智慧之窗: (科學與信仰) 兩朵烏雲

2018年4月
◇黃小石

1900年4月27日,星期五,英國物理學界泰斗凱爾文爵士(Lord Kelvin)發表了一篇有名的演講,題目是-十九世紀瀰蓋熱力學與光學中的兩朵烏雲。但是他並不認為這兩朵烏雲是暴風雨的前兆,不會帶來大問題,因為物理學對於自然的了解,基本上已經全備,現在只剩下兩個小洞需要填補一下就好了。

這古典物理的兩朵烏雲是:

1. 對以太的實證還有一些困難。當時的物理學家大多數相信光波是藉以太傳播的。但可能是實驗的問題,實際上邁克生-莫雷的實驗卻測量不到以太的存在。
2. 「黑體輻射」所產生的「紫外災變」,就是根據古典物理計算黑體輻射強度,與輻射頻率的平方成正比,故而會無窮盡的增加,這是不合理的。公式經過合適改良,這問題必能迎刃而解。
以上兩個的問題,凱爾文認為不太嚴重,對他而言,古典物理大體說來,已經接近完整了。所以他覺得20世紀的物理學,已沒有甚麼新的理論可以被發現,只是把一些已知的自然常數,更準確地計算出來,然後將這些數目的小數點後再多加幾位數字罷了。其實他不知道,那時正是古典物理發展到盡頭了。這兩朵烏雲帶來了極大的風暴,揭開近代物理的序幕,引進了相對論與量子力學。性格高傲的俄國物理學家蘭道(Landau)說:「物理學者雖常常犯錯,卻永遠充滿自信。」《聖經》中有句很有意思的話:「知識是叫人自高自大。」凱爾文爵士上述的名言就是一個好例子。

近代物理學

當物理學家開始撥開這兩朵烏雲的時候,發現了意想不到的新天地,都與愛因斯坦有關。
1. 相對論:光波不同於古典的物質波動(水波、音波…),光波是由「粒子」(光子)組成的,它不需要傳遞能量的媒體,光波的速度竟然與觀察者的參照座標的速度無關。相對論更新了我們對時空的基本概念,對宇宙的起源(大爆炸論)及其137億年的演化歷史有了確認。現代許多的科技產品,比如衛星定位、太空觀測等,都與相對論直接有關。(廣義)相對論並對重力有新的注釋,是我們對宏觀世界認識的基本理論。
2. 量子力學:普朗克、薛丁格、海森堡等人發現在微觀世界中的物理,與宏觀世界中的現象截然不同,物質與波(能量)之間的界線不再明確,所有可以測量的量,包括光與時間,都有其基本(不可分割最小)的單位,都不是連續的。這個神秘的世界,連愛因斯坦都不願意進去,也與他的相對論不相容。

近代物理的兩朵烏雲

因為目前量子力學與相對論的不相容性,近代物理含有極大的隱憂。在1968年有一種「弦論」的出現,認為構成物質最基本的單元不是零-維「粒子」,而是1-維的「弦」(能量線)。經過40多年的發展,現時許多人也不以為「弦論」是物理的新出路,因為這理論只是一種數學的架構,沒有任何實驗的證明,而且目前弦論的版本甚多,難以「證偽」,所以不能算是一種科學理論。從目前的觀察中,近代物理學的晴空中也有兩朵烏雲。
1. 暗物質:除了我們相信它們一定存在之外,我們既不能直接偵測它們,也不知道它們是甚麼。因為太空中這些神祕的物質,與可見的普通物質之間有重力,與普通的質量一般,可以生發扭曲它附近時空的效應,改變光線途徑;不過它們對光本身卻沒有作用力:它們不發光、不反射光、不吸收光,故此我們看不見它,只能由它們後面的發光體的聚光現象,以及它們對附近星體軌跡的影響,我們推測它們必然存在,所以我們稱為「暗物質」,是構成我們宇宙的主要成份。宇宙中可見物質的質量總和,只是宇宙總質量的4.6%左右。我們所知的,遠超過我們不知道的。
2. 暗能量:物理學家以為暗能量是空間的本質之一,一種空間擴展的張力。根據我們對重力的認識,就是宇宙經由「大爆炸」開始之後,「萬有引力」必然會讓膨脹的速率漸漸緩慢下來。據目前的觀察,現在宇宙膨脹的速度,不但沒有慢下來,反而隨著空間的擴張,膨脹得愈來愈快。這背後使到宇宙加速膨脹的能量,就是所謂的暗能量。也許與愛因斯坦廣義相對論中的「宇宙常數」有關,但沒有人能理解這基本的宏觀現象。
從過去的經驗,烏雲雖然帶來空前的風暴,相信近代物理問題會得到合理的答案,但是把這兩朵烏雲撥開之後,自然律的來龍去脈就迎刃而解,抑或是把我們帶進更深的奧秘?研究自然的目的可以有許多,愛因斯坦說得好,他不是只想知道不同的自然現象,他要知道上帝的思念,其餘的對他而言都是細節。

生命的烏雲

人的生命是一個(更大)的奧秘,在每個人的生命中也有「兩朵烏雲」。一個是善惡(道德)的問題,另一個是公義(審判)的問題。若人心中有道德律,但是沒有公義的審判,我們的心能平息嗎?人類既然有善惡感,是否意味著好人和壞人最終的結局是不一樣,不然這道德律何以存在。若有公義的審判,那我們自己的罪念與罪行又怎麼辦呢?使徒保羅對人心中道德的描述,也是歷世歷代人類心靈深處的呼喊:「我真是苦啊!誰能救我脫離這取死的身體呢?(羅7:24)」因為「立志為善由得我,只是行出來由不得我。故此,我所願意的善,我反不做;我所不願意的惡,我倒去做。(羅7:18,19)」這是每個人共有的經歷,保羅稱為一個「律」,如同自然律般加在我們身上不能掙脫。除此之外就是生命是不是有責任的?我們看不見墳墓的另一端是甚麼,我們每個心靈都會同意聖經所說的:「按著定命,人人都有一死,死後且有審判。」這不是一個物理問題,而是與每個生命有關的問題。
誰說物理問題才是最重要的。有誰能為我們撥開這兩朵生命的烏雲;以及誰知道這兩朵生命烏雲後面,又是何等的風暴呢?