從大爆炸看上帝

周鐵樓

引言

據聖經的記載，在上帝創造以前，時間和空間並不存在。創世記一章1至5節提及：「起初，上帝創造天地。地是空虛混沌，淵面黑暗；上帝的靈運行在水面上。上帝說：『要有光』，就有了光。上帝看光是好的，就把光暗分開了。上帝稱光為『晝』，稱暗為『夜』。有晚上，有早晨，這是頭一日。」獲最多科學家支持的大爆炸論（The Big Bang Theory）也是這麼說的。大爆炸論不是講物質的爆炸，而是說時空本來並不存在，在時間開始的瞬間，空間也開始急劇地膨脹。

其實類似近代大爆炸理論，早已在十二世紀由納曼尼得氏（Nachmanides）提出；他對上帝的創造作出如下的註釋_（註1）：

「在上帝創造後的瞬息間，宇宙的物質集中在一個小圓點，只有一粒芥菜種那麼大小。此時物質非常稀薄，無實體，不能觸摸（註：大爆炸說，此時只有各種各樣的微粒子存在，如夸克、電子、質子、中子和中微子等）。宇宙在膨脹……不能觸摸的物質在變化，最終形成我們今天所熟知的物質……。」

納曼尼得氏描述的是一個膨脹的和物質演化的宇宙。這也正是近代大爆炸理論的基本說法。從對膨脹宇宙的大量觀測後，科學家們發現，大爆炸理論是對宇宙膨脹一個最好的解釋。納曼尼得氏生於一個沒有近代科學知識的年代，而能對上帝的創造作出如此超越時代的註釋，真是令人驚嘆！是上帝對他的啟示。

上帝創造宇宙萬物，也創立萬物運行的自然規律。科學家不是創造者，他們只是探索和發現造物主創立的萬物運行的自然規律。因此科學的發現應該與上帝所創立的自然規律一致。上帝在自然界的啟示，可藉科學的發現表明；聖經的啟示是上帝對人的特殊啟示，藉著聖靈和神學的啟蒙使人明白。這兩種啟示應該相輔相成，幫助我們更瞭解上帝和祂的創造。

理論的發現：宇宙是不斷地擴張或收縮

當我們談論宇宙學問題，對象不是恆星（star，如太陽）或行星（planet，如地球、火星和木星等），而是星系（galaxy）。恆星在太空中並不單獨存在，它們在重力（gravity）相互作用下，聚集而成星系。星系有大有小，大的包含10¹²個星球，小的也有幾百萬或幾千萬個星球。星系的半徑在幾萬光年左右（一光年為光在一年間所走的距離）。

自牛頓以來，人們都以為宇宙是永恆不變的。1916年愛因斯坦建立了廣義相對論。第二年他從廣義相對論的計算發現，宇宙並不是永恆靜止不變的，而是不斷地擴張或收縮。但為了迎合當時原有的宇宙永恆靜止觀，他引進一個宇宙常數，來抵消宇宙不斷擴張或收縮的可能性。1922年俄國物理學家和數學家亞歷山大·弗利德曼，根據愛因斯坦的廣義相對論，也發現宇宙不斷在膨脹。

觀察的證實

愛因斯坦、弗利德曼和其他科研者所發現的膨脹宇宙，後來得到天文光學觀察證實。光是電磁波的可見部分，電磁波像普通的物質（如水波或聲波）一樣，可用波長（λ）、頻率（ν）和波速度（v）來描寫它，這三個波的特性相互關連式是v=λν。

在一九二○年代，天文學家在觀察星系集團（Cluster of galaxies）的光譜時，發現了一個奇異的現象：這些光譜線族都向光譜的紅端移動了一個相對的量。為了理解這種現象的含義，我們必須首先了解多普勒效應（Doppler effect）。多普勒效應告訴我們，所接收到的任何波動頻率（包括聲波和光波），與發出波動的波源的速度相關。當波源離開觀察者而去時，波動頻率就變低了（波長變長）。相反的，當波源朝向觀察者而來時，波動頻率就增高（波長變短）。這個效應是我們今天日常所熟悉的，例如我們聽路上來往汽車的聲音，當它迎面開過來時，發動機的音調變高；當它離開我們而去時，它的音調變低了。警察正是利用多普勒效應的原理，根據無線電波脈衝從車上反射回來的頻率來測量車速。同樣，當星系的光源離我們而去時，我們接收到的光頻率就變低了。這意味著，當星系離開我們而去時，它們的光譜會向紅端移動；而當星系朝著我們而來時，光譜則呈現藍移。

1924年，美國天文學家埃得溫哈勃（Edwin Hubble），花了幾年時間分析星系的距離和光譜的關係。那時候，大部分人相信，這些星系的運動一定相當紊亂，預言紅移光譜和藍移光譜一定是一樣的多。但令人十分驚異的是，哈勃竟發現所有星系都是紅移的，它們都遠離我們而去。更驚異的是，根據哈勃在1929年發表的報告，甚至星系光譜紅移的大小也不是雜亂無章的；而是和星系離開我們的距離成正比：星系越遠，它離我們遠去也越快（這就是哈勃定律），如圖1所示。哈勃證實了宇宙在不斷地膨脹。

