宇宙無須創造主嗎?

去年九月,霍金(Stephen Hawking)和馬羅丁納(Leonard Mlodinow)發表了《偉大設計》(The Grand Design)一書(註一),在科學和宗教界激起了討論的漣漪。 霍金是科學界的偶像派紅人,常常見報。前不久他的驚世言論就獲媒體頭條新聞報導。僅舉以下兩個例子:美國廣播公司新聞(ABC News)報導:「最著名的科學家宣稱:『科學使上帝變成不必要!』」《今日美國》日報(USA Today)報導:「霍金說:『宇宙出自虛無,不是上帝創造。』」(註二、三) 基督徒相信上帝創造天地,當然也有迴響。有人說霍金不合邏輯,但是霍、馬二人花了一百八十一頁紙發表的言論,豈能一句話就輕易打發過去呢?為了讓讀者了解一二,我在此詳細剖析他們的言論:(註四a)


一、愛因斯坦夢想中的理論(Einstein’s DreamTheory)

愛因斯坦在世最後的三十年中,一直追求發展統一場論(Unified Field Theory),但是沒有成功。自此,很多著名物理學家都做著同一個美夢。霍、馬二人宣稱:M論(詳見下文第三項)就是愛因斯坦夢寐以求的學說。(註四b) 為要了解愛因斯坦的夢,不能不提牛頓(IsaacNewton)和麥克斯韋(James Maxwell),這兩個人與愛因斯坦是物理界公認的三大泰斗。三位都曾在統一論上有所突破,也都相信上帝。牛頓和麥克斯韋是基督徒,愛因斯坦相信上帝超越物質世界而存在。 牛頓的突破是,他把天體和地上的現象連接起來。舉例說,我們看見蘋果掉在地上、潮汐漲退、星球運轉,這些事好像毫不相干,怎麼能想到彼此有相互關係呢?但牛頓想到了,並且發現了運動定律(Laws of Motion)和萬有引力定律(Law of Gravity)。他找到了連結天地的虛線,他的發現對世界影響深遠。直到今天,三個世紀以後,我們仍能利用牛頓定律探索太空,以及作無數高科技和生活上的用途。 麥克斯韋研究不同領域,他研究電、磁和光。他與法拉第(Michael Faraday)驗證閃電與磁鐵的相互關係,證明兩者都受同一套定律所管轄。今天,從我們熟悉的收音機,到上海的磁懸浮子彈火車,都離不開麥克斯韋著名的統一方程式(Maxwell’sEquations)。但他有一個很大遺憾就是,雖然他高瞻遠矚,認為光也應該包括在其中,卻因英年早逝,四十八歲就撒手塵寰,無法實現夢想。 四十幾年後,愛因斯坦接下了這個火炬,完成了麥克斯韋的統一論。愛氏的狹義相對論(Special Relativity)成功地闡述電磁(EM)和光的相互關係。愛氏研究相對論時,更發現當物體在高速下運行時,牛頓的定律有所不足,於是又發明了廣義相對論(General Relativity),闡釋萬有引力在時空幾何中的運作。他下一步的夢想是求證電磁和萬有引力的相互關係。就在這時,量子物理學問世了,對愛因斯坦的美夢帶來了新的挑戰。自愛氏死後,他的美夢便成了物理界追逐的「聖杯」。


二、自然界的基本力量:萬有引力、電磁力,與核力(強與弱)

科學家對於原子和亞原子的研究,在二十世紀突飛猛進。一個新理論誕生了,稱為量子(quantum)物理。量子物理很能解釋微觀世界的物理現象。第一個提出量子概念的人是普朗克(Max Planck),他用它來解釋某些輻射現象(註五)。愛因斯坦認為普朗克還不夠大膽,隨即將普氏的思想延伸到光波(註六),提供光粒子的概念,就是今天眾所熟知的光子(photon)。 接下來幾十年, 科學家發現更多亞原子粒,並根據其中量子的性質,廣義地分成兩大類(註七)。第一類是玻色子(Bosons),第二類是費米(Fermions)。玻色子傳送能力;費米子是物質粒子(即霍、馬二人在書中常提到的「力粒子」和「物質粒子」)。兩者在追求愛因斯坦的夢中扮演不可或缺的重要角色。 後來,科學家研究亞原子時,發現兩種新力量,一是強核力,二是弱核力。這些發現,使愛因斯坦的夢想遇到更大挑戰。強核力是將粒子(如質子和中子)牢牢黏住的力量;弱核力是放射性原子核或自由中子衰變的短程力,例如用於測量年代的碳十四。 科學家認識了自然界的四大力量( 萬有引力, 電磁力, 強、弱核力) 後, 便繼續追求愛因斯坦的夢想。到了一九七○ 年代, 格拉肖(Sheldon Glashow)、薩拉姆(Abdul Salam)和溫伯格(Steven Weinberg)三人分別有重大突破,提出電磁和弱核力的統一論。霍、馬二人在書中特別提到這些進展(參該書第一零九頁),並指出他們一九七九年獲諾貝爾獎。耐人尋味的地方是,霍、馬書中只提到兩人,格拉肖的名字都被抹煞了。這是否與格氏大力反對M論有關呢? 後來物理學家發現了點對點標準模式,雖然不能全面證實統一論,卻也納入了強核力。(註八)


