定律必須處處管用，以至于讓上帝也無事可做;而一個好的物理理論不但能解釋已知的現(xiàn)象，還能對未知的現(xiàn)象作出預(yù)言，這就是物理學(xué)的兩個邏輯。霍金的學(xué)說顯然符合第一個邏輯，只是不知道能不能符合第二個。