物理学如何证明上帝的存在
如果有上帝，他会遵守物理定律吗？
我现在是无神论者，但我仍然相信上帝存在。当我在一个研讨会听到下面这个首先由爱因斯坦提出的问题，我被它的深度深深打动：“如果上帝创造了整个宇宙和所有的物理定律，上帝是否遵循上帝创造的律法？ 或者上帝可以超越物理定律，比如超过光速旅行，从而能够同时出现在两个不同的地方？”了解答案能帮助我们证明上帝是否存在，或者这就是科学经验主义和宗教信仰的交汇点，而且没有真正的答案？——大卫·弗罗斯特（David Frost）， 67岁，来自美国洛杉矶。 当我收到这个问题的时候，我正因疫情被隔离，也立刻就被问题吸引住了。也难怪这个时机——灾难造成的艰难困苦，比如流行病，经常会让我们质疑上帝的存在：如果有一个仁慈的上帝，为什么会发生这样的灾难？上帝可能被物理定律“束缚”的想法是一个值得探索的有趣问题。物理定律也支配着化学和生物，因此也决定医学的局限性。 如果上帝不能打破物理定律，他就不可能像你想象的那样强大。但如果他能，为什么我们没有看到任何证据，表明宇宙中的物理定律被打破？ 为了解决这个问题，让我们把它分解一下。首先，上帝能比光更快吗？我们就从表面上看这个问题吧。光大约以3×10的5次方公里/秒的速度传播，即每秒186,000英里（299,500公里）。我们在学校里学过，没有任何东西的速度可以超过光速。即使是《星际迷航》中的企业号星舰，当它的双锂晶体设置为最大时，它也不能达到光速。 但这是真的吗？几年前，一群物理学家假设一种粒子以高于光速的速度运动。幸运的是，它们被认为不可能真实存在。如果它们确实存在，它们的质量大到难以想象，空间和时间的结构将被扭曲——导致因果关系被破坏，这可能会让上帝头疼。 到目前为止，似乎还没有观察到比光速更快的物体。这与上帝并不相关。它只是强化了这样一种认识：光确实传播得很快。 量子物理学能解释一个可以同时出现在两个地方的上帝吗？ 当你考虑光从一开始传播的距离时，事情就变得更有趣了。假设传统的宇宙大爆炸和光速3 × 10的5次方公里/秒，那么我们可以计算出，在宇宙存在的138亿年里，光大约走了1.3 × 10的23次方公里。更确切地说，这是可观测宇宙的存在。 宇宙膨胀的速度约为每Mpc 70公里/秒(1 Mpc = 1百万秒差距或约3000万公里)，因此根据目前的估计，到宇宙边缘的距离为460亿光年。随着时间的推移，空间的体积增大，光要经过更长的时间才能到达我们。 宇宙比我们所能看到的要多得多，但我们看到的最遥远的物体是一个星系GN-z11，它是由哈勃太空望远镜观测到的。这大约是1.2 × 10的23次方公里，也就是134亿光年，这意味着这个星系的光需要134亿年才能到达我们这里。但当光“出发”时，该星系距离我们的星系银河系只有大约30亿光年。 我们无法观察或看到大爆炸以来成长起来的整个宇宙，因为光在不到一秒的时间内到达我们这里。一些人争辩说，我们因此不能确定物理定律是否会在其他宇宙区域被打破，也许它们只是局部的、偶然的定律。这将我们引向宇宙之外的事物。 多元宇宙 许多宇宙学家认为，可能有一个更大的宇宙存在，我们目前定义的宇宙可能只是其中一部分。一个多元宇宙，包括许多不同的小宇宙共存，但不相互作用。多元宇宙的观点得到了膨胀理论的支持——膨胀理论认为宇宙在10^-32秒之前就已经膨胀得非常厉害了。膨胀理论是一个重要的理论，因为它可以解释为什么我们周围的宇宙有着我们所看到的形状和结构。 但是，如果宇宙膨胀可以发生一次，为什么不能发生很多次呢？我们从实验中知道，量子涨落可以导致粒子对突然出现，但片刻之后就消失了。如果这种涨落可以产生粒子，为什么不能产生整个原子或宇宙呢？有人认为，在宇宙膨胀时期，并不是所有的事情都以相同的速率发生——膨胀中的量子涨落可能会产生气泡，然后爆炸形成宇宙。 但上帝是如何融入多元宇宙的呢?令宇宙学家头疼的一个事实是，我们的宇宙似乎经过了微调，适合生命的存在。在大爆炸中产生的基本粒子具有正确的属性，使氢和氘的形成成为可能——这些物质产生了第一代恒星。 这些恒星中核反应的物理定律产生了构成生命的物质——碳、氮和氧。