自然神学附论 （第十二部分）
自然神学附论（第十二部分）：宇宙开始的科学证明II
对凯拉姆 宇宙论之前提的辩护
我们在最近的课程中看了对宇宙开始存在这个凯拉姆 宇宙论的第二个前提的第一个科学证明。该证明出自宇宙的膨胀。我们上次看到，根据物理证据，空间和时间在几何上可以用一个圆锥体来表示，其随着时间的倒退会缩小，一直缩小到宇宙的绝对开始。标准的大爆炸模型预示了宇宙的开始。尽管该标准模型在多个方面需要调整，尤其是要适应量子引力理论来解释宇宙最早的一瞬间，然而标准模型对宇宙有一个开始的预示如今已经屹立了近100年，一直是宇宙起源最合理的解释。
上节课我总结说，在某种意义上，二十世纪的宇宙学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失败的尝试。我们看到稳态模型、震荡模型、真空波动模型、永恒膨胀模型等等粉墨登场、来去匆匆。任何不包括宇宙绝对开始的模型都被证明在某方面站不住脚。所以当肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）等人在有关宇宙存在的宇宙学证据的辩论中简单地列举出一系列没有开始的宇宙模型时，那说明不了任何这些模型的合理性。模型并不稀奇。问题是：这些模型站得住脚吗？事实上吉姆·辛克莱（Jim Sinclair）在《布莱克维尔自然神学手册》的文章里已经讨论过这一系列模型里的大多数，并且证明了它们为何要么是经验上站不住脚的，要么是实际上并没有避免宇宙的绝对开始。
在2012年，杰出的宇宙学家威灵根（Alexander Vilenkin）在牛津大学为庆祝霍金70岁生日举办的一个会议上对当代宇宙学模型进行了概述，并总结道：“当前没有哪个模型满足一个没有开始的宇宙的理想模型。”
同一时期，一系列引人注目的奇点定理通过表明在越来越多的广义的情况下一个开始是不可避免的，将经验上站得住脚的模型缠地越来越紧。例如，在1970年，霍金和彭罗斯（Penrose）构建了以他俩的名字命名的奇点定理，表明广义相对论下的任何宇宙一定会缩小至一个最初的奇点。在2003年三位杰出的宇宙学家博尔德（Arvind Borde）、古斯（Alan Guth）和威灵根（Alexander Vilenkin）证明了任何通常在其历史中处于膨胀状态的宇宙在过去不可能是无限的，而必须有一个开始。那也适用于膨胀的多重宇宙的情况。在2012年，威灵根证明不满足博尔德-古斯-威灵根定理这个单一条件的模型仍然由于避免宇宙开始的其他原因而不成立。[1] 他总结说：“任何这些情形实际上都不可能是过去永恒的。” [2] “我们的一切证据都说明宇宙有一个开始。” [3]
这一陈述很值得注意。如果威灵根说支持宇宙有开始的证据比反对宇宙有开始的证据更充分，会很重要。但他没这样说。他说我们的一切 证据都说明宇宙有一个开始。我不知道任何说明宇宙是过去永恒的证据。在反对的一边就是没有任何证据。我认为，支持宇宙有开始的证据尽管不使其确定，但无疑证明威灵根对宇宙很可能确实在过去开始存在的结论是正确的。
博尔德-古斯-威灵根定理证明，在一个单一、非常普遍的情况下，经典时空一定会缩小至过去某一刻的边界上。（克雷格博士在白板上画了一个示意图。）我们以此（指向示意图）代表经典时空，你不需要考虑量子影响。边界的另一边要么有东西，要么没有。如果没有，那该边界就是宇宙的开始。如果边界的另一边有什么，那就是由尚待发现的量子引力理论所描述的量子引力区。这种情况下，那就是宇宙的开始。所以博尔德-古斯-威灵根定理表明经典时空要么是以这个过去的边界为开始，要么，如果存在量子引力区的话，这个引力区就是宇宙的开始。
威灵根对这一事实的信心，虽然我们还没有引力场的量子理论，是基于像这样一个量子区是根本不稳定这一事实的，或者像科学家们说的，是亚稳态的。这就是说它不能持续很长时间。对这样一个亚稳态来说，在无限的时间里持续什么都不做然后在大约137亿年前突然开始膨胀显然是不可能的。尽管我们可能没有对宇宙这一最初阶段的描述，我们仍相信如果这样一个量子区确实存在的话，它便是宇宙的开始。
杰出宇宙学家密斯纳（Charles Misner）曾对我这样说。他说，就好像在宇宙最初那一刻前拉上了一层薄薄的窗帘，我们不知道窗帘的另一侧发生了什么。但我们真正知道的是宇宙并不是来自另一边。所以无论宇宙是开始于量子区还是经典时空，宇宙确实从过去开始存在。
