科学能证明上帝的存在吗？

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尽管我们已经了解了有关宇宙的大部分知识，但仍然存在未解之谜，甚至可能存在无法回答的问题。那么“上帝”会是答案吗？

现实的真相写在宇宙本身的表面上，可以通过科学探究的过程来辨别。至少，这是我们做出的假设，到目前为止，它已经取得了很大的成果。但是，这与所有其他科学思想一样，总是会被新的观察和实验推翻。

关键要点

• 科学的过程，通过探究、实验、观察和测量，揭示了关于我们物理宇宙的一些难以理解的细节。

• 然而，尽管我们知道了所有这些，也学到了所有这些，但仍有一些问题超出了科学的回答能力。

• 如果科学家不能排除这些问题，难道他们不应该承认“上帝”是这些问题的可能答案吗？如果不是，是什么让它成为如此不科学的方法？

在整个宇宙中，有一个问题一直是人类惊奇、可能性和恐惧的压倒性来源：这一切从何而来？在地球上，在我们自己以外的行星、恒星和星系中，都是巨大的、浩瀚的、令人敬畏的，但它来到我们面前却没有任何解释。如果我们想知道我们可以问的任何问题的答案，包括宇宙的范围、内容和年龄，我们有两种选择。我们可以进行哲学思考，在这种情况下我们的推测仅受我们想象力的限制，或者我们可以进行科学探究，并让从检查宇宙本身中收集到的信息引导我们找到答案。

对于无数代人来说，我们所知道的“科学探究”是极其有限和原始的，对最大的存在问题给出的答案没有经过审查。通常，给出和接受的答案植根于未经证实的断言和神话。然而，今天，科学的进程为我们提供了对现实本质的最佳近似。但是，我们是否通过将我们的观点局限于科学告诉我们的东西来欺骗自己？

“为什么天体物理学家解决不了上帝可能存在的问题？他们有证据排除吗？”

第二个问题的答案当然是“不”。但是第一个问题却很复杂。

F = ma 是一个三维方程这一事实并不总是会导致维度之间出现复杂情况。在这里，受重力影响的球仅在垂直方向上加速；只要空气阻力和撞击地面的能量损失被忽略，它的水平运动就会保持不变。

让我们回到为解决方案不明显的问题提出答案的想法。我们可以提出的此类问题的清单实际上是无穷无尽的，其中包括一些我们可以理解的最大问题:

• 人类从哪里来？
• 从根本上说，我们是由什么构成的？
• 地球有多大，它来自哪里？
• 地球和太阳的年龄是一样的，还是一个比另一个更老？
• 宇宙中“其他太阳”周围是否存在“其他地球”？
• 空间会持续多远：它是无止境的，它会在某个点后结束，还是会自行循环？

宇宙是否已经存在了永恒，或者它是否有一个时刻，在某个有限的时间之前，从不存在的状态中突然出现？

只要人类对围绕着所有存在的巨大未解之谜保持好奇，我们就可以提出诸如此类的问题。表面上，有许多可能且令人信服的答案，但实际上，我们假设每个答案都有一个“正确”的答案。

我们看得越远，我们看到的大爆炸时间就越近。随着我们天文台的改进，我们可能会揭示最早的恒星和星系，并找到超越它们的极限。

对刚刚提到的问题提出正确答案是科学探究与我们可以采用的所有其他方法的区别。当然，我们可以想出各种可能性，编造故事和论据来支持它们，贬低或贬低他人，并激励他人以与我们相同的方式相信；自有记载的历史出现之前，这就是人类几千年来的运作方式。

但在科学中，通过探索可能性来解决问题只是一个开始。你是否科学地研究某件事完全取决于你下一步做什么：具体来说，取决于你是否愿意梳理出一个特定想法的可观察、可测量的结果，然后将这些结果付诸实践测试。

可测试性的概念，即你允许自然决定一个问题的答案，并有多种可能的结果，这是科学与非科学努力的区别。

球在加速火箭（左）和地球（右）中落到地板上的相同行为证明了爱因斯坦的等效原理。测量单点加速度表明重力加速度与其他形式的加速度没有区别；除非你能以某种方式观察或获取有关外部世界的信息，否则这两种情况将产生相同的实验结果。