三、萬有論(Theory of Everything—TOE)

在求證愛因斯坦之夢的過程中,出現了一些空泛的學說,譏評者稱之為「萬有論」;後來大家乾脆採用「萬有論」一詞來代表眾所追逐的終極理論。 到了一九七零年代,物理學家中開始有人提出弦論(String Theory)概念(註九),進一步研究自然界最小單元。這個學說,在隨後三十年中,經不斷修正產生了超弦論;後來發展為整個系列,稱為M論(M-theory),是「萬有論」的代表作。 提倡M論的主要人物是維敦(Edward Witten)(註十),他以M字代表振動膜(membrane);但後來M的涵義廣泛化了,他沒有提供另一詞彙作代表。 弦論、超弦論、M論都沒獲物理學界一致支持。格拉肖更痛批這套學說(註十一)。他很認真,當哈佛大學宣佈支持研究弦論時,他為了表示強烈抗議,竟然放棄他的哈佛終生教職。他說,這些理論並未經實驗和觀察證明,而且因為研究的東西無窮小,可能永遠無法證明。他把這些學說視作數學和哲學的分支,類似符號邏輯。以他的看法,超弦論與M論絕不是實現愛因斯坦之夢的正途。 可是霍、馬二人卻對這套學說信心十足,甚至宣稱這就是愛因斯坦夢寐以求的理論——只待實驗證明而已。


四、物理學與形而上學

亞里斯多德(Aristotle)曾將邏輯、物理和形而上學分開(註十二)。形而上學Metaphysics)原意是超物理;但是物理學家有時會跨界,進入形而上學的範圍,這時,物理學家們就看法不同了。四位諾貝爾物理學獎得主,愛因斯坦和薛定鍔(Schroedinger)、波爾(Bohr)和海森堡(Heisenberg),就曾因為這個緣故分成兩個陣營。愛、薛陣營堅持現實必須客觀,不應該受觀察方法影響而變化莫測。愛氏說:「上帝不會在宇宙中擲骰子。」波爾卻反駁說:「愛因斯坦,你不必指示上帝怎麼做。」(註十三) 霍、馬的看法與波、海氏同出一轍。M論都還未獲證實,他們就視之如金科玉律。 當然,霍、馬二人也有知音。諾貝爾獎得主格魯斯(David Gross)也是弦論學者;但他坦承,物理學家對弦論至今仍不甚了解,只是剛起步探索而已。溫伯格對弦論的看法中立。他認為也許弦論將來在某種程度上會有所作為,但目前來說,超弦論有兩大失望,一是無法解釋能觀察到的愛因斯坦的宇宙常數難題,二是無法以實驗證明。(註十四) 與霍金齊名的潘洛斯(Roger Penrose)也反對M論。他批評霍、馬的書是形而上學。他說:「愛因斯坦對量子力學有保留的原因,是它將物理現象主觀化了。愛氏認為這是不能接受的;我也認為不能接受。他們在書中所持觀點是『實況繫於理論』(theorydependentrealism),雖也列舉了客觀現實,卻又按不同的學說觀點,使現實以不同形式出現。結果是兩頭都不到岸,可能得出黑洞與白洞等值的結論。」(註十五) 簡單來說,霍、馬二人已越過物理學的邊界,走進形而上學的版圖。他們的學說有些並未獲證實;有些永不能獲證實。