当然，科学成果总是临时的。科学不解决确定性的问题，它解决的是可能性。我们完全可以期望试图避免宇宙开始的新理论会被提出来。这些提议会被欢迎并经受检验。但无论如何，我想证据指向哪里已经很清楚了。今天凯拉姆 宇宙论的支持者在坚持宇宙过去开始存在这个观点上毫无问题地站立在科学主流立场中。
星期五那天，Reasonable Faith的前执行董事善能（Chris Shannon）发给我一个链接，是威灵根一个月前发表在线上科学杂志《推理》上的一篇文章，题目是《宇宙有开始吗？》 [4] 日期是2015年10月23日。威灵根在文章中与凯拉姆 宇宙论进行了互动。我想读一段给你们。他说：
理查德·道金斯（Richard Dawkins）、劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）以及维克多·斯滕杰（Victor Stenger）都主张现代科学容不下上帝的存在。一系列科学和宗教间的辩论已经展开，无神论者有道金斯、丹尼尔·丹尼特（Daniel Dennett）和克劳斯等人，与威廉·雷恩·克雷格（William Lane Craig）这样的有神论者辩论。辩论双方都借助于博尔德-古斯-威灵根定理，双方在所有人中都诉诸于我来寻求更好的理解。
威灵根本人是个不可知论者。[5] 他不相信上帝。他对他自己成为了这些争论的裁判感到相当困惑。他继续说道：
支持上帝存在的宇宙论包括两部分。第一部分直截了当：
1. 一切开始存在的事物都有一个起因；
2. 宇宙开始存在；
3. 因此，宇宙有一个起因。
第二部分肯定了这一起因一定是上帝。
我现在要驳斥该论证的第一部分。
他打算反驳凯拉姆 宇宙论那两个前提中的一个。但他不拒绝接受宇宙开始存在这第二个前提。相反，他肯定这点。在文章里，他说道：
我们没有能站住脚的永恒宇宙模型。博尔德-古斯-威灵根定理使我们有理由相信这样的模型根本不可能被构建。
这是我读过的威灵根最强烈的陈述。他不仅说我们现在没有能成立的无开始宇宙的模型，而且说根据他的定理，我们有理由相信这样的模型根本不可能被构建出来。
那威灵根作为一位不可知论者如何回应凯拉姆 宇宙论呢？他选择反驳第一个前提—一切开始存在的事物都有一个起因。他坚持认为宇宙只是毫无原因地凭空出现。对这样一个异常的假设他有什么理由呢？嗯，他说，在一个封闭的宇宙里（即，一个体量有限的宇宙），正能量与负能量一样多，所以净能量为零。正能量和负能量的量相同，所以净能量是零，因此，如果宇宙毫无原因地凭空出现地话，就不违反物质和能量守恒定律。因此，宇宙就可能毫无原因地凭空产生。
我不得不说，我发现这很难被严肃对待。威灵根假设，如果某物不违反自然法则的话，那它就是形而上学可能的。但没有理由接受这样一个假设。单纯因为某物不会违反自然法则并不意味着它是形而上学可能的。只因为毫无原因地凭空产生不会违反守恒法则并不意味着某物凭空产生是形而上学可能的。容易想到不违反自然法则但形而上学不可能的事物的例子。例如，某些道德真理是形而上学必然的，因此虐待儿童取乐不可能是善行。但这样做并不违反任何自然法则，不是吗？那与自然法则完全不矛盾。但我认为虐待儿童取乐是善行是形而上学不可能的这一观点是合理的。这是道德真理，而不是科学或者自然真理。那么，还有什么例子呢？没有事件先于自身发生—没有事件能来到自身之前这一陈述如何？我认为这是形而上学必然的。一个事件不可能先于自身发生。但这样的事并不违反任何自然法则。事实上，这会导致时间是循环的。如果时间是循环的，那么事件E会既在自身以前又在自身以后—它跑到自己后面去，它又跑到自己签名。在循环的时间里没有违背任何自然法则。实际上，科学家们会经常讨论封闭的类时间的循环。但考虑到时间上形成的客观性，时间的本质，在我看来一个循环的时间是形而上学不肯能的。[6] 说某事物不违反自然法则并不意味着那是形而上学可能的，凭空产生看来明显是形而上学不可能的事，无论物质和能量守恒定律是怎样的。