例如，如果物体掉落是因为地球引力，那么我们应该能够将物体带到我们可以想象的任何位置，放手，然后看着它掉落到地球上。然而，一旦我们离地球足够远——足够远以至于我们星球的引力不再是作用在物体上的主导力我们就会发现情况不再如此。因此，从科学的角度来看，我们可以得出结论，“地球是物体的'自然'家园”并不是对数据的有效科学解释。通过实验、观察和测量，我们可以证伪或推翻一个经不起科学审查的想法。

然而，如果我们推断物体坠落是因为宇宙中的所有物体只要有质量就会对彼此施加一种看不见的、有吸引力的引力，那将使我们走得更远。我们可以对不同质量的物体进行实验，并测量它们的距离、速度和加速度如何随时间变化和演变。我们可以将它们放置在不同的相对位置并测量它们之间的力。我们可以进行各种调查，从地球上的地面实验到在整个宇宙中发现的各种物体之间的天文观测。对于几乎所有的人，你从这个理论中梳理出来的预测将与你从你的调查中观察到和/或测量到的精确匹配。

所有主要行星都以接近圆形的椭圆形围绕太阳运行，即使是最偏心的行星也只有百分之几的偏差。任何行星的自转速度与其轨道速度相比都是微不足道的，但行星的轨道速度与太阳系在银河系中的运动相比也是微不足道的。

这是否意味着我们可以明确地说“物体下落是因为所有大质量物体都对彼此施加引力？”

回答是不完全是。科学是一种非常强大的工具，但它不能让你在某种绝对意义上断定一个想法是正确的还是不正确的。相反，当您将特定想法应用于一组特定的物理条件时，它会告诉您该想法是否有效。所有大质量物体相互施加引力的想法是牛顿引力的基石，它是一个非常成功的广泛应用领域：从落在地球上的物体到太阳系及更远地区天体的运动。

但它的成功并不普遍。在很多情况下，牛顿引力的预测已被证明是不正确的，并且与观察结果不一致。如果牛顿引力准确无误，水星的轨道就不会像我们观察到的那样进动。如果牛顿万有引力是绝对正确的，那么时钟在不同的高度不会以不同的速度运行。如果牛顿引力总是正确的，那么没有质量的物体，比如光波，在经过其他大质量物体附近时就不会“弯曲”。

此图显示行星绕太阳轨道的进动。极少量的进动是由于我们太阳系中的广义相对论造成的；水星每世纪进动 43 角秒，这是我们所有行星中最大的值。OJ 287 的次级黑洞每轨道进动 39 度。

但所有这些事情确实发生了，甚至更多。水星的轨道确实有进动，并且进动的量比牛顿引力预测的要大。不同高度的时钟确实以不同的速率运行，它们运行速率之间的差异不能仅用狭义相对论和两个时钟的相对速度来解释。天生没有质量的光会因质量的存在而弯曲，无论是在太阳系内还是在大宇宙尺度上。

为什么？

牛顿引力理论是一个在广泛应用中取得巨大成功的理论，但其预测与各种实验之间并不一致，这意味着什么？

从科学的角度来看，这实际上是一个好消息：这是一个千载难逢的晋升机会。每当一种科学理论——尤其是在这个特定时刻之前一直如此成功的理论——无法做出与观察或实验相符的预测时，这就是一个信号，表明你已经达到了你的理论适用范围的极限。突然间，你已经冒险超出了你的理论的有效性范围，你需要一个更新、更好、更全面的理论来取代它。

一个遥远的背景星系被中间充满星系的星团严重地透镜化，以至于可以看到三个独立的背景星系图像，光传播时间明显不同。理论上，引力透镜可以揭示比没有这种透镜时所能看到的星系暗很多倍的星系，但所有引力透镜只占据天空中非常狭窄的位置范围，位于单个质量源周围。

在万有引力的例子中，有许多相互竞争的想法被提出作为牛顿引力的潜在继承者。这很好，因为这意味着随着提出的每一个新想法，都可以从中提取理论预测，然后我们可以测试和测量将它们付诸实践的各种现象。

它最终成为爱因斯坦的广义相对论，它取代了牛顿关于所有大质量物体之间存在普遍引力的想法，认为空间和时间本身构成了一个结构——时空——不仅存在质量，还存在所有类型的能量。此外，所有物体，无论是有质量的还是无质量的，都将穿过这个弯曲的时空，而时空的曲率将决定物体的运动。

这张照片经受住了时间的考验，通过了我们对它进行的每一次观察和实验测试，从以阿秒精度测量时间流逝的原子钟到激发脉冲星，再到从合并的黑洞中带走能量的引力波。在每一种可检验的方式中，爱因斯坦的理论在引力已被探索的整个范围内仍然有效。

