來源：利維坦

文：Monica Grady

譯：苦山

校對：兔子的凌波微步

原文：www.bbc.com/future/article/20210301-how-physics-could-prove-god-exists

“我曾在一次研討會上聽到下面這個問題——當(dāng)時我還相信上帝（現(xiàn)在我是無神論者）——這個問題最初是由愛因斯坦提出的，它的優(yōu)雅和深刻令我震驚：“如果存在這樣一位上帝，他創(chuàng)造了整個宇宙及其所有的物理法則，那么上帝是否遵循上帝自己的法則？還是說，上帝可以取代他自己的法則，比如超越光速，從而能夠同時存在于兩個不同的地方？”這個問題的答案能否幫助我們證明上帝是否存在，還是說，這是科學(xué)經(jīng)驗(yàn)主義和宗教信仰交叉之處，因而沒有真正的答案？”

——大衛(wèi)·弗羅斯特（David Frost），67歲，洛杉磯。

當(dāng)我收到這個問題的時候，我正因疫情封鎖措施待在家中，因此立刻被它激起了興趣。這也難怪，畢竟時機(jī)恰好——諸如大流行病之類的悲劇事件經(jīng)常讓我們質(zhì)疑上帝的存在：如果真有一位仁慈的上帝，為什么會發(fā)生這樣的災(zāi)難？上帝可能被物理定律“束縛”的這種想法——物理定律也支配著化學(xué)和生物學(xué)，因此也決定了醫(yī)學(xué)的邊界——是一個值得探索的有趣觀點(diǎn)。

如果上帝不能打破物理定律，祂可能就不會像你想象的那樣，有如絕對存在一樣強(qiáng)大。但是如果祂做得到的話，為什么我們還沒有看到任何證據(jù)表明，宇宙中曾有物理定律被打破過呢？

為了解決這個問題，讓我們把它分解一下。首先，上帝能比光速更快嗎？我們只從問題的表面含義來回答。光的傳播速度大約為每秒3×105公里，即每秒186,000英里（299,500公里/秒）。我們在學(xué)校里學(xué)過，沒有什么能比光速更快——即使是《星際迷航》（Star Trek）中的聯(lián)邦星艦企業(yè)號（USS Enterprise），當(dāng)它的二鋰礦結(jié)晶引擎（dilithium）被調(diào)到最大值時也不行。

但這是真的嗎？

數(shù)年前，一群物理學(xué)家構(gòu)想了一種被稱為快子（tachyon）的粒子，它以超光速運(yùn)動。幸運(yùn)的是，人們認(rèn)為這種粒子不太可能真實(shí)存在。如果它們確實(shí)存在，那么它們將擁有一個虛質(zhì)量（譯者注：imaginary mass，即靜止質(zhì)量必須為虛數(shù)），空間和時間的結(jié)構(gòu)將被扭曲——這會導(dǎo)致因果關(guān)系的違背（并且很可能會讓上帝頭疼）。

到目前為止，似乎還沒有發(fā)現(xiàn)任何物體的速度能夠超過光速。這本身并不能說明任何與上帝有關(guān)的事。它只是進(jìn)一步證實(shí)了“光的傳播速度確實(shí)很快”這一知識。

如果上帝存在，一個問題就在于，祂是否會受到物理學(xué)等科學(xué)定律的約束。

當(dāng)你開始考慮光從萬物伊始至今傳播了多遠(yuǎn)時，事情就變得有趣些了。假設(shè)宇宙符合傳統(tǒng)的大爆炸模型，并假設(shè)光速為3x105公里/秒，那么我們就可以計(jì)算出，在宇宙存在的138億年中，光傳播了大約1.3x1023公里。或者更確切地說，在宇宙之存在的可觀測的部分里，光傳播了那么遠(yuǎn)。

宇宙以大約每兆秒差距70公里/秒的速度膨脹（1 Mpc/Megaparsec=1兆秒差距，大約為3000萬公里），因此目前的估計(jì)表明，到宇宙邊緣的距離是460億光年。隨著時間的推移，宇宙的體積不斷增加，光必須傳播更長的時間才能到達(dá)我們這里。

宇宙比我們能看到的要大得多，但是我們目前能看到的最遙遠(yuǎn)的天體是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測到的GN-z11星系。它大約位于1.2x1023公里或134億光年之外，這意味著從該星系發(fā)出的光到達(dá)地球用了134億年。但是在光線“出發(fā)”時，這個星系距離我們的銀河系只有大約30億光年。

