从大爆炸看上帝

周铁楼

引言

据圣经的记载，在上帝创造以前，时间和空间并不存在。创世记一章1至5节提及：“起初，上帝创造天地。地是空虚混沌，渊面黑暗；上帝的灵运行在水面上。上帝说：‘要有光’，就有了光。上帝看光是好的，就把光暗分开了。上帝称光为‘昼’，称暗为‘夜’。有晚上，有早晨，这是头一日。”获最多科学家支持的大爆炸论（The Big Bang Theory）也是这么说的。大爆炸论不是讲物质的爆炸，而是说时空本来并不存在，在时间开始的瞬间，空间也开始急剧地膨胀。

其实类似近代大爆炸理论，早已在十二世纪由纳曼尼得氏（Nachmanides）提出；他对上帝的创造作出如下的注释_（注1）：

“在上帝创造后的瞬息间，宇宙的物质集中在一个小圆点，只有一粒芥菜种那么大小。此时物质非常稀薄，无实体，不能触摸（注：大爆炸说，此时只有各种各样的微粒子存在，如夸克、电子、质子、中子和中微子等）。宇宙在膨胀……不能触摸的物质在变化，最终形成我们今天所熟知的物质……。”

纳曼尼得氏描述的是一个膨胀的和物质演化的宇宙。这也正是近代大爆炸理论的基本说法。从对膨胀宇宙的大量观测后，科学家们发现，大爆炸理论是对宇宙膨胀一个最好的解释。纳曼尼得氏生于一个没有近代科学知识的年代，而能对上帝的创造作出如此超越时代的注释，真是令人惊叹！是上帝对他的启示。

上帝创造宇宙万物，也创立万物运行的自然规律。科学家不是创造者，他们只是探索和发现造物主创立的万物运行的自然规律。因此科学的发现应该与上帝所创立的自然规律一致。上帝在自然界的启示，可借科学的发现表明；圣经的启示是上帝对人的特殊启示，借着圣灵和神学的启蒙使人明白。这两种启示应该相辅相成，帮助我们更了解上帝和祂的创造。

理论的发现：宇宙是不断地扩张或收缩

当我们谈论宇宙学问题，对象不是恒星（star，如太阳）或行星（planet，如地球、火星和木星等），而是星系（galaxy）。恒星在太空中并不单独存在，它们在重力（gravity）相互作用下，聚集而成星系。星系有大有小，大的包含10¹²个星球，小的也有几百万或几千万个星球。星系的半径在几万光年左右（一光年为光在一年间所走的距离）。

自牛顿以来，人们都以为宇宙是永恒不变的。1916年爱因斯坦建立了广义相对论。第二年他从广义相对论的计算发现，宇宙并不是永恒静止不变的，而是不断地扩张或收缩。但为了迎合当时原有的宇宙永恒静止观，他引进一个宇宙常数，来抵消宇宙不断扩张或收缩的可能性。1922年俄国物理​​学家和数学家亚历山大·弗利德曼，根据爱因斯坦的广义相对论，也发现宇宙不断在膨胀。

观察的证实

爱因斯坦、弗利德曼和其他科研者所发现的膨胀宇宙，后来得到天文光学观察证实。光是电磁波的可见部分，电磁波像普通的物质（如水波或声波）一样，可用波长（λ）、频率（ν）和波速度（v）来描写它，这三个波的特性相互关连式是v=λν。

在一九二○年代，天文学家在观察星系集团（Cluster of galaxies）的光谱时，发现了一个奇异的现象：这些光谱线族都向光谱的红端移动了一个相对的量。为了理解这种现象的含义，我们必须首先了解多普勒效应（Doppler effect）。多普勒效应告诉我们，所接收到的任何波动频率（包括声波和光波），与发出波动的波源的速度相关。当波源离开观察者而去时，波动频率就变低了（波长变长）。相反的，当波源朝向观察者而来时，波动频率就增高（波长变短）。这个效应是我们今天日常所熟悉的，例如我们听路上来往汽车的声音，当它迎面开过来时，发动机的音调变高；当它离开我们而去时，它的音调变低了。警察正是利用多普勒效应的原理，根据无线电波脉冲从车上反射回来的频率来测量车速。同样，当星系的光源离我们而去时，我们接收到的光频率就变低了。这意味着，当星系离开我们而去时，它们的光谱会向红端移动；而当星系朝着我们而来时，光谱则呈现蓝移。

1924年，美国天文学家埃得温哈勃（Edwin Hubble），花了几年时间分析星系的距离和光谱的关系。那时候，大部分人相信，这些星系的运动一定相当紊乱，预言红移光谱和蓝移光谱一定是一样的多。但令人十分惊异的是，哈勃竟发现所有星系都是红移的，它们都远离我们而去。更惊异的是，根据哈勃在1929年发表的报告，甚至星系光谱红移的大小也不是杂乱无章的；而是和星系离开我们的距离成正比：星系越远，它离我们远去也越快（这就是哈勃定律），如图1所示。哈勃证实了宇宙在不断地膨胀。

