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上帝与新物理学

时间:2014-02-24 22:44:08  来源:  作者:保罗·戴维斯  [ 下载本书 ]
简介:上帝是什么、存在吗?宇宙何以存在?世界的本质是什么?,,,,诸如此类的问题在本书中将进行深入细致的讨论。《上帝与新物理学》不是谈宗教的书。《上帝与新物理学》谈的是新物理学——从牛顿经典力学到相对论再到量子力学再到大统一理论——对以前的属于宗教的问题产生的影响。《上帝与新物理学》也不是一纯科学的书。《上帝与新物理学》从哲学的角度发问,是关于科学及其广泛含义的书。...
  根据不可思议的量子论的特征,则有另一幅图景。量子论认为(这颇为难解,我们将在后面的几章里加以澄清),根本就不存在基本粒子。相反,每一个粒子(至少是每一个亚核粒子)都是由其他粒子构成的。没有哪一个粒子是基本的、原始的,每一个粒子都包含着所有其他粒子的某些个性。若干粒子在一个自恰的解释圈中产生了自己、构成了一个系统,这种想法使人想起了那个掉进泥塘的小孩的故事。那小孩掉进泥塘之后,拽自己的靴襻,硬是把自己拽出了泥塘。因此,物理学家们也把上面的量子论解释法称作“拽靴襻”式的解释。人们可以想象,“拽靴襻宇宙”完全依据自然的、物理性的相互作用而包含了自己的解释。
  但是,神学家会反驳说,上帝的能力是无限的,他的知识也是无限的,因而上帝是人们所能想象的最单纯的存在,所以,他比起在很多具体方面都是复杂的和特殊的宇宙来更有可能包含着他自己存在的原因:
  很有可能的是,假如存在一个上帝,他就会造出某个有限而复杂的宇宙。宇宙没有什么原因而存在是很不可能的,但上帝却较可能没有什么原因而存在。宇宙的存在是奇怪难解的。假如我们设想它是上帝创造的,就能使它变得可以理解。这种设想比起设想宇宙没有存在的原因,要求解释的开端相对要简单。这就是为什么要相信前一种设想是正确的。②
  这反驳是很有说服力的。要想认为有着这么多独特的、可能的特征的精致而复杂的宇宙只是偶然存在着,这是不容易的。我们难道真能把这当作毫无道理可言的、不可解释的事实接受下来吗?于是,一个单一的单纯而无限的精神(尽管其存在在逻辑上就令我们困惑)似乎就是宇宙这个必然的存在物的一个更说得通的解释了。
  然而,对无限的精神(上帝)要比宇宙更单纯这样的假设,科学家可能会提出挑战。在我们的经验里,精神只存在于超过某一复杂程度的物理系统中。大脑是个高度复杂的系统(在第六章里我们将要看到,精神必须被当成一个“整体的”概念来看精神是一种活动的模式)。可以想像一个离体的精神,但必须有某种方式来表现精神活动模式,而精神活动模式本身是复杂的。因而,就可以说,无限的精神是无限复杂的,因此比起宇宙来也就更不可能出现,因为宇宙的很多部件的复杂程度远不足以维持一个精神。
  那么,上帝可能不是个精神,而是比精神更单纯的事物了?谈论存在于时间之外的精神有意义吗?思想、决策以及诸如此类的事物不是在时间之中发生的吗?假如上帝不能够作决定(或抱希望、或进行判断、交谈),那么,他对宇宙的性质和存在负责又是什么意思呢?我们是不是可以把不对宇宙负责的存在认作上帝?除了这些疑问之外,我们还得解释宇宙的复杂性和特殊性。为什么会有这样的宇宙?
  我将在第十二章里更详细地讨论这个问题,但在这里,我们不妨注意一下,在评价一个包含着自身原因的宇宙和要求以上帝来解释其存在的宇宙这两种观点的相对合理性的过程中,我所认为的中心问题。在前面的讨论中,我们理所当然地认为宇宙是非常复杂的,上帝为宇宙的诸多特征提供了现成的解释。但宇宙从来就是复杂的吗?宇宙的复杂会不会是自然的结果,是由完全普通的物理定律造成的?
  根据我们对原初宇宙的最科学的了解,似乎宇宙的确开始于一种最简单的状态热平衡目前所观察到的复杂结构和活动都是后起的。那么可以说,原初的宇宙实际上是我们所能想到的最简单的事物。而且,假如按照表面意义来理解对最初奇点的预测,宇宙就是始于一种无限高温、无限密度和无限能量的状态。至少,这不是与无限精神一样说得通吗?
  要想真说得通,关键在于是否能够证明宇宙的复杂性和有序状态真是从简单的原初状态自然发展来的。乍看之下,这种说法似乎是公然与热力学第二定律相矛盾。热力学第二定律的要求与之正相反有序让位于无序,因而复杂的结构倾向于衰退成无序的最终简单状态。E.W.巴尔尼斯1930年这样写道:
  开始时,必定是有最大的能量组织……事实上,上帝一度给钟表(即宇宙机制)上满了弦。假如上帝不再上弦,钟表就会停下来。③
  我们现在知道,这样的看法是错误的。宇宙的原初状态不是最大的组织状态,而是一种简单和平衡的状态。这一事实与热力学第二定律的明显冲突只是在最近才获得解决。
  原来,热力学第二定律严格地说只适用于孤立的系统。而要想把任何东西从引力那里孤立出来在物理上是不可能的。世上没有引力屏障;即便是有,有关的系统本身也逃不开它自己的引力。在膨胀的宇宙中,宇宙物质都受到宇宙引力场的影响,也就是受到宇宙其他部分的累加引力的影响。有了引力,就开通了通过引力场将有序状态注入宇宙物质的途径。我们知道,假如有外部能量供给,就可以以在一个系统中造成无序为代价,在另一个系统中造出有序。于是,自太阳流入的光和热造成了地球生物圈的高度复杂的有序,但这只能通过不可逆转地牺牲太阳核的有限燃料才能做到。同样,膨胀宇宙也能在宇宙物质中造成有序。
  宇宙的膨胀如何能用来代替上帝“给钟表上弦”,这里可以举一个很简单的例子。我们说过,原初的宇宙物质是非常热的,但宇宙的膨胀使它冷却下来。通过基本的测量论证,可以得出在宇宙膨胀的每一阶段宇宙物质的温度。不过,温度的高低在某种程度上也得看物质本身的特性。辐射热(电磁能量)温度的降低与典型空间区域的膨胀尺度成比例。空间区域扩大一倍,温度就减半。另一方面,诸如氢气之类的物质冷却得快得多。它与尺度的平方成比例。这就是说,只要把氢气跟辐射热分离开来,膨胀宇宙就会在宇宙物质的这两种成分之间产生出温度差。任何一个工程师都知道,温差是有用的能量的理想来源,实质上也是太阳能在地球上产生生命的奥秘所在。因而,宇宙膨胀能够在原先没有有序的情况下产生有序。
  利用上面的分析,就可以一步步地追溯到宇宙原初时期的膨胀,从而追究出我们今天在宇宙中所观察到的大部分有序结构的起源。④上面所举的例子实际上不是最重要的。今天的有组织的能量,其绝对最大的来源是高度活泼的氢气,它占了宇宙物质大约75%。氢为所有正常的恒星提供燃料。氢被燃烧之后(在核聚变中燃烧),变成了一些诸如铁之类的较重的元素。铁只是核废料,其中没有可用的核能锁闭在里面了。因而,恒星有序的存在要倚仗氢多于倚仗铁。
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