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自然神学附论（第十一部分）

自然神学附论（第十一部分）：宇宙开始的科学证明

支持第二个前提的第一个科学证明

我们最近看了支持凯拉姆宇宙论第二个前提的哲学论证。我们看到，连续相加来获得事物的实无限集的不可能性意味着宇宙的存在有开始，即该论证的第二个前提。我们可以像以下这样来总结这个论证：

1. 连续相加形成的集合不可能是实无限的。

2. 时间性一系列事件是连续相加形成的集合。

3. 因此时间性一系列事件不可能是实无限的。

现在我们有两个支持该宇宙论的第二个前提的哲学论证—一个基于实无限个事物存在之不可能性，另一个基于通过连续相加（一次在一个上面加一个）形成实无限个事物的集合之不可能性。

为了避免因小失大，我们回想一下，看我们在这方面做了什么。我们论证过的基本是一个无限的过去是不合理的这个观点。过去不可能是无限的，因此它一定有个开始。这些论证，尽管看上去非常复杂、烧脑，但可以用一种非常简单的方式来理解。明白这点很重要，以免你挥挥手说这些数学对我来说太难了。

这个基于实无限个事物的不可能性的第一个论证—我在辩论情况下通常会做的就是说由于如果它存在会导致的荒唐结果，实无限个事物的存在是不可能的。例如，无限减去无限等于什么？这个问题很简单。你会得到自相矛盾的答案，这说明无限只是你脑子里的一个概念，而非现实中存在的事物。所以不可能存在实无限个过去事件。这是对第一个论证非常简单的陈述。

第二个论证—你可以简单的用一连串无数张多米诺骨牌的例子，说眼前这张多米诺骨牌怎么会倒下如果前面有无数张多米诺骨牌必须逐一先后倒下的话？眼前这张多米诺骨牌永远不会倒下。我们知道过去不可能是无限的；它一定有个开始—它一定是有限的。

你们看我用了大约45秒钟就向大家讲解了这两个论证。虽然深入研究的话有大量有趣的资料，但这冰山一角能以相当简单、直接的方式来讲解。

现在我们要继续讲宇宙开始的科学证明。

现代天文学和天体物理学最惊人的进步之一，也是穆斯林神学家加扎利从未想到的，是我们现在有了相当有力的支持宇宙有开始的科学证据。我喜欢把这些科学论证当作对哲学论证的证明。它们是对哲学论证已经做出的结论的证实。这就是说，有了这些科学证据，“宇宙的存在有开始”这一陈述比没有这些证据时更有可能。证据证明宇宙的存在有开始这一前提的真实性。所以如果有人对你说，经常会有，没人知道宇宙是如何开始的。没人知道宇宙有开始还是永恒的，他们通常是把“知道”想成是“确切地知道”。那当然不是我们在这里所宣称的—某人确切地知道。[1] 科学不解决确切性的问题。我们说的是鉴于我们拥有的科学证据，相比于不可能，宇宙更可能确实有开始。在我看来，至少说科学证据证实宇宙的存在有开始几乎是不可否认的。这一陈述因我们今天具有的科学证据更可能是真的，相比于没有它的情况下—相比于，例如，19世纪在大爆炸模型被提出或宇宙膨胀被发现之前。证据至少证实了第二个前提，即使它不呈现确切性。确切性是我们不需要考虑的镜花水月。问题是：因我们拥有的这些证据，该前提是更可能还是不可能的？我认为是更可能的。

我们先看源自宇宙膨胀的第一个科学证明。

自古以来人们一直认为宇宙作为一个整体是不变的。当然，宇宙利的事物一直在移动和改变，但宇宙作为一个整体，可以说，一直那样。这也是爱因斯坦刚开始开展他的广义相对论时的假设。

在1917年爱因斯坦应用了他被称为广义相对论的引力场理论。它真的并非是相对论。它是一种引力场理论。它是当今物理学所接受的引力场理论。在1917年爱因斯坦开始把他这一新发现的引力场理论应用在了作为整体的宇宙上。

