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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。...
  还可以往下继续推理。要记住,至少在某些物理学家看来,精神对量子因素而言具有特殊的地位。假如说,精神能够“加重量子骰子”从而改变掷骰子的结果,那么,一个宇宙的精神原则上则能引导每一个电子、每一个光子、每一个质子等等的行为,控制宇宙中所发生的一切。当我们观察微观物质时,我们注意不到有这样的组织力量,因为任何一个特定粒子的行为仍然在我们看来似乎是完全随机的。只有在大量的原子的集体行为中,组织才会显现出来,而我们看不见这样的集体行为,于是便会说宇宙系统是以未知的方式自组织的。把上帝描绘成这样一种精神,或许足以让大多数信上帝的人满意的。
  很多早期宗教都是多神论,认为有很多神,这些神按其能力不同而各有等级。这种观点在现代人对天外智能的思考中也有表现。有些作者设想,智能和技术能力存在着高低不同的等级,在这等级之中,人的级位最低。可以设想一些生物具有很了不起的能力,以致我们没法把它们的行为同大自然本身区别开来。在这等级次序中有一个至高者,这至高者的能力和智能最高。这位至高者能够做到很多传统的上帝所能做到的事。
  假如我们相信确有一个这样的精神存在(从科学上看,尚没有任何可能的理论真正地证明这样的精神存在),那么,这精神能够不让宇宙走向灭亡吗?
  假如这位至高者只能被迫在物理定律的范围之内活动(尽管量子论容许物理定律可有相当的变通),那么,就可以肯定地说,这样的精神不能阻止宇宙的死亡。热力学第二定律禁止任何人将那无情地上升的熵降下来,不管这人的技术多么高超,也不管他的知识多么到家,他就是不能让熵降低。
  人们也许会这么想:那个能够在原子水平上操纵物质的神也能够通过恢复宇宙逐渐松弛的组织形式,不断地给宇宙“重新上弦”。这种想法其实是麦克斯韦在一个世纪以前探讨过的,人们通常称之为麦氏妖的悖论。我们可以考虑一下,有一个密封的箱子被一个带开闭器的薄膜一分为二。薄膜的两边都是温度和压力相同的气体。这箱子是一个系统,目前处于最大熵的热力平衡状态,没有任何可以作功的有用能量。在这个系统中,除了气体分子的随机跳跃之外,不会进一步发生什么有趣的事。
  然而,假设在这箱子里有一个小妖怪能够操作开闭机关,它注意到分子的运动混沌无序,有各种各样的速度和方向,有的分子运动得快,有的运动得慢。分子的平均速度是决定气体温度的要素。平均速度不会改变,但每个分子每次撞上邻近的分子或箱壁时,其运动速度和方向都会改变。于是,小妖便采取了下面的策略。当箱子右边的快速运动的分子接近薄膜时,它就打开开闭器,让这分子穿过薄膜进入箱子的左边。反之,当箱子左边慢速运动的分子接近薄膜时,就让它进入箱子的右边。过了一段时间以后,箱子的左半部将满是快速运动的分子(平均而言),而箱子的右半部将满是运动速度较慢的分子。箱子的左半部因而要比右半部温度高。这妖怪就这样灵活地操纵个别分子,在箱子的两个部分中间造出温差。热力学平衡将不再占上风,于是熵也减小了。现在,可以用这温差来完成某种有用功了(例如开动热机),直至最后的能量又重被消耗掉,热力学平衡又得到恢复。然后,那妖可以故伎重演,我们也就有了粗具规模的永动机了。一个无所不在的妖可以在宇宙水平上玩弄这套分选把戏,使宇宙不会坠入热死之中。
  可惜的是,精心的观察证明,麦氏妖干不了开动永动机的活儿。在20世纪20年代,列奥·斯济拉得详细地研究了麦氏妖的工作情况。他发现,那妖若想把事儿干成,就必须有确切的信息,知道向它接近的分子的运动速度有多大。只有付出一定的代价才能获得这样的信息,而付出的代价就是熵的增加。例如,妖可以用强的光流来照亮近前来的分子,并用多普勒效应来测量它的速度,就象警察用雷达给汽车测速一样。但是,妖在这一步骤上花费有用的能量本来是要分选速度不同的气体分子以使熵降低的,而实际上则会使气体的熵增高。很明显,智能控制在分子水平上不能够击败热力学第二定律。
  假如这些热力学的理论是正确的,那么,任何自然的作用,无论是智能的还是非智能的,都不能永久地延缓宇宙末日的到来。我们已经说过,假如宇宙持续膨胀下去,就可能永远也达不到真正的热力平衡。然而,我们今天所看到宇宙生机勃勃的组织注定要衰落得面目全非。只有超自然的上帝才能真正地使宇宙再次振兴起来。
  第十六章 宇宙是“免费午餐”吗?
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  从无中不可能创造出任何东西来。
  卢克莱修
  现在,我们可以把所有的研究线索聚拢到一起,为宇宙创制一套说明,以显示新物理学在多么令人惊讶的范围里解释了物质世界。我这并不是说,应当把我们要创制的说明当真(尽管物理学家们正在认真地讨论它)。然而,这套说明的确显示了现代物理学所提出的那一种思想。我们若想寻找上帝,就不能忽视这一类的思想。
  在本书的前言里,我曾提出我所说的有关存在的四大基本问题:“为什么大自然的规律是现今这样的?为什么宇宙是由组成它的各件东西组成的?这些东西是如何起始的?宇宙如何获得了组织?”
  为了解答这四大问题,新物理学走过了漫长的道路。我们逆着这四大问题的顺序,讨论了假如有负熵输入,起始的混沌状态如何能演进为较为有序的状态。我们也讨论了宇宙的膨胀如何能够生出负熵,因而也就不必象早些时代的科学家们那样,设定宇宙创生于具有高度组织、特殊排列的状态。宇宙现今的组织是与那个偶然起始于随机状态的宇宙不矛盾的。
  在前面的几章里,我们详细地讨论了物质的起源问题。现已知道,恒星和行星之类的物体形成于原初气体,而宇宙物质本身则是在大爆炸中创生的。最近在粒子物理方面的发现,显现了宇宙引力场能够在空洞无物的空间里创造物质的一些机制。于是,未解之谜只剩下了时空本身的起源。但是,有些迹象表明,空间和时间可以自发地产生而且不违反物理定律。之所以会有这种奇特的可能性,其原因涉及量子论。
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