宇宙膨脹的發現是二十世紀最偉大的發現之一。這也恰好證明宇宙確如聖經的創世記所言，它有一個起始。

現代大爆炸模型的提出

如果我們把這些向四面八方遠離的星系運動在時間上倒過來看，那麼，昨天的宇宙應該比今天的宇宙小些，星系也比較密集一些。如此類推，在非常遙遠的過去，宇宙是在一種奇異狀態（singular statement），物質和能量非常密集，那時候密度之高遠超乎我們可以想像，可能是無窮大，時空也完全塌縮，所有已知物理定律都不能應用，所以這種狀態叫奇異狀態。

受上述構想的激發，比利時神父和物理學家喬治·勒梅特（Georges Lemaitre）和美籍俄人伽莫夫（George Gamow）提出假說：時間和空間的結構就是從這個奇異狀態產生的。英國天文學家弗雷德·霍伊爾（Sir Fred Hoyle）在1949年3月英國廣播電台的一次廣播節目中，將勒梅特等人的假說或模型稱作「這個大爆炸的觀點」，從此大爆炸模型就流行起來。及至今日，這一直給人們一個大誤解，以為大爆炸像一顆爆裂的炸彈，碎片向四面八方飛散。這不是大爆炸模型所說的。大爆炸論是說，在時間開始時，空間急劇膨脹，能量隨著空間的增長而湧出。能量隨即轉變成各式各樣的微粒子和反微粒子，如夸克、電子、中子、質子、不知名的微粒子和它們的反粒子。這種由能量轉變成粒子，是依照愛因斯坦的質能互換公式E=mc²（能量=質量×光速²）。粒子和反粒子一經出現後，它們就不斷地碰撞，並相互轉化。整個初生宇宙基本上是處於一種熱力學平衡的狀態。

星系離開我們而去，不是它們在空間移動的結果；而是由於在我們和星系之間的空間增長，就像圖2，一個碩大的氣球在不斷迅速地被吹脹。如果在這個球面上有一個只有二維空間視覺的「人」，他會發現，每個點周圍的點都離它而去，點與點之間的距離不斷地增加，但他找不到膨脹的中心。同這個氣球的比喻相似，宇宙的膨脹也是沒有膨脹的中心，也沒有膨脹的邊界，宇宙是一個自持（self-contained）的整體。

物質的產生

創世記一章1至3節告訴我們，上帝只要說一句話，就創造了天地萬物。詩篇也這樣說：「因為祂（上帝）說有，就有；命立，就立。」（詩篇卅三9）上帝的話語大有能力。所以耶利米先知說：「主耶和華啊，袮曾用大能和伸出來的膀臂創造天地。」（耶利米書卅二l7）新約聖經怎麼說呢？「我們因著信，就知道諸世界是藉上帝的話造成的；這樣，所看見的，並不是從顯然之物造出來的。」（希伯來書十一3）「並不是從顯然之物」原文稱作「見不到的實體」，即真有其物，只是見不到而已。科學家稱之為能量（energy）。希伯來書這節經文也是說上帝是大有能力的，能以「說有就有」創造天地和萬物。

聖經沒有告訴我們能量是怎樣變成物質（matter）的，上帝讓現代物理學回答這個問題。能量如何轉變成物質是很複雜的過程，可以借助量子力學的測不準原理，和愛因斯坦的質能互換原理，做一些簡略的計算，在此不打算詳述，有興趣的讀者可參閱拙作_（註2）。我們只能做一個簡單的概念介紹。

理論估計，在時間開始後10^-43秒（一千萬兆兆兆分之一秒；一兆等於一萬億），溫度高過10³²K，溫度之高是超乎我們的想像。舉一個例子：10^-6秒後，溫度仍高達10¹³K。此刻質子和反質子已出現，它們的互相碰撞湮滅成一對光子，而光子又相互作用產生一對質子與反質子。這些過程在一秒鐘內可能發生幾十億萬次，但每一種反應都與相反的反應達到平衡。科學家可以模擬宇宙大爆炸後10^-43秒到現在的過程。

科學家並不知道甚麼導致大爆炸，我們相信上帝是宇宙大爆炸的精心設計者。上帝設計的宇宙大爆炸好比極其複雜的超大型電腦程式；一旦啟動，就調動其程式，一環扣一環，一層套一層，演化出無窮無盡的變化，包括宇宙加速膨脹、新星的產生、新星系的形成、老星體的衰亡、重力塌縮為白矮星（White dwarfstars）、中子星（Neutron stars）、黑洞（Black hole）等等。宇宙的演變全都在上帝設計的程式控制下進行著。盼望你讀完這篇短文後，能夠高聲說：「我們的主，我們的上帝，袮是配得榮耀、尊貴、權柄的；因為袮創造了萬物，並且萬物是因袮的旨意被創造而有的。」（啟示錄四11）