GN-z11是一個在大熊座發(fā)現(xiàn)的高紅移星系，為目前可觀測宇宙中最古老、最遙遠(yuǎn)的已知星系。

我們無法觀測或看清自大爆炸以來擴(kuò)張建立的整個宇宙，因?yàn)橐尮鈴氖澜缫潦嫉膸追种幻氲竭_(dá)我們這里，流逝過的時間還不足夠。一些人認(rèn)為，我們因此無法確定物理定律是否可以在其他宇宙區(qū)域被打破——也許它們只是局部的、偶然的定律。這就把我們引向了一個比宇宙還要大的東西。

多元宇宙

許多宇宙學(xué)家認(rèn)為，宇宙（Universe）可能是一個更廣闊的宇宙系（cosmos）、一個多元宇宙（multiverse）的一部分，在那里有許多不同的宇宙共存，但不相互作用。多元宇宙的觀點(diǎn)是基于宇宙暴脹理論（the theory of inflation）的——暴脹理論認(rèn)為宇宙在大爆炸后的10-32秒之前曾急速暴脹。暴脹理論是一個重要的理論，因?yàn)樗梢越忉尀槭裁从钪婢哂形覀兯吹降男螤詈徒Y(jié)構(gòu)。

但是，假如膨脹能夠發(fā)生一次，為什么不能發(fā)生很多次呢？我們從實(shí)驗(yàn)中知道，量子漲落可以產(chǎn)生成對的粒子，它們突然出現(xiàn)，但片刻后就消失。如果這種漲落能夠產(chǎn)生粒子，為什么不能產(chǎn)生整個原子或宇宙呢？有人認(rèn)為，在混沌暴脹期間，一切并非都以同樣的速率發(fā)生——暴脹期間的量子漲落可能產(chǎn)生了氣泡，而這些氣泡各自爆炸形成了宇宙。

但是在多元宇宙中，上帝的位置在哪里呢？令宇宙學(xué)家頭疼的一個事實(shí)是，我們的宇宙似乎已經(jīng)微調(diào)到了適合生命存在的狀態(tài)。宇宙大爆炸產(chǎn)生的基本粒子具有能夠形成氫和氘的合適性質(zhì)——而這些物質(zhì)構(gòu)成了第一批恒星。

量子物理學(xué)能否幫助解釋“上帝能夠同時存在于兩個地方”這件事？? 美國國家航空航天局

在這些恒星中，控制核反應(yīng)的物理定律隨即生成了構(gòu)成生命的物質(zhì)——碳、氮和氧。為什么宇宙中所有的物理定律和參數(shù)具有的數(shù)值都恰好能令恒星、行星，以及——最終——生命形成？

有人認(rèn)為這只是一個幸運(yùn)的巧合。其他人說，我們不應(yīng)為“生物友好”的物理定律感到驚訝——畢竟是它們產(chǎn)生了我們，那么我們還能看到什么呢？然而，一些有神論者認(rèn)為，這表明存在一位為生物創(chuàng)造了有利條件的上帝。

但上帝并不是一個合理的科學(xué)解釋。相反，多元宇宙理論解決了這個謎團(tuán)，因?yàn)樗试S不同的宇宙有不同的物理定律。所以，我們碰巧在少數(shù)幾個能夠支持生命存在的宇宙中發(fā)現(xiàn)了我們自己，這并不奇怪。當(dāng)然，你無法反駁多元宇宙可能是由上帝創(chuàng)造的觀點(diǎn)。

如果兩個粒子糾纏在一起，當(dāng)你操縱其中一個粒子時，你也在自動操縱它的關(guān)聯(lián)粒子。

這一切都是高度假設(shè)的，而對多元宇宙理論最大的批評之一在于，因?yàn)槲覀兊挠钪嫠坪鹾推渌钪嬷g沒有相互作用，所以多元宇宙的概念不能得到直接的檢驗(yàn)。

量子怪誕性（Quantum weirdness）

現(xiàn)在，讓我們考慮一下上帝是否可以同時出現(xiàn)在多個地方。我們在空間科學(xué)中使用的大部分科學(xué)技術(shù)都是基于反直覺的原子和粒子的微觀世界理論，這一理論被稱為量子力學(xué)。

這一理論支持一種叫做量子糾纏的現(xiàn)象：鬼魅般地相連的粒子。如果兩個粒子處于糾纏狀態(tài)，當(dāng)你操縱其中一個粒子時，你也在自動操縱它的關(guān)聯(lián)粒子，即使它們相距很遠(yuǎn)，也沒有在相互作用。對于量子糾纏的描述，有其他版本比我在這里給出的更好——但是這一版表述很簡單，足以讓我理解。