五、上帝與創造

自從亞里斯多德發表了形而上學以後,西方思想界一直有論證宇宙第一因的觀念。如:宇宙是怎樣產生的?誰形成宇宙?在過去幾個世紀,伽利略、牛頓、麥克斯韋等偉大科學家都直接承認了相信上帝、相信宇宙由上帝創造。一直到了二十世紀,人們才覺得信仰屬形而上學問題,科學界大可不理(生物界算是例外,因為在第一因問題上,進化論帶來了激辯)。科學家信有神或信無神,那是他們的事,與科學無關;但大爆炸論改變了整個局勢。科學家在上世紀六十年代發現了宇宙背景輻射,因而支持大爆炸論。這時,科學界突然面對「宇宙起源」的問題,於是有些著名基督教和猶太教科學家,把宇宙的起源與上帝一起討論,當中包括諾貝爾得獎者湯斯(Charles Townes)、菲利普斯(William D. Phillips)和彭齊亞斯(Arno Penzias),後者是發現宇宙背景輻射的科學家之一。(註十六、十七) 關於大爆炸論帶來的形而上學果效,天文物理學家賈斯特羅(Robert Jastrow)曾生動並幽默地打比方說:「對一個篤信理智至上的科學家來說,故事的結局是一場噩夢。他爬過了『無知嶺』,繼續攀爬高峰,就在他登上最後一塊大石上時,居然看到一群神學家前來歡迎他,原來他們在那裡已等了幾個世紀。」(註十八) 回到霍、馬的書,他們也想探討宇宙起源,但顯然不滿意「上帝創造宇宙」這個簡單答案;於是他們從不同方向炮轟創造論。首先,從邏輯觀點,他們說:「把上帝抬出來等於逃避,沒面對問題,因為接踵而來的問題是:誰創造了上帝。」接著,他們訴諸理智,說:「各種宗教的創造神話毫無意義。」然後,轉到感情,他們對於天主教曾干涉科學,大表反感。最後,他們擔心美國教育界會受智慧設計論(intelligent design)影響。 總括來說,他們顯然想提出一套無神論宣言。據《今日美國》報導,馬氏說:「我們不是說沒有上帝,只是說不須以上帝解釋宇宙。」這話聽來兩邊討好,但也說到了關鍵:就算萬有引力能解釋宇宙,他們也無法回答終極的問題,及誰(或甚麼)創造萬有引力與眾多宇宙。 霍、馬二人以甚麼支持他們的說法呢?他們把賭注盡全押在M論上;可惜M論是對是錯,未獲得證實。二零零九年初,曾有人問美國太空總署的天文物理學家李維奧(Mario Livio),甚麼時候能證明超弦論時,他笑著回答:「很久!很久!」(註十九) 退一萬步來說,假使有一天M論被證實呢,那又如何?霍、馬就會說,穹蒼包含了無數宇宙,多到甚麼程度呢?10^500(一後面有五百個零)。宇宙的數目多到要以兆兆⋯⋯兆來計算。霍、馬的學說是,萬有引力創造了無數宇宙,其中有些就像我們所居住的宇宙。但誰造萬有引力呢?二人認為沒必要回答,因為他們相信宇宙自有永有。


結論

霍、馬的書說服力如何?是否不須要上帝,也能解釋宇宙?那得看讀者願否隨霍、馬二人跳進無底的信心深淵了;至於我,則寧可腳踏實地,謙卑信靠上帝。因為信他們的學說,要有比信上帝還大的信心呢! 老實說,人的頭腦不是無限,很多偉大科學家都謙卑承認這點。比方說,數學的對稱優美,在自然科學界中就曾引起不斷討論。伽利略第一個說,上帝是數學家(註二十),他稱數學是研究和描述大自然的語言。後來幾個世紀,科學家仍在討論究竟數學是被發現,抑或被發明。言外之意是,如果大自然是從設計而來,科學家的工作是發掘數學設計程式;若大自然是碰巧形成,科學家便須要從隨機中發明優雅對稱的數學模式。諾貝爾物理學得獎者維格納(Eugene Wigner)對此曾非常謙虛地說:「數學語言讓我們恰到好處地發展物理定律,是一個神蹟,是奇妙的恩賜,不是我們所能理解及配得的。」(註廿一)請留意,他用「神蹟」與「恩賜」二詞,無疑是挑戰霍、馬的學說。維格納承認,我們不能了解科學上好些「為甚麼」,那就別碰它們。 愛因斯坦面對上帝與創造的議題時,也持同樣謙虛態度。他說:「我不是無神論者,也不敢自稱泛神論者。這問題牽涉太廣,超出我們有限的思維能力。我們不過像一個小孩,走進一座龐大的圖書館,看到琳瑯滿目的書,用不同文字寫成。小孩知道,這些書必有作者,只是他不知道它們怎麼寫成,也看不懂那些文字。他能隱約猜到,這些書這樣排列,必有其中的奧秘和秩序,他無法了解詳情。在我看來,即使最聰明的人,對上帝也只能持這種態度。我們看到宇宙秩序井然奇妙,又循著某些定律運作;但我們對於這些定律,只是依稀了解。」(註廿二)

