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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。...
  尽管有些技术性的滞碍难通之处,暴涨说所取得的广泛成功赢得了很多物理学家和宇宙学家的喜爱。假如这一学说是正确的,那就是说宇宙不必以一种非常特殊而有序的状态被创造出来。起始的引力不规则被暴涨消灭了,而随后而来的宇宙膨胀又使起始时无结构的宇宙物质演化出复杂的组织和结构。因而,复杂的宇宙秩序的起源完全可以被解释作纯自然过程的结果。
  五、上帝
  假如大统一理论不能说明问题,假如人择理论不被人接受,那么,宇宙大尺度的高度均匀的性质可被提出来作为一个具有创造力的设计者存在的证明。然而,这证明只能是消极的。谁也不敢保证,随着我们对早期宇宙的物理规律的认识进步,我们不会发现一种完满的解释来说明宇宙的有序。早先,太阳系复杂而有序的结构曾被认为是神造的,但后来被归入标准的天体物理学的领域,同样,大尺度宇宙秩序的那些未解之谜也可能有一天会得到自然的而非超自然的解释。
  我们的结论必定是,现在没有肯定性的科学证据,证明有一个宇宙秩序(即负熵)的设计者和创造者存在。实际上,人们有把握地预期,现有的物理学理论将会为那些未解之谜提供完全令人满意的解释。
  然而,大自然除了数学规律和复杂的秩序二者之外,还有更多的东西。大自然的第三个成分也需要解释。这第三个成分就是所谓的大自然的“基本常量”。我们正是在基本常量这一领域里,发现了一个宏伟设计的最为令人震惊的证明。
  物理学家们所说的基本常量,是指一些在物理规律中扮演着基本角色的量,这些量在宇宙中所有的地方,在时间的所有的时刻里,都有相同的数值。用几个例子就足以说明这一点。在一遥远的恒星上的一个氢原子与地球上的一个氢原子是完全一样的。那里和这里的氢原子,其大小、质量以及内部的电荷都是相同的。但是,这些量的值在我们看来完全是一个谜。为什么氢原子里的质子重量是电子的1836倍?为什么会有这个数字?为什么它们的电荷是现在这个值,而不是某个其他的值?
  大自然的各种基本力都包含着这种决定它们的强度和范围的数值。或许在将来的某一天我们将会有一个理论,可以以一种更基本的概念来解释这一切数字。不管怎样,反正人们发现这些常量的值对物质世界的结构具有关键性的意义。
  我们且来看一看弗里曼·戴森所提出的一个简单的例子吧。强核力将原子核胶结起来不致散开,而强核力来自我们在第十一章里所讲的夸克和胶子。假如强核力不象现在这么强,原子核就会变得不稳定,就会蜕变。最简单的复合原子核是氘(重氢),是由一个质子附在一个中子上构成的。这中子和质子被强核力胶粘起来,但粘的并不牢固。假如核力弱百分之几,质子和中子的结合就会被量子分裂所破坏,结果就会是戏剧性的。太阳以及大部分恒星都把氘用作连续核反应的一个环节,以便持续不断地放光。假如除去氘,所有的恒星则要么熄灭,要么就再找一条进行核反应的途径来继续产生热。熄灭也好,再来一条新途径也好,都会大大地改变恒星的结构。
  假如核力比现在稍强一点点,也会发生同样糟糕的后果。核力若是再稍微强一点,两个质子便有可能克服它们共有的电斥力而粘在一起。在大爆炸期间,质子要比中子多得多。当原初物质冷却下来时,中子就寻找质子以与之粘合起来。质子与中子的结合构成了氘,氘很快又经过进一步的结合,形成了氦原素。但是,剩余的质子完好如初,构成了制造恒星的原料。假如这些质子可以成对地粘合在一起,那么,每一质子对当中的一个质子就会衰变为中子,使质子对变为氘,然后再变为氦。这样,在一个核子力强出百分之几的世界里,几乎就不会有氢从大爆炸时留下来。类似太阳的稳定的恒星就不会存在,液态的水也不会存在。尽管我们不知道为什么核力具有现在的强度,然而,我们却知道,假如核力不是现在这样的,宇宙就会面目全非。生命是否能够存在也就成了问题。
  使很多科学家觉得非同寻常的,倒不是基本常量值的改变会改变物质世界的结构,而是类所观察到的物质世界的结构对常量的改变很敏感。基本力的强度稍微有一点差异,就会造成物质世界结构的剧烈变化。
  还可以再考虑另外一个例子,是有关物质的电磁力和引力的相对强度的。电磁力和引力在形成恒星的结构的过程中,扮演的角色十分重要。恒星是由引力粘结起来的,引力的强度辅助决定了诸如恒星内部的压强之类的事情。另一方面,能量又以电磁辐射的形式从恒星中逸出。引力和电磁力这两种力的相互作用是复杂的,但个中的道理还是能被人很好地理解。一般说,重的恒星较亮,较热,可以毫无阻碍地将星核发生的能量以光和热辐射的形式输送到星的表面。轻的恒星则较凉,其内部仅以辐射的方式不能够足够快地放出其能量,因而必须辅之以对流,这就使它们的表层发生沸腾。
  这两类星——热的、辐射的和凉的、对流的——分别被称作蓝巨星和红矮星。这两类星为恒星的质量划定了一个很窄的范围。而实际情况是,恒星内部电磁力和引力的平衡竟然确实使几乎所有的恒星都处于蓝巨星和红矮星之间的狭窄范围之内。然而,正如布兰东·卡特所指出的,之所以会有这样幸运的事,完全是因为大自然基本常量之间具有奇妙的数值巧合。比如说,假如引力的强度变化哪怕是1040分之1,也足以破坏掉这种数值巧合,于是,所有的恒星便只能不是蓝巨星就是红矮星。象太阳这样的恒星就不会存在,而且我们还可以说,依存于太阳一类的恒星的生命也不会存在。
  我们所观察到的世界的结构之所以存在,完全是因为有这样一些数值巧合,但这些数值巧合的数目太多,在这里不能一一评论。(读者若想了解有关的完整讨论,请看我的一本书《偶然的宇宙》。)对于这些数值巧合,物理学家们见解不一。宇宙的初始条件好象是经过设计,于是,为了解释这一点,有人就可以求助于人择理论,假设存在着很多宇宙,在这些宇宙中,基本常量因某种原因具有不同的值。只有在那些基本常量恰好合适的宇宙中,才会形成生命和观察者。
  基本常量的数值巧合也可被看作是设计的证据。常量的数值十分微妙,没有它们,物理学的各个不同的分枝就不会接合得如此巧妙。这,可被看作是上帝的所为。宇宙现今的结构显然对基本常量数值的微小变更十分敏感,因而,人们很难不这样想,宇宙的结构是经过精心设计的。当然,这样的一个结论只能是主观的,最终要归结为一个信仰问题。相信有一个宇宙的设计者来得容易一些呢,还是相信存在着弱人择原理所要求的多宇宙容易?很难设想,这两种假说能得到严格的科学验证。正如前一章所指出的,假如我们不能探访其他的宇宙或不能直接地感受它们,那么,相信它们存在就同相信上帝存在一样,必定仍是一个信仰问题。或许,将来的科学发展会使人们找到其它宇宙存在的更直接的证据,但是,在那天到来之前,大自然赋予基本常量的奇迹般的数值巧合就必定仍然是宇宙经过设计的最不可抗拒的证明。
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