实际上，在你思考这点时，威灵根想象的情况看上去就是完全误导性的。就像说如果你的资产和负债完全相等的话那么你的净资产是零，因此你的财务状况没有原因一样。显然，那是错的。英国量子宇宙学先驱埃希姆（Christopher Isham）在他《宇宙和创造》一文中之处，即使正负能量相等导致净能量为零，他说，仍需要有“本体种子（ontic seeding）”先把正能量和负能量创造出来！所以，实际上，即使正负能量完全相等，也不能消除对宇宙起源的原因的需要。
开始讨论
学生：我能问下“形而上学”非常基本的定义是什么吗？
克雷格博士：这个问题很好，因为在巴诺书店里形而上学部分通常会是你的新生活书籍和疯子的东西！形而上学是哲学的一个分支，研究关于终极实在的问题。什么是真的？例如，唯物主义是真的吗？存在的只有物质吗？还是物质以外还存在思想或者灵魂？时间和空间的本质是什么？关于数学的问题。存在像数字、集合、函数和命题这样的抽象对象吗？这些是形而上学的问题。“Meta”是希腊语前缀“之上”或“超过”的意思。所以形而上学（metaphysics）是物理之上的意思。物理描述我们所在的受自然法则支配的物理世界。形而上学是对现实的本质的哲学思考，超过纯粹的物理。明白了吗？
学生：是的。在进一步讲，那么形而上学的不必然是神学的？
克雷格博士：不，完全不是。例如，一个唯物主义的形而上学者会说只存在时空和它里面的内容，没有灵性实体。这是一个中性词。这只是一个研究实在的本质的哲学领域。这个问题很好。
学生：你遇到过坚持“宇宙的存在从没有开始”的观点但又说你不应坚持教条、只应相信证据支持什么的人吗？
克雷格博士：当然。我会说，关于第二个前提：宇宙开始存在，你为何不接受证据的引导呢？注意这个前提在神学上是中立的。它不涉及上帝。它是一个能出现在任何天文学和天体物理学教科书里的科学叙述。如果威灵根是对的，我们就有支持该前提是真的非常有力的证据。我的问题是：你为什么不跟随证据的指引呢？答案是，我想，对于这个问题，在某些情况下他们看到了这将导致的神学上的重要结论，一旦你把第二个前提和第一个前提合二为一的话。在这方面我想要他们跟随证据的指引。
学生：这与无边界模型是怎样的联系呢？
克雷格博士：无边界模型试图一瞥窗帘后藏着什么。根据哈图-霍金模型，该观点是如果你在窗帘后面瞥一眼的话你会发现宇宙，或者时空，并不回到它开始的一个尖点或奇点上，时空的开始反而是像羽毛球而不是像圆锥体那样，是圆滑的。[7] 然后这说明宇宙的起点—这个半球上的南极点（克雷格博士指向白板上示意图里“羽毛球”的圆边）跟表面上其他的点一样。如果你走到北极点或者南极点，你不会发现任何不同。你就会直接走过去。像任何其他的点一样。如果能成功的话，哈图-霍金模型会扯掉帘子，让我们从头开始描述宇宙。那是个发生在有限的过去的开始。它支持该宇宙论的第二个前提。
学生：作为一个注册会计师，我喜欢你用资产负债表做的比喻。一张资产负债表是时间上两个点之间的一张照片，但它也包括所有者权益部分，这其中包含说明你如何从时间上的一点到另一点的损益部分。
克雷格博士：在这个例子里，在时间上是没有分隔的。正能量和负能量现在都存在。但它像一个资产和负债相同的人一样，所以他的净资产是零。但你知道，说因此没什么导致他目前这种财务状况是愚蠢的。
学生：如果你说在一头没有边界的话，在我看来你也不得不解释在前沿的边界，你在膨胀端也会有一个边界。我认为你也不得不就此做出解释。
克雷格博士：不，在这里使用的边界的技术意义上不需要。南极点不是边界点，不像在圆锥体上有这个边界点。你也不应把这些边想成边界。它不像你走到空间的边然后掉下去那样，会有个边。根据这些模型，如果它们是有限的（如果它们是封闭的，我之前提到过），那么三维空间就会比作像地球一样的球体的二维表面。地球没有边界。如果你从某点出发，一直走，你永远不会走到一个边上然后掉下去。你会再次回到你开始的地方。在那种意义上，地球的表面是没有边或者边界的。然而，它的体量是有限的。它有一个有限的区域。在相关意义上不要把这些模型视为代表边界。
学生：我想的不是膨胀过程中球体的边界。我是在从奇点出发进行成像—向外的边界—超过边沿，如果你在想吹气球的情景的话。
克雷格博士：还是，我要重复一下了。想象这个球体随着向过去倒退在收缩，随着向未来前进在膨胀。对这个球体来说仍没有边界。它一直是有限的，但要么在膨胀，要么在缩小。但你不应该认为这个球体是镶嵌在某个更高的维度里。这是关键。不是说它外面还有什么。这是对三维空间的比喻。虽然我们不能把这样的东西视觉化，然而在数学上描述它毫无矛盾。它不是镶嵌在一个更高的维度里。