为什么宇宙中所有的物理定律和参数恰好都能让恒星、行星和生命发展？ 有些人认为这只是一个幸运的巧合。其他人说，我们不应该对神奇的物理定律感到惊讶——毕竟它们造就了我们，那么我们还会看到什么？一些有神论者认为，这表明存在一个创造这些有利条件的神。 但上帝并不是一个有效的科学解释。相反，多元宇宙理论解决了这个谜团，因为它允许不同的宇宙有不同的物理定律。所以，我们碰巧看到自己身处少数几个可以支持生命存在的宇宙之一，也就不足为奇了。当然，你无法反驳上帝可能创造了多元宇宙的观点。 这都是假设，对多元宇宙理论的最大批评之一是，因为我们的宇宙和其他宇宙之间似乎没有相互作用，那么多元宇宙的概念无法直接测试。 量子不可思议 现在让我们考虑一下上帝是否可以同时出现在一个以上的地方。我们在空间科学中使用的许多科学和技术都是基于反直觉的理论，该理论认为原子和粒子的微观世界是量子力学。 这个理论支持了所谓的量子纠缠：诡异的连接粒子。如果两个粒子纠缠在一起，当你操纵它的时候，你会自动操纵它的搭档，即使它们相距很远，而且两个粒子没有相互作用。也有关于纠缠的描述比我的更好——但这个足够简单，我可以理解。 想象一个粒子衰变成两个子粒子，a和b。子粒子的性质加起来必然等于原始粒子的性质——这就是守恒原理。例如，所有的粒子都有一种被称为“自旋”的量子特性——粗略地说，它们运动起来就像微小的指南针。如果原始粒子的自旋为零，那么两个子粒子中必然有一个自旋为正，另一个自旋为负，这意味着a和B都有50%的几率自旋为正或负。根据量子力学，在你真正测量它们之前，粒子被定义为处于不同状态的混合体。 阿尔伯特·爱因斯坦将量子纠缠描述为“幽灵般的远距离行为”。 A和B的性质并不是相互独立的，它们是纠缠在一起的，即使它们位于不同行星上的不同实验室。如果你测量它的旋转, 你发现它是正向的，然后想象一个朋友在完全相同的时间测量自旋的B，为了维持物理原理，她必须证实B的自旋是反向的。 但这就是事情变得模糊的原因。就像亚粒子A, B有50:50的机会是正的，所以当A的自旋状态被测量为正的时候，B的自旋状态“变成”负的。换句话说，自旋状态的信息瞬间在两个亚粒子之间传递，这种量子信息的传递显然比光速要快。爱因斯坦将量子纠缠描述为“幽灵般的远距离行为”，我认为我们所有人都可以理解这种相当怪异的效应。 所以，至少有一种东西比光速还快：量子信息。这并不能证明或否定上帝，但它可以帮助我们从物理的角度来思考上帝——也许是一簇纠缠的粒子，来回传输量子信息。它们可以同时出现在许多地方？甚至在多元宇宙同时存在？ 我脑海中浮现出这样一幅画面：上帝让星系旋转，同时也让行星自转——把信息包从一个宇宙抛到另一个宇宙，以保持万物和谐。幸运的是，上帝可以同时处理多项任务——保持空间和时间结构的运动，所需要的只是一点信念。 这篇文章已经基本回答所提出的问题了吗？我不这么认为：如果你信上帝（就像我一样），那么上帝受物理定律约束的观点就是无稽之谈，因为上帝无所不能，甚至比光速还快。如果你不信上帝，那么这个问题同样是荒谬的，因为根本就没有上帝，没有任何东西能比光传播得更快。也许这个问题真的是不可知论者的问题，他们不知道是否有上帝存在。 上帝会在旋转银河系的同时又让行星自传吗？ 这确实是科学和宗教的不同之处。科学需要证明，宗教需要信心。科学家们不会试图证明或反驳上帝的存在，因为他们知道没有一个实验可以探测上帝。如果你相信上帝，那么科学家对宇宙的研究成果就无关紧要了——因为宇宙万物都被认为与上帝一致。 我们对上帝、物理或其他任何事物的看法最终都取决于视角。但让我们以一段真正权威来源的引文作为结束。不，它不是圣经，也不是宇宙学教科书，而是来自特里·普拉切特（Terry Pratchett）的《死神》（Reaper Man）: “光认为它的速度比任何东西都快，但它错了。无论光速有多快，黑暗总是先它一步到达，等待着光的到来。” 请访问 BBC Future 阅读 英文原文。 注：此文摘自《对话》（The Conversation）。莫妮卡·格雷迪是英国开放大学行星和空间科学教授。