宇宙的存在和運行不需要上帝嗎？

周鐵樓

英國著名物理學家霍金曾說，如果我們能找到一個「萬有理論」（Theory of Everything），把自然界的四種基本力（強核力、電磁力、弱核力和萬有引力）結合起來，就能知道上帝的意思了。四年前他和梅勞迪諾（Leonard Mlodinow）合著了《偉大設計》（The Grand Design）一書，宣稱宇宙的存在和運行已經不再需要上帝，震驚了許多人，包括許多科學界人士在內。

《偉大設計》的主要結論之一是：因為萬有引力定律，宇宙可以從無到有地創造自身（Because there is a law of gravity, the universe can and will create itself out of nothing. 英文原書第180頁）。這個簡單宣稱不但令宗教人士反感，也令許多科學界人士搖頭，包括早年和霍金合作研究黑洞問題的潘路斯（Roger Penrose）。

霍金相信萬有引力定律是自己存在的，猶如自有永有。但從無到有的「無」（nothing）是甚麼意思呢？他沒有解釋。本文就針對這兩點做一個簡單易懂的討論。

萬有引力定律是自己存在嗎？

第一，萬有引力定律是自己存在嗎？請問霍金如何得知它是自己存在的呢？其實萬有引力定律只是人類觀察和研究自然現象的歸納總結。

約在公元150年左右，埃及的托勒密（Claudius Ptolemy）建立了地心說：地球是宇宙的靜止中心，太陽和行星（金星、火星、木星等）都繞著地球在各自的軌道上運行。依據這個模型可以在一定程度上正確地預測天象。

但是到了中世紀後期，隨著觀察儀器的不斷改進，行星位置和運動的測量越來越精確，觀測到的行星位置同這個模型的計算結果的偏差，就逐漸顯露出來了。

再到十六世紀，波蘭的哥白尼經過近40年的辛勤研究，提出日心說：認為太陽是宇宙的中心，地球和其他行星都繞太陽運行；地球每天自轉一周；月球是地球的衛星，它在以地球為中心的橢圓軌道上，每月繞地球轉一周，同時跟地球一起繞太陽公轉。恆星和太陽間的距離十分遙遠，比太陽與地球間的距離要大得多。後來的觀測事實不斷地證實了這一學說。

以後再經伽利略和開卜勒的努力，發現了行星運動三定律：1.所有行星皆繞日做橢圓運動，而以太陽為一焦點；2.在相同時間內，行星與太陽之連心線沿橢圓軌道掃過相等面積；3.行星運動平方與橢圓半主軸之立方成正比。伽利略和開卜勒雖然知道行星如何繞日運行，但是不知道為甚麼會如此。牛頓仔細分析了開卜勒行星運動三定律，發現乃是因為太陽的引力維持了太陽系不分散，並使行星依照開卜勒行星運動三定律而繞太陽運行。牛頓並由此推導出引力定律：引力的大小和太陽與行星的質量成正比，和它們之間的距離平方成反比。牛頓進一步認識到地面附近物體的下落運動是由地球的引力造成的。在任何兩物體間都有引力，所以牛頓的引力理論稱為萬有引力，強調它的普遍實用性。後來愛因斯坦建立了廣義相對論後，萬有引力理論相應做了很大的修正。

敍述以上冗長歷史的原因，是要告訴讀者，自然定律像萬有引力定律乃是人類觀察和研究自然現象的歸納總結。遇到新的自然現象，自然律有時要做相應的修正。可是到目前為止，人類仍沒有觀察和發現萬有引力定律是自己存在的。同時，相信讀者也能看到，萬有引力只存在於物質之間，在宇宙沒有物質（即所謂「無」）的時候，何來的萬有引力呢？

甚麼是「無」？

第二，霍金說，因為萬有引力定律，宇宙可以從無到有地創造自身。究竟他所說的「無」，是甚麼意思？

首先，我要告訴讀者，經典物理（即牛頓物理）不能處理原子和次原子物理，我們要用1900年以後發展起來的量子力學來解說。物理學家說到「無」時，多半是指量子真空（Quantum vacuum），它雖然沒有物質但具有能量。量子真空是一個量子系統（次原子系統，subatomic system）的最低能量態。根據量子力學不確定性原理（Uncertainty Principle），量子真空內任何位置（點）的能量可能有暫時變化。這就是《偉大設計》一書中講的量子漲落（Quantum fluctuations）。在量子漲落時，能量會轉變成「粒子與反粒子對」；粒子與反粒子對瞬即消滅成能量。這些粒子是虛粒子，因其生存短到不能觀察到；如有擾亂，粒子和反粒子就可能不相互消滅，而成為可觀察到的真粒子。

在《偉大設計》英文原書第113頁中，霍金曾說從沒有空無一物的空間（Space is never empty），即沒有物質和能量都不存在的空間。那麼他所說的「無」，應該是量子真空。可是，在同書第180頁，霍金卻說「空無一物」的空間是穩定的（Empty space is stable），這裡的「無」卻是說物質和能量兩者都沒有。霍金先生的話前後矛盾，況且沒有能量又怎能有能量漲落呢？然而霍金還繼續他的矛盾，指「萬有引力」能從「無」（無物質又無能量）創造宇宙。這真是一個極荒謬的理論！難怪很多科學家讀了《偉大設計》後也搖頭不敢贊同。

我們基督徒相信上帝用祂的話語和大能（能量）創造了宇宙，而且被越來越多的科學實驗所證實，完全不像霍金所說的「因為萬有引力定律，宇宙可以從無到有地創造自身」。

（作者1955年在台灣大學求學時信主耶穌得救。1969年在美獲得博士學位後，即在加州州立大學 [Stanislaus, Modesto] 任教，並兼任物理系系主任18年。退休後為科學和基督教信仰的會通而努力。）