Gerry Kwan

Gerry,2009年畢業自建道。大學主修物理,副修數學,也在這途中信主。從前喜愛霍金無神思想,如今週旋在信仰與科學之間的整合。閒時喜愛動漫,並從中反思人生。
盼望生活像鬆弛熊,不為生活緊張,放鬆、自由自在地活在主裡。

宇宙無始?大爆炸理論的近況

原刊於虛妄與卑劣的圖書館,2018年9月7日

現代天文學其中一個重大的發現是宇宙膨脹,其二就是宇宙背景幅射,為了綜合和解釋這些現象,以愛恩斯坦的廣義相對論作為框架,發展出現在的標準宇宙大爆炸模型(The Standard Model of Big Bang Theory),藉此回溯和預視宇宙的過去與未來的存在狀態。

Public Domain 無版權圖片,取自Wikipedia。

Public Domain 無版權圖片,取自Wikipedia。

奇點的出現

關於這個模型,其中一個最著名的事件就是愛恩斯坦(Albert Einstein)為他的方程加上的宇宙常數項。其本意是希望得出一個靜態宇宙模型,即是宇宙既不膨脹也不收縮,但隨著宇宙膨脹的證據越來越多,愛恩斯坦也承認提出這個宇宙常數項是一個錯誤。有趣的是,近代天文學又再一次指出愛恩斯坦的認錯也是錯誤的,因為宇宙常數項是有其代表的物理現象(就是暗能量 / Dark Energy),宇宙常數雖少但不歸零

另一個關於這個模型的特點,是將時間的箭頭倒轉回溯過去,以得出宇宙的初始狀態,會達到一個無限細小的起始點,是為奇點(Singularity)。很明顯這一個結論具有宗教性,特別吸引相信神明創造世界的宗教,認為這個奇點就是一個創造的明證。但就如宇宙會膨脹使愛恩斯坦不安,一個奇點也使不少天體物理學家不安,因為一切已知的物理定律都不能應用到奇點之上,而且如何「從無到有」、由奇點變出時空和一切物理法則,並不容易解釋和論證。

奇點的消失

早年的霍金(Stephen Hawking)與他的數學家拍擋彭羅斯(Roger Penrose)就透過廣義相對論之中的愛恩斯坦場方程的兩個解,指出宇宙以奇點為始是可能的,是為「彭羅斯-霍金奇點定理」。但其實霍金和彭羅斯後來都以不同的方式使宇宙的初始「避開」了奇點的存在。霍金在他最為人所知的著作《時間簡史》將量子力學應用到黑洞及宇宙初期狀態,也就是著名的「黑洞蒸發理論」:黑洞奇點會消失,而宇宙初始的時間亦不可能形成奇點。在回溯宇宙去到極細小、並且距離原先預計時間的起始極短之時間內,廣義相對論會失效,量子力學則發揮明顯作用,變相「阻止」了奇點的形成。再者,若單純以數學方式回溯宇宙初期、以幾何級數暴脹的時期(參考上圖Inflation的部分),也不可能使宇宙的大小歸零

不少天文學家因此相信大爆炸模型在解釋宇宙的過去上是不完整的,直接地說,即使宇宙開始的時候是有奇點,現時的科學知識並不能保證它是存在的;也就是可以安全地說,奇點可以從現代的大爆炸模型移除了。

對基督教神學的影響?

自二十世紀二十年代初哈勃(Edwin Hubble)和勒梅特(Georges Lemaître)提出宇宙膨脹理論開始,至今已經差不多一百年,基督教的護教學過去也曾受惠於宇宙奇點的幫助來宣講創造論。但天文學的發展若要將奇點移除,甚至將宇宙年齡提前到永遠,基督教神學又如何回應呢?可悲的是,今時今日仍有牧者出書,在不明白科學精神和大爆炸理論之下,指斥世界不可能是「爆炸」而成的。這種無知的論調必然會使研究科學者對信仰卻步,甚至使教會與世界思潮、知識和人類文明越來越遠。

延伸閱讀:There Was No Big Bang Singularity

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