盡管我們已經(jīng)了解了有關(guān)宇宙的部分知識(shí)，也建立起了龐大的物理體系，但仍然存在大量的未解之謎，甚至存在一些連科學(xué)家都無法回答的問題。那么，上帝會(huì)是答案嗎？
現(xiàn)實(shí)的真相寫在宇宙本身的表面上，可以通過科學(xué)探究的過程來辨別。至少，這是我們做出的假設(shè)，到目前為止，它已經(jīng)取得了很大的成果。但是，這與所有其他科學(xué)思想一樣，總是會(huì)被新的觀察和實(shí)驗(yàn)推翻。
關(guān)鍵要點(diǎn)
科學(xué)的過程，通過探究、實(shí)驗(yàn)、觀察和測(cè)量，揭示了關(guān)于我們物理宇宙的一些難以理解的細(xì)節(jié)。
然而，盡管我們知道了所有這些，也學(xué)到了所有這些，但仍有一些問題超出了科學(xué)的回答能力。
如果科學(xué)家不能排除這些問題，難道他們不應(yīng)該承認(rèn)“上帝”是這些問題的可能答案嗎？如果不是，是什么讓它成為如此不科學(xué)的方法？
對(duì)于無數(shù)代人來說，我們所知道的“科學(xué)探究”是極其有限和原始的，對(duì)最大的存在問題給出的答案沒有經(jīng)過審查。通常，給出和接受的答案植根于未經(jīng)證實(shí)的斷言和神話。然而，今天，科學(xué)的進(jìn)程為我們提供了對(duì)現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的最佳近似。但是，我們是否通過將我們的觀點(diǎn)局限于科學(xué)告訴我們的東西來欺騙自己？
“為什么天體物理學(xué)家解決不了上帝可能存在的問題？他們有證據(jù)排除嗎？”
第二個(gè)問題的答案當(dāng)然是“不”。但是第一個(gè)問題卻很復(fù)雜。
F = ma 是一個(gè)三維方程這一事實(shí)并不總是會(huì)導(dǎo)致維度之間出現(xiàn)復(fù)雜情況。在這里，受重力影響的球僅在垂直方向上加速；只要空氣阻力和撞擊地面的能量損失被忽略，它的水平運(yùn)動(dòng)就會(huì)保持不變。
讓我們回到為解決方案不明顯的問題提出答案的想法。我們可以提出的此類問題的清單實(shí)際上是無窮無盡的，其中包括一些我們可以理解的最大問題:
人類從哪里來？
從根本上說，我們是由什么構(gòu)成的？
地球有多大，它來自哪里？
地球和太陽的年齡是一樣的，還是一個(gè)比另一個(gè)更老？
宇宙中“其他太陽”周圍是否存在“其他地球”？
空間會(huì)持續(xù)多遠(yuǎn)：它是無止境的，它會(huì)在某個(gè)點(diǎn)后結(jié)束，還是會(huì)自行循環(huán)？
宇宙是否已經(jīng)存在了永恒，或者它是否有一個(gè)時(shí)刻，在某個(gè)有限的時(shí)間之前，從不存在的狀態(tài)中突然出現(xiàn)？
只要人類對(duì)圍繞著所有存在的巨大未解之謎保持好奇，我們就可以提出諸如此類的問題。表面上，有許多可能且令人信服的答案，但實(shí)際上，我們假設(shè)每個(gè)答案都有一個(gè)“正確”的答案。
我們看得越遠(yuǎn)，我們看到的大爆炸時(shí)間就越近。隨著我們天文臺(tái)的改進(jìn)，我們可能會(huì)揭示最早的恒星和星系，并找到超越它們的極限。
對(duì)剛剛提到的問題提出正確答案是科學(xué)探究與我們可以采用的所有其他方法的區(qū)別。當(dāng)然，我們可以想出各種可能性，編造故事和論據(jù)來支持它們，貶低或貶低他人，并激勵(lì)他人以與我們相同的方式相信；自有記載的歷史出現(xiàn)之前，這就是人類幾千年來的運(yùn)作方式。
但在科學(xué)中，通過探索可能性來解決問題只是一個(gè)開始。你是否科學(xué)地研究某件事完全取決于你下一步做什么：具體來說，取決于你是否愿意梳理出一個(gè)特定想法的可觀察、可測(cè)量的結(jié)果，然后將這些結(jié)果付諸實(shí)踐測(cè)試。
可測(cè)試性的概念，即你允許自然決定一個(gè)問題的答案，并有多種可能的結(jié)果，這是科學(xué)與非科學(xué)努力的區(qū)別。
球在加速火箭（左）和地球（右）中落到地板上的相同行為證明了愛因斯坦的等效原理。測(cè)量單點(diǎn)加速度表明重力加速度與其他形式的加速度沒有區(qū)別；除非你能以某種方式觀察或獲取有關(guān)外部世界的信息，否則這兩種情況將產(chǎn)生相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
例如，如果物體掉落是因?yàn)榈厍蛞?，那么我們?yīng)該能夠?qū)⑽矬w帶到我們可以想象的任何位置，放手，然后看著它掉落到地球上。然而，一旦我們離地球足夠遠(yuǎn)——足夠