想象一個粒子衰變成兩個亞粒子A和B。亞粒子的性質(zhì)疊加后必須與原粒子的性質(zhì)等同——這就是守恒定律。例如，所有的粒子都有一個叫做“自旋”的量子性質(zhì)——大致而言，它們就像是小小的羅盤磁針一樣運(yùn)動。如果原始粒子的“自旋”為零，那么兩個亞粒子中的一個必須自旋為正，另一個必須自旋為負(fù)，這意味著A和B中的每一個都有50%的機(jī)會具有正自旋或負(fù)自旋。（根據(jù)量子力學(xué)的理論和定義，在你真正測定粒子之前，粒子處于不同狀態(tài)的混合態(tài)。）

愛因斯坦將量子糾纏描述為“鬼魅般的超距作用”。? Getty Images

即使A和B位于不同行星上的不同實(shí)驗(yàn)室中，它們的性質(zhì)也不是彼此獨(dú)立的——它們是糾纏在一起的。假如你測量A的自旋，發(fā)現(xiàn)它是正的，那么想象一下，一個朋友恰好在你測量A時測量了B的自旋。為了使守恒定律成立，她必然會發(fā)現(xiàn)B的自旋是負(fù)的。

但是——這就是事情變得模糊的地方——和亞粒子A一樣，B有一半的概率是正自旋，所以當(dāng)A的自旋態(tài)被測定為正時，它的自旋態(tài)“變成了”負(fù)的。換句話說，關(guān)于自旋態(tài)的信息在兩個亞粒子之間瞬間傳遞。這種量子信息的傳遞速度明顯快于光速。鑒于愛因斯坦本人都將量子糾纏描述為“鬼魅般的超距作用”，我認(rèn)為就算我們所有人都覺得這是一種相當(dāng)奇異的效應(yīng)，也是有情可原的。

因此，畢竟還是有一種東西比光速更快：量子信息。這并不能證明或反駁上帝的存在，但是它可以幫助我們從物理的角度來認(rèn)識上帝——上帝也許是一團(tuán)糾纏的粒子，來回傳遞量子信息，并因此同時存在于許多地方？甚至同時存在于多個宇宙？

科學(xué)需要證據(jù)，宗教信仰需要信念

我腦海中有這樣一幅畫面：上帝轉(zhuǎn)著星系大小的盤子，同時拋接著行星大小的球——將信息從一個晃晃悠悠的宇宙扔到另一個中，以保持一切運(yùn)轉(zhuǎn)。幸運(yùn)的是，上帝可以同時操作多項(xiàng)任務(wù)——保持時間和空間的結(jié)構(gòu)不停運(yùn)作。你所需要的只是一點(diǎn)點(diǎn)信念（faith）。

這篇文章是否已經(jīng)接近于回答開篇提出的問題？我想沒有：如果你像我一樣相信上帝，那么上帝被物理定律束縛的想法就是胡說八道，因?yàn)樯系劭梢宰鋈魏问虑椋踔帘裙庑械酶臁Ｈ绻悴幌嘈派系郏敲催@個問題同樣是荒謬的，因?yàn)椴淮嬖谏系郏膊淮嬖谑裁词挛锬鼙裙馑俑臁Ｒ苍S這個問題實(shí)際上該交給不可知論者回答，他們不清楚上帝是否存在。

上帝是否一邊在拋接行星大小的球時，一邊旋轉(zhuǎn)銀河系大小的盤子？? 美國國家航空航天局

這的確是科學(xué)和宗教的不同之處。科學(xué)需要證據(jù)，而宗教信仰需要信念。科學(xué)家們并不試圖證明或反駁上帝的存在，因?yàn)樗麄冎罌]有任何一個實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱綔y到上帝。而且，如果你相信上帝，那么科學(xué)家對宇宙的發(fā)現(xiàn)就無關(guān)緊要了——任何宇宙都可以被認(rèn)為是與上帝一致的。

我們對上帝、物理或其他事物的看法最終取決于我們的視角。但是，讓我們從一個真正權(quán)威的來源引用一句話來收尾。不，不是《圣經(jīng)》。也不是哪本宇宙學(xué)教科書。這句話來自特里·普拉切特（Terry Pratchett，英國奇幻文學(xué)作家）的《靈魂收割者》（Reaper Man）：

“光覺得它跑得比任何事物都快，可它錯了。無論它跑得多快，黑暗總是先它一步到達(dá)，并且等待著它的光臨。”