基督教科学设想之三——行星科学

这个时代似乎从以神为本的时代走向了以人为本,以个体为本的时代,这种走向和世界观的发展是分不开的。哥白尼的日心说取代了托勒密的地心说,不仅是一种科学上的革命,也导致了世界观的演变。更彻底的世界观革命是由达尔文的进化论触发的,这个理论把人在受造界中的特殊地位从神坛上拉了下来。哥白尼的革命让我们看到地球在宇宙中的渺小,达尔文的革命让我们看到人类只是所有生命体中的一般个体。在这种世界观的引导下,我们自然会问,这个宇宙是否存在其他世界,其他世界是怎样的,生命如何在其他行星上生存并演化。

如今,在开普勒卫星的巡天数据中,人们发现了上千颗行星,它们的轨道具有多样性,表明太阳系的轨道系统并非特别,只是一个大样本下的一例。事实上,由于行星所反射或者发出的辐射太微弱,当前的望远镜很难在类太阳恒星附近发现类地行星,所以,人们往往选择在不太亮的褐矮星附近去发现行星。这些行星往往对恒星产生微弱的引力作用,我们可以透过观测光谱发现这种作用;有些行星刚好经过恒星,这种现象被称为掩星。很多类木星行星都是透过这种方法探测到的。当然还有很多方法可以探测地外行星,如今最fancy的一种方法是透过星冕仪遮住恒星的辐射来直接探测其行星系统。而伴随着这种方兴未艾的地外行星的探测而来的是对地外行星的理论研究。

开普勒卫星

由于我们只知道地球上有生命,所以人们往往以地球上生命所生存和繁衍所必需的环境来衡量地外行星的可居住性。其中一个最重要的指标就是液态水在类地行星上的存在,因为水不仅是新陈代谢所必须,而且也是生命繁衍所必须(至少地球上的生命是如此)。而液态水的存在是与行星表面所接受的辐射相关的,辐射太少,水不能以液态存在,辐射太多,水都被蒸发并且被过量的紫外辐射分解了。这样便存在一个在行星周围的球壳,只有在这个区域里面的类地行星可以允许液态水的存在。当然,生命所需要的条件可能比这个更多,但是这起码给了科学家一个探索的方向。在这种背景下,我们再来看基督教世界观如何推进行星科学的发展。我首先要来挑战目前行星科学的理论假设。

太阳系的可居住带

第一,现在的理论研究往往假设地球只是一颗普通的行星,也就是说,形成太阳系的初始条件并没有什么特殊的。甚至当前的最流行的成功的NICE模型已经可以解释太阳系很多行星的轨道结构。但是这种假设是基于一种对太阳系演化的统计性理解。比如说一个语言学家用统计的方法分析林肯的演讲,他得出的结论很可能是林肯的用词和其同时代的人的用词并没有什么不同,进而得出结论,林肯的演讲所产生的特殊影响只是一种偶然,或者别人在他那样的位置也可以产生同样的影响。这显然是很荒谬的,因为每个历史事件都是独特的,你不能简单地抽出事件中的一个环节进行统计性的研究。正确的研究方法应该是对每一个历史事件做具体的分析,分析其发生的环境和历史人物的个人特点。同样,行星的形成,特別是太阳系的形成,也应该从这样一个方面进行分析。那么圣经可以给这种历史性的行星科學有怎样的指导呢?我认为正如宇宙的形成,太阳系的形成的初始条件也是不能由上一级的结构演化所导出的。也就是说,虽然太阳系的结构在整个银河系中并不是一个outlier,但是這個系统明显是与其他(至少)是现在所观测到的地外行星系统有明显区别的,比如地球有一个很大质量的卫星——月亮,所有太阳系行星的轨道都近乎圆形,而且还有两个大质量的行星——木星和土星——在类地行星的外围。这样的构造就好像一个建筑,它是具有一定的功能和目的的。比如说,月亮的作用在于稳定地球的自转,使地球上四季的变化趋于稳定;大质量行星的存在有可能可以帮助地球幸免于过多的小行星撞击等等。由于现在对地外行星的统计性忽略个体的特殊性,所以往往无法对个体行星的演化真正地进行还原,而且这在理論上似乎也是做不到的,因為恒星系统是一个复杂系统,也存在类似于蝴蝶效应的非线性现象。那么我们是否真的没有办法还原太阳系的演化呢?这涉及到下面一个论点。