然而他发现有什么东西出了严重的差错。他的方程式描述的宇宙要么是像气球一样在膨胀，要么是自身在塌缩。在二十世纪二十年代俄国数学家弗理德曼（Alexander Friedman）和比利时天文学家李马提（Georges Lemaitre）分别发现了基于爱因斯坦方程式的宇宙模型，结果他们发现的是一个膨胀的宇宙的模型。在1929年，美国天文学家哈勃（Edwin Hubble）经过在威尔逊山天文台的不懈观察，证实了弗理德曼和李马提的理论。他发现从遥远星系射向我们的光比预计的更红。光的这一“红移”现象最合理地解释了因为星系在不断远离我们因此光波（波长）被拉长造成它们看起来比预计的要更红。不论哈勃将他的望远镜照向夜空的哪个位置，他都从来自遥远星系的光里观察到相同的红移。好像我们处于宇宙爆炸的中心一样，所有其他的星系都在以惊人的速度远离我们！

现在，根据弗理德曼-李马提模型，我们并非真的处于宇宙的中心。而是任何星系里的观察者向外看的话都会看见其它星系在远离他。这是因为，根据该理论，真的是宇宙自身在膨胀。星系在空间上实际是静止的，但它们随着空间自身的膨胀而远离彼此。我认为想象这一现象最好的方式是想象一个表面粘有纽扣的气球。纽扣们都被粘住了所以它们不能在气球表面移动。纽扣被固定住了。但随着你把气球吹起来，纽扣和纽扣之间会相隔越来越远，因为气球本身在膨胀。[2] 这些纽扣就像外太空的星系。星系对于空间实际是静止的，但它们随着空间本身的膨胀相隔越来越远。

弗理德曼-李马提理论最终作为大爆炸理论变得家喻户晓。但这个名字却可能产生误导。大爆炸听起来像爆炸，不是吗？但把宇宙的膨胀想成一种爆炸会导致我们认为星系是在从一个中心点向已经存在的空白空间移动。那是对该理论的彻底误解。我们看到，该理论远比此观点激进。它说的是空间本身在膨胀。

当你在时间里倒推这一膨胀时，星系会越来越彼此接近。最终空间里任何两点间的距离都会变成零。没有比那样更接近的了！所以在那点上你就达到了空间和时间的边界。空间和时间不能再继续往后延伸了。那就是宇宙的开始。

为了想象这个过程，我们可以把我们的三维空间想成一个二维的圆盘。随着你在时间里倒退，空间不断缩小知道其中任意两点之间的距离变成零。那就是宇宙的开始。垂直维度代表时间。宇宙随着时间推移一直在膨胀。我们可以在几何上用圆锥体代表空间的膨胀。关于圆锥体有趣的一点是，尽管它在一个方向上可以无限地延伸，但它在另一个方向上有一个边界点，不能延伸。因为这个方向代表时间，这个边界点位于过去，那个点就代表了宇宙的开始。它意味着过去是有限的，因此时间和宇宙的存在有开始。

既然时空是所有物质和能量存在的范围，时空的开始就是宇宙里全部物质和能量的开始。它是宇宙本身的开始。

注意，在初始边界点之前什么都不存在。宇宙开始之前什么都没有。在这里很重要的一点是不要被措辞所误导。当科学家们说“在初始边界以前什么都没有”时，他们不是说它之前有某种虚无的状态。那就是把什么都没有当成了有什么来对待！回想一下，我们讨论过“虚无”的意思。那只是意味着“什么都没有”的普遍否定的一个术语。所以，当他们说在大爆炸前什么都没有或者在边界点以前什么都不存在时，他们的意思是在边界点以前不存在任何东西。在那个边界点上，这点以前存在某物是假的。

不可思议的是，标准的大爆炸模型就这样预示了宇宙的绝对开始。如果这个模型是正确的，那么对于凯拉姆宇宙论的第二个前提—宇宙开始存在而言，我们就拥有了令人惊喜的科学证明。

开始讨论

学生：那个零点也是时间的极限吗？[3]

克雷格博士：是的，既是时间的也是空间的。

学生：宇宙学家是否把那个奇点视为一个东西、一个存在、一个实际存在的对象呢？

克雷格博士：这个问题真的太棒了。他是问当你到达这个边界点时，那是一种现实的实际物理状态吗？我的印象是许多宇宙学家会说不是；那是一种理想化。它是...