学生：有一点我不理解的是关于膨胀的，是... 粒子和宇宙，它们里面也都有空间。为什么是星系在彼此远离呢？它们，看起来也应是膨胀的。我们的一切测量工具，看起来也应该在膨胀啊。我有点不明白。
克雷格博士：自然界有像引力这样的力使物体在一起。[8] 所以虽然空间在膨胀，并不意味着这张桌子或者你的身体也在膨胀。有电磁力和引力使这些东西保持在一起。结果是，随着空间膨胀，它们逐渐彼此隔离，因此相隔越来越远，虽然它们在空间里是静止的。星系是静止的，但它们是因为引力才保持在一起。随着空间膨胀，它们虽然静止但却彼此远离，因为这个球体本身变得越来越大。
学生：什么导致了这个空间膨胀呢？
克雷格博士：在这个标准模型里这是个未知的问题。但我前面简单提到的宇宙暴胀模型是对解释这一现象的尝试。如果在宇宙早期历史的非常早期有这个超快或者暴胀式的膨胀，这被称为假真空。在其中引力变成了排斥力而不是吸引力。在某种意义上说会是这种排斥力导致宇宙膨胀。
学生：如果我理解的对的话，虽然在圆锥体上有像羽毛球形状的底，只要它不是开放的，只要那是一个封闭的表面，那么那就意味着时间一定是从某个确定的点开始的？
克雷格博士：我们要小心。我所指出的是，霍金毫无根据地假设有开始就必须有一个起点。不是那样的。我举了静止的某物在最后一瞬间是静止的，然后开始移动的例子。在这种情况下没有运动的第一个瞬间，因为你选的任何一个运动的瞬间之前都有另一个已经在运动的瞬间。所以虽然有静止的最后一个瞬间，但没有运动的第一个瞬间—没有它开始运动的起点。但尽管如此，显然运动有一个开始并且是有限的。这个模型不需要有一个起点才能有一个开始。时间有开始，只是以防你选择的任何一个时间间隔（一秒、一小时或者一年），如果只有有限的这类较早相同间隔的话那么无论有没有起点时间都有一个开始。
霍金在其与姆罗迪诺（Leonard Mlodinow）合著的最新著作《大设计》里确实把该模型里的南极点称为时间和宇宙的起点。他自己确认了存在时间和宇宙的起点这一理解。但那不会是一个奇点。它不会是像标准模型里那样的一个奇点—这是说，一个数量变成无限的点，像无限的温度、无限的密度、无限的压力。这在那个半球上是一个跟其他任何点一样的普通的点，而它又是最早的点，霍金在《大设计》里这样说。
学生：如果我们眼前是一张台球桌的话...
克雷格博士：母球在撞击时显然会有一个动因，并且它不会有无限的球路，对吗？然而也不需要母球有运动的第一个瞬间。它就能够回到那个极限。零就像它静止的那个极限。然后它开始移动。但它不需要有一个起始点。这些是季诺等希腊哲学家在古代就是否存在开始和停止的悖论所讨论的古代悖论。其中一些人与霍金的观点一致，认为因为开始需要一个起点，并且没有任何起点因此运动就是不可能的。[9] 运动是一种错觉，季诺认为。这种结论显然是荒谬的。
学生：所以台球不是被某人撞击，而是它从静止的位置爆炸，把其他球炸出去。
克雷格博士：我想我们慧说它的开始显然需要一个起因，因此存在某个球手撞击母球导致它移动。我唯一指出的一点是“开始移动”并不意味着它有一个起点或运动的起始瞬间。
结束讨论
我想你们能明白我为何对威灵根上个月的这篇文章以及他与这一论证的互动如此激动了。[10]
[1] 5:00
[2] 米萨尼（Audrey Mithani）和威灵根（Alexander Vilenkin）, “宇宙有开始吗？” 2012年4月20日。视频见https://www.youtube.com/watch?v=NXCQelhKJ7A (2014年2月23日), 威灵根总结说：“当前没有哪个模型满足一个没有开始的宇宙的理想模型。”
[3] 威灵根, 引自“为何物理学家不能避免一个创造事件”丽莎·格罗斯曼在《新科学人》(2012年1月11日).
[4] 参见 http://inference-review.com/article/the-beginning-of-the-universe (2015年11月22日).
[5] 10:13
[6] 15:01
[7] 20:14
[8] 25:01
[9] 30:07
[10] 总时长: 31:43 (版权 © 2015 William Lane Craig)