解释太阳系最成功的NICE模型的结果

第二,现在的理論研究往往假设计算机模拟的精确度足以模拟行星的演化。但是正如我在一次学术报告中所听到的,一个初始条件在一个计算机上模拟得到的是一个结果,在另外一台计算机上得到的是另外一个结果。甚至在同样一台计算机上得到的结果也不一定相同。其实在计算机模拟里面有很多近似,而且计算机的精度不够往往导致很大的误差。比如一个模拟对两个天体的引力作用可以精确到1公里,那么在這個尺度里的引力差异往往可以导致在几百万年之后完全不同的行星轨道,这种现象被称为混沌。对于研究行星形成的科学家,混沌现象可谓不可避免。因為一个自恰的行星模型必须从分子云坍缩开始模拟,那么在這個尺度上,分子力是非常重要的。如果刚好某个分子和另外一个分子在量子作用下结合在一起,而且刚好又发生在分子云从稳定态到不稳定态的“相变”阶段,那么很有可能這個事件决定了该分子云将会产生哪些恒星以及行星系统。也就是说,太阳系的结构是没法重演的,这正是为什么科学家们进行统计性研究的原因,而这似乎与前面一个要求相反。一方面,我们需要研究每个恒星系统的历史性演化;而另一方面,我们又不能还原行星系统的初始条件。那么我们到底该如何研究呢?

混沌現象的经典例子:數值r = 28,σ = 10,b = 8/3的勞倫茲引子圖形。

第三,我觉得我们可以进行行星系统的历史性研究。我们不一定要还原太阳系形成的初始条件,但我们可以从某种初始条件出发,去研究在分子云层面的量子效应或者信息是如何影响恒星和行星的形成的。这种研究需要有高精度的模拟,比如精确到128位或者256位。其实量子层面的效应往往只会在非线性系统高度相变的过程中才会被放大,进而产生宏观尺度的影响。所以,关键是知道哪些时刻在行星形成中具有类似一種材料在居里点从铁磁性到顺磁性的相变的作用。这样,我们就可以知道一个行星系统的结构所对应的量子信息。对于这样的信息的演化进行理論上的量化,我们应该就可以明白隐藏在太阳系背后的量子信息,这就我之前所定义的“不可约信息”,这正是上帝在創造太阳系时所说的。

晶体和气体从順磁性到铁磁性的相变

如果太阳系在形成过程中,上帝确实输入了信息,那么其他行星系统虽然和太阳系类似,但绝对不是真正可居住的环境,因為那些系统并没有上帝话语的输入。但是上帝是不是一直在输入信息呢,在我看来很可能不是,因為上帝在创世纪第一章所启示的是他阶段性地输入信息,而非一直输入,况且祂在第七天安息了。这并不表示上帝不做护理的工作了,他一直在做工,只是祂没有做創造的工作。上帝創造如此美妙的太阳系和地球实在是对人类极大的恩惠,而上帝创造这一切是为了让我们人类在其上与上帝同行。而如今人类堕落,上帝差遣祂的独生子恢复了我们和天父的关系,让我们重新在这地球上建立祭司的国度,并进而盼望那更美的家乡,那完全的安息!愿上帝的国度和安息也临到行星科學的研究中!