学生：像一条渐近线？

克雷格博士：对。它不是一个实际的物理状态。它有点像聚向作为极限的零的一连串分数：1/2，1/4，1/8，1/16。终点只是一个实际不存在的理想化极限。它并非事物的实际物理状态。在这个例子里，在奇点上没有实际的T=0。它就像递减的一连串分数。

学生：但这豪不影响宇宙有开始，即使没有开始的点。

克雷格博士：完全正确。

学生：根据M-理论的某些模型，科学家们提出了有时为正有时为负并导致一个震荡宇宙的可变暗能量的观点。你会如何回应这种说法呢？

克雷格博士：我稍后会提出标准模型以外的其他模型问题。我想要大家首先明白标准的大爆炸模型的内容和涵义。像你说的，过去几十年间有大量不同模型被提出来，包括震荡模型—宇宙实际不会缩成一个点。它有点像沙漏。它会缩小，然后又再次膨胀。那代表了一个收缩的宇宙，不知为何又反过来膨胀。收缩之前是膨胀，然后再次收缩。所以宇宙有点像手风琴，自永恒的过去一直在膨胀、收缩。这一模型主要由想要恢复物质和宇宙的永恒的俄罗斯宇宙学家在二十世纪六十年代提出。霍金和罗杰（Roger Penrose）提出的奇点定理（我后面会讨论，是电影《万有理论》的特色）基本上挫败了这些震荡模型，因为它证明了在一个像这样收缩的宇宙里，奇点是不可避免的。你真的无法避免奇点。而且，即使你能避免，熵在一个又一个循环里不断累积，造成每个循环都比前一个循环更久、更大，所以你仍不能得到一个无限的过去。在最小的循环之前仍存在一个开始。天文学家西尔克（Joseph Silk）在《大爆炸》一书里说道，基于目前宇宙里的熵值，它的震荡次数不可能超过一百。所以这些震荡模型又各种各样的问题，因此它们在宇宙学界只是一个直接的模型，并没有作为更合理的模型被广泛推广。

学生：在空间和时间的开始方面，我的理解是上帝在时间里把一连串的事件放在里面，从那点开始。在那个点以前什么都没有。没有能量。什么都没有。在宇宙学的理解上，区别是什么？换句话说，这是说必须有一个上帝才能开始么？如果你同意大爆炸、塌缩、空间和时间缩到一起的观点，如果实际发生的话，他们如何应对如果没有时空以外的上帝去创造那个起初的开始的话，初始起因会是什么这个问题？他们对这个问题有答案吗？还是又回到震荡宇宙和弦理论上了？

克雷格博士：在我看来科学家，作为一个科学家，会说我能简单地对宇宙回到开始上进行描述，但在此之上就是形而上学而非物理学领域了。

学生：所以就是缝隙之神。换句话说，他们说，我们不知道，但是...

克雷格博士：不，我认为他们是说那不是一个科学问题，除非你提出一个像震荡模型这样的选项来避免这个开始。但一旦有了绝对开始，关于宇宙为何成为存在的问题就真的是一个形而上学的问题，而不是科学领域的问题了。重要的是明白，有神论者在这里并非是要拿出一套不同于大爆炸理论的选项。不是像他是在提出一套有神论的创造论说明之类的。我正借助的证据不过是证实了宇宙的存在有开始这一论证的第二个前提。这是一个神学上中立的陈述，在任何关于天文学和天体物理学的教科书中都找得到。所以它不是缝隙之神。这方面与上帝没什么关系。一个简单的说法是，当代科学最好的证据证实宇宙开始存在的这一前提。这是否产生有神论影响是进一步的哲学问题。

学生：科学论证仅起到验证作用的原因是因为凯拉姆宇宙论必须设法证明时间的形而上学的开始而不仅仅是物理开始吗？我听过一些人强调说，甚至研究这些科学论证真正重要的是什么，如果这不真正设法证明为使凯拉姆宇宙论成立我们需要证明的时间的开始的话。