(作者是美國應用數學家、太空科技數學家,曾任職於美國國家航空暨太空總署噴射推進實驗室四十年。本文由本刊編輯組及李志航博士翻譯。)


註:

1. Stephen Hawking and Leonard Mlodinow (2010), The Grand Design, Bantam Books, New York, NY 2. ABC News: “Science Makes God Unnecessary!”, from the most famous scientist http://abcnews.go.com/GMA/Books/grand-design-stephen-hawking/story?id=11568556 3. USA Today: “Creation came from nothing, not God” says Stephen Hawking http://www.usatoday.com/news/religion/2010-09-03-hawking02_ST_N.htm 4a. Most of the facts of physics in this article are explained in the book being discussed. Other refs are needed and cited only where needed for additional information and clarification. 4b. See The Grand Design, p. 181。 5. Planck biography for his Nobel Prize in the formulation of Quantum, documented in the Nobel Foundation: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1918/planck-bio.html 6. Einstein biography in the Nobel Foundation: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/einstein-bio.html 7. Srednicki, Mark (2007). Quantum Field Theory, Cambridge University Press, Cambridge, England 8. Standard Model as explained on the Stanford Linear Accelerator educational website: http://www-sldnt.slac.stanford.edu/alr/standard_model.htm 9. Katrin Becker, Melanie Becker, and John H. Schwarz (2007), String Theory and M-Theory: A Modern Introduction . Cambridge University Press, Cambridge, England 10. Brian Greene, in his book, The Elegant Universe, and his PBS NOVA presentation summarized the birth of M-theory this way, Part 3 of The Elegant Universe shows how Edward Witten of Princeton's Institute for Advanced Study, aided by others, revolutionized string theory by successfully uniting the five different versions into a single theory that is cryptically named〝M-theory,〞a development that requires a total of eleven dimensions. http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/elegant-universe-dimensions.html 11. NOVA interview with Nobel scientist Sheldon Glashow on superstrings: http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/view-glashow.html 12. Aristotle, described in the Standard Encyclopedia of Philosophy, by Stanford University, Stanford, CA. http://plato.stanford.edu/entries/aristotle-metaphysics/ 13. D. Home and A. Whitaker (2007), Einstein’s Struggles with Quantum Theory, Springer Science Publisher, New York, NY 14. 〝Elegant Universe〞http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/viewpoints.html, 15. Sir Roger Penrose’s review of The Grand Design, published in Financial Times (2010) http://www.ft.com/cms/s/2/bdf3ae28-b6e9-11df-b3dd-00144feabdc0.html 16. Robert C. Fay, Science and Christian Faith, Conflict or Cooperation published by the C. S. Lewis Foundation http://www.cslewis.org/journal/?p=10 17. Nobel scientist Arno Panzias, quoted in New York Times, March 12, 1978, article by Malcolm Browne 18. Robert Jastrow (1978), God and the Astronomers Norton Publications, London, UK. 19. Mario Livio, in a lecture at the American Museum of Natural History, on the subject “Is God a Mathematician”, retrieved from the Museum podcasts: http://www.amnh.org/news/tag/mario-livio/ 20. Mario Livio (2009) Is God a Mathematician, Simon & Schuster, New York, NY 21. Nobel scientist E. Wigner, (1960) lecture on “ The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences” . Communications on Pure and Applied Mathematics 13 (1): 1–14., John Wiley & Sons, NY (entire article is linked to Wikipedia on the Wigner page) 22. Einstein’s quote cited in Newsweek, 2007 April issue, http://newsweek.washingtonpost.com/onfaith/guestvoices/2007/04/einstein_and_the_mind_of_god.html, Wash Post & Newsweek, 2007-4

原載《中信》月刊第586期,2011(中國信徒佈道會)