宇宙膨胀的发现是二十世纪最伟大的发现之一。这也恰好证明宇宙确如圣经的创世记所言，它有一个起始。

现代大爆炸模型的提出

如果我们把这些向四面八方远离的星系运动在时间上倒过来看，那么，昨天的宇宙应该比今天的宇宙小些，星系也比较密集一些。如此类推，在非常遥远的过去，宇宙是在一种奇异状态（singular statement），物质和能量非常密集，那时候密度之高远超乎我们可以想像，可能是无穷大，时空也完全塌缩，所有已知物理定律都不能应用，所以这种状态叫奇异状态。

受上述构想的激发，比利时神父和物理学家乔治·勒梅特（Georges Lemaitre）和美籍俄人伽莫夫（George Gamow）提出假说：时间和空间的结构就是从这个奇异状态产生的。英国天文学家弗雷德·霍伊尔（Sir Fred Hoyle）在1949年3月英国广播电台的一次广播节目中，将勒梅特等人的假说或模型称作“这个大爆炸的观点”，从此大爆炸模型就流行起来。及至今日，这一直给人们一个大误解，以为大爆炸像一颗爆裂的炸弹，碎片向四面八方飞散。这不是大爆炸模型所说的。大爆炸论是说，在时间开始时，空间急剧膨胀，能量随着空间的增长而涌出。能量随即转变成各式各样的微粒子和反微粒子，如夸克、电子、中子、质子、不知名的微粒子和它们的反粒子。这种由能量转变成粒子，是依照爱因斯坦的质能互换公式E=mc²（能量=质量×光速²）。粒子和反粒子一经出现后，它们就不断地碰撞，并相互转化。整个初生宇宙基本上是处于一种热力学平衡的状态。

星系离开我们而去，不是它们在空间移动的结果；而是由于在我们和星系之间的空间增长，就像图2，一个硕大的气球在不断迅速地被吹胀。如果在这个球面上有一个只有二维空间视觉的“人”，他会发现，每个点周围的点都离它而去，点与点之间的距离不断地增加，但他找不到膨胀的中心。同这个气球的比喻相似，宇宙的膨胀也是没有膨胀的中心，也没有膨胀的边界，宇宙是一个自持（self-contained）的整体。

物质的产生

创世记一章1至3节告诉我们，上帝只要说一句话，就创造了天地万物。诗篇也这样说：“因为祂（上帝）说有，就有；命立，就立。”（诗篇卅三9）上帝的话语大有能力。所以耶利米先知说：“主耶和华啊，袮曾用大能和伸出来的膀臂创造天地。”（耶利米书卅二l7）新约圣经怎么说呢？“我们因着信，就知道诸世界是借上帝的话造成的；这样，所看见的，并不是从显然之物造出来的。”（希伯来书十一3）“并不是从显然之物”原文称作“见不到的实体”，即真有其物，只是见不到而已。科学家称之为能量（energy）。希伯来书这节经文也是说上帝是大有能力的，能以“说有就有”创造天地和万物。

圣经没有告诉我们能量是怎样变成物质（matter）的，上帝让现代物理学回答这个问题。能量如何转变成物质是很复杂的过程，可以借助量子力学的测不准原理，和爱因斯坦的质能互换原理，做一些简略的计算，在此不打算详述，有兴趣的读者可参阅拙作_（注2）。我们只能做一个简单的概念介绍。

理论估计，在时间开始后10^-43秒（一千万兆兆兆分之一秒；一兆等于一万亿），温度高过10³²K，温度之高是超乎我们的想像。举一个例子：10^-6秒后，温度仍高达10¹³K。此刻质子和反质子已出现，它们的互相碰撞湮灭成一对光子，而光子又相互作用产生一对质子与反质子。这些过程在一秒钟内可能发生几十亿万次，但每一种反应都与相反的反应达到平衡。科学家可以模拟宇宙大爆炸后10^-43秒到现在的过程。

科学家并不知道什么导致大爆炸，我们相信上帝是宇宙大爆炸的精心设计者。上帝设计的宇宙大爆炸好比极其复杂的超大型电脑程式；一旦启动，就调动其程式，一环扣一环，一层套一层，演化出无穷无尽的变化，包括宇宙加速膨胀、新星的产生、新星系的形成、老星体的衰亡、重力塌缩为白矮星（White dwarfstars）、中子星（Neutron stars）、黑洞（Black hole）等等。宇宙的演变全都在上帝设计的程式控制下进行着。盼望你读完这篇短文后，能够高声说：“我们的主，我们的上帝，袮是配得荣耀、尊贵、权柄的；因为袮创造了万物，并且万物是因袮的旨意被创造而有的。”（启示录四11）