克雷格博士：我想你说的有些是对的，因为如果你只单纯从科学角度去处理该问题的话，那么那些顽固的自然主义者就能只借助未知的自然法则、未知的物理学去解释宇宙如何产生，并诉诸于一种自然主义的形而上学。例如，人们可以说可能我们的宇宙只是在位于某处的某超级科学试验实验室里膨胀，我们真的只是这个超级巨大的物体里面的一个试验宇宙。科学上讲，那不会成功。你如何评估那样一种观点呢？在那种意义上我认为说科学证据是对哲学论证已经做出的结论的证实是对的，把这些形而上学的其他观点排除在外的是哲学论证。但是，还是，当一个人只做单纯的科学思考而不去进行形而上学的思考时，在我看来，那个前提—宇宙开始存在—相比于没有目前一个人所宣称的证据的情况下是更合理的这点几乎是不可否认的。

学生：CBR温度守恒难道不否定任何震荡或者甚至多重宇宙的观点吗？我认为否则的话你会从不同方向在CBR（宇宙背景辐射）里看到震荡、扰动或者变化。

克雷格博士：你说的是两个来自贝尔实验室的科学家在1965年的发现，他们探测到宇宙里的一种低强度微波背景辐射。跟你家里微波炉里的那种辐射一样。他们发现整个宇宙充满这种背景微波辐射。对此，最好的解释是这是早期宇宙非常热、非常致密状态的痕迹。这是哈勃观察到的红移以外大爆炸理论的又一个证据。红移现象自上世纪二十年代末被哈勃发现后就一直被视为该理论的证据，但宇宙背景辐射在1965年才被发现，帮助将原先那种无法解释为何存在该背景辐射的稳态宇宙模型送进了坟墓。[5] 这是否雨震荡模型一致...

学生：我认为这反驳了震荡模型，因为温度在任何方向上都同样恒定。

克雷格博士：是的，对。你指出来的是这在每个方向的十万分之一上都是极其均匀的。它毫无变化。它格外均匀地分布。该观点是，如果当前的宇宙是上一个震荡的产物那么收缩阶段会产生各种黑洞和密度扰动，这在接下来的膨胀过程里会在微波背景中反映出来。那实际上（我认为你说的对）是个巨大的问题。一个收缩的宇宙会充满这些黑洞和其他由引力场自身塌陷形成的物体，它们不会在宇宙再次开始膨胀时平滑化。这是挑战之一，我想。

结束讨论

那么问题是：标准模型是正确的吗？或者，我想更重要的是，它在预示宇宙开始上是正确的吗？尽管有红移、微波背景辐射以及其他证据的验证，标准模型需要以不同方式来调整。这个模型是基于，像我前面提到的，爱因斯坦的引力场理论—广义相对论。但广义相对论在宇宙缩小至亚原子层面就无效了。这时，你必须引入量子物理学来描述宇宙最初的那个瞬间。你需要一套将广义相对论（或引力）与量子物理学结合起来的理论来构建用于描述宇宙第一个瞬间的量子引力场理论。问题是还没人知道如何做到这点—这个理论目前不存在。此外，宇宙的膨胀可能不像标准模型里那样恒定。它可能在加速（我想有人讨论暗物质时提到过）。宇宙实际上在加速膨胀，可能在其历史非常早期的时候有过超快速膨胀的短暂阶段。所以，如果标准模型要成为经验上充分的，那它需要以不同的方式进行调整。

但这些调整都不需要影响该模型的根本预示—宇宙有一个绝对开始。实际上，像我提到的，在过去数十年间物理学家们已经在弗理德曼和李马提之后提出了大量的备选模型，来逃避宇宙绝对开始的问题。那些不以绝对开始为共同特征的模型再三被证明是站不住脚的。更肯定地说，唯一可行的非标准模型是那些涉及宇宙绝对开始的模型。该开始可以涉及或者不涉及一个起点。但甚至那些没有一个类似起点的开始的模型中的过去仍是有限的。过去不是无限的，而是有限的。根据这些模型（例如霍金所谓的“无边界”提议），宇宙并非一直存在，即使它没有一个清晰明确的起点，它仍然形成于过去。

在某种意义上，二十世纪宇宙学的历史可被视为尝试避免标准模型所预示的绝对开始的努力一次又一次的失败的展览。这一预示到目前为止在天文观测的巨大进步和天体物理学的创造性理论工作的过程中屹立近100年。[6]

今天我们就讲到这里。下个星期我们会继续讨论同样说明宇宙开始存在的近期发现的奇点定理的重要性。[7]

自然神学附论 （第十一部分）

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