两个黑洞的吸气和并合所发射的引力波的数值模拟。每个黑洞周围的彩色轮廓代表引力辐射的幅度；蓝线代表黑洞的轨道，绿色箭头代表它们的自旋。双黑洞合并的物理学与质量无关。

所有科学理论背后的思想，尽管引力的故事得到了惊人的例证，但都是一样的。我们可以为现实建立一个模型，但该模型的好坏取决于支持它的科学测试。只要理论的预测与我们的实验/观察结果一致，我们就仍然处于理论有效性的范围内。当结果不一致时，我们就超出了有效性范围，这告诉我们需要一个新的、更高级的理论。

那个新的、优越的理论会是什么样子？

为了取代和取代我们已经达到其有效性极限的理论，一个新理论需要做三件事。

• 它需要重现旧理论的所有成功；在旧理论给出正确预测的地方，新理论需要给出至少同样好的预测。
• 它需要解释以前的理论无法解释的观察结果。它更像是一种事后解释而不是预测，但无论观察结果阻碍了先前的想法，新理论都需要对其进行完美的解释。
• 而且最重要的是，它需要做出新颖的、从未测试过的预测，这些预测在定量方面与旧理论有所不同。

只有当你的新理论能够清除所有这三个相当大的障碍时，它才有希望成为新的科学共识：作为所有未来科学研究的“默认起点”。

这种图片生动地观察时空在质量移动时如何响应有助于从质量上准确地展示它不仅是一块织物，而且整个空间本身都因宇宙中物质和能量的存在和特性而弯曲。请注意，只有当我们不仅包括大质量物体的位置，而且还包括该质量在整个时间内所处的位置时，才能描述时空。物体所在位置的瞬时位置和过去的历史决定了物体在宇宙中移动时所受的力，这使得广义相对论的微分方程组比牛顿的更复杂。

从根本上讲，这就是科学事业的运作方式，从最小的亚原子粒子到可观测宇宙中最大的结构。正是出于这个原因，在科学探究中没有提出上帝的存在：因为它从根本上与科学过程对立。

科学植根于这样一种观念，即关于宇宙的真相——或者至少是我们可以获得的最接近“真相”的近似值最好通过探索宇宙本身来揭示，并让我们从调查中得到的答案引导我们走向我们对现实真实情况的最佳描述的构建。

求助于上帝，或者更笼统地说，求助于超自然现象，无异于放弃对我们在宇宙中观察到的现象的自然解释。事实上，自然法则似乎如此一致：

• 从一个时刻到下一个时刻，
• 从一个地点到另一个地点，
• 在所有温度和能量范围内，
• 并且无论我们如何设置我们的实验，

种种现象向我们表明，这种关于科学探究如何运作的假设在任何情况下都没有达到其有效性范围的尽头。

在膨胀过程中，量子尺度上时空本身的波动在整个宇宙中被拉伸，导致密度和引力波的缺陷。虽然膨胀空间在很多方面都可以被称为“无”，但并不是每个人都同意。

当你在做天体物理学时，断言天体物理学家不考虑上帝存在的可能性是不正确的。事实上，断言天体物理学家不考虑上帝在塑造宇宙中发挥积极作用的可能性甚至是不正确的。然而，我们在天体物理学中所做的，就像我们在所有科学中所做的一样，是试图自然地解释宇宙：通过定律、关系、相关性、理论、模型，以及通过将预测与实验、测量和观察进行比较。

上帝在文学作品中没有被频繁提及的原因是，当涉及到解释我们可以观察和测量的东西时，“自然”的解释已经证明自己是完全足够的。如果我们在我们的实验设备或我们的观察数据中找到某种超自然干预的证据——这是我们可以量化的，而且它的发现将是革命性的。

然而，就目前而言，从大爆炸之前到现在，“自然”似乎都能很好地完成这项工作。天体物理学仍未检验上帝存在的问题。然而，所有天体物理学家，在尝试自然地解释宇宙中的每一种物理现象时，都必须认识到这些尝试可能会失败。但只要它仍然是合理的，甚至是可能的，我们放弃科学方法就会对自己造成极大的伤害。这就是为什么天体物理学家不认为上帝是我们观察到的现象的解释：不是因为这是不可能的，而是因为科学探究仍然是揭示支配宇宙的物理真理的最成功途径！

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