电影《接触》与基督教科学的类比

我第一次接触《接触》這個电影是通过一个电视节目的介绍。原以为這個电影和诸多科幻电影一样只是以场面取胜而没有内涵,但看完以后我对這個早期的科幻电影有极大的好感。也许这种好感不完全是导演罗伯特·泽米基斯(Robert Zemeckis)有意为之,而是我个人的联想所致。影片主要情节是从一个天文学家艾丽的科學梦想展开的,具体的情节可以参看wiki百科: http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%B6%85%E6%99%82%E7%A9%BA%E6%8E%A5%E8%A7%B8 。不管怎样,我要来分享一些有趣的类比。 首先,帕尔默·乔斯,一个基督教哲学家,和艾丽的关于科學与信仰的辩论。影片试图缓和宗教与科學的冲突,把这两个领域进行方法论式的区分:科學重理性,信仰重经验; 科學是客观的,而信仰是主观的,等等。这从导演所安排的结局可以看出:后来艾丽奇妙地进入时空隧道进入织女星球的经历因為证据不足而无法说服公众,似乎与基督徒信仰上帝而无法证明上帝很相似。这种宗教与科學的关系和康德的两个世界的划分有关,也一直主导着启蒙后的学术界对宗教的看法。但事实上,台面上的这种宗教与科學的井水不犯河水的关系在现实中是不存在的。首先,很多科学家的哲学观念或者宗教信仰对他们的研究有很大影响。爱因斯坦对马赫的深入思考导致他发展了相对论; 玻尔对东方思想的研究对他所发展的哥本哈根量子学派有很大贡献; 更不用说20世纪之前一些有信仰的科学家,比如开普勒对天体运行的研究很大程度上是起因于他对太阳系和上帝自己的形象的类比性思考。而科学研究本身之所以在西方世界产生正是因為基督教世界观,特別是新教世界观,对人们认识自然界所产生的影响。哪怕是现代科學,世界观对科学家的影响也是无处不在。大多数人受卡尔·萨根的影响从事地外行星和生命的探索,这本身就是受了无神论大师萨根的影响,他要将人类和地球的独特性彻底地排除,从而排除人类在上帝救赎中的独一性。另外一个例子是宇宙学研究,很多人认为宇宙本是就是永恒的,是自恰的。所以为了解释宇宙中物理参数精细调节而适合人类的问题而提出多重宇宙,永恒暴涨理論等。其次,科研经费的申请很大程度上与整个社会的价值取向有关,所以科学家从来都不是象牙塔里的独行侠,反而是一群了解公众心理并具有雄辩能力的说客。这样的科學所产生的成果理所当然地染上了现代思潮的病毒。 其次,对外星人发射给地球的信号地探索和解读。艾丽幼时的科學憧憬使得她把她对父亲的失恋融入到她的科研方向中,所以她最终选择了去寻找人类的同伴。这样一種动机最终让她执著地朝着地外文明的科研方向发展,最终利用甚大望远镜得到了一组有意义的信号。而這個信号居然是希特勒的一个讲话,但后来一个盲人科学家发现這個信号后面有密码,通过解决重重困难,艾丽终于知道了最後的信号--一个制造时间机器的工程图纸。这一系列的信号探索和解读过程形象地描述了科学研究的整个过程。比如,科学家通过X射线发现了DNA双螺旋结构并进而开启了人类基因组工程以及对生命起源的研究。我们通过各种技术得到来了生物信息,宇宙微博背景信号,量子纠缠系统的量子比特信号以及地球气候系统在冰核中遗留的信号等。我们继续研究这些信号对生命发展,宇宙进化,量子通讯和地球气候变化的主导作用,但是我们却无法真正明白这些信息的起源。正如那个古老的问题一样,“为什么有這個世界存在而不是一无所有”,同样,“为什么這個随机的物理世界会产生这些信息并产生出可以解读这些信息的人类”。这种起源科學,在我看来,正如艾丽对外星人信号的解读一样。既然我们可以解读外星生命的信号,为什么我们却不能从这些受造物的信号中解读上帝创世的密码呢?也许上帝已经在圣经中告诉我们答案,在创世纪第一章中,我们清楚地看到上帝用祂的话语(信息)阶段性地创造了宇宙,地球和生命。而起源科學的任务就是去发现上帝在创造中向受造界所说的这些话或者“信息”,并归榮耀给祂。 primeva2.jpg (23130 bytes) 最后,我要说,我们应该毫不犹豫地去从事起源科學的研究,因為这正是榮耀上帝的科學,而且也是在无神论世界观中不可能真正得到解决的科學难题。然而,我们也当谨慎和谦卑,因為我们乃是在为上帝在圣经所启示的创造和护理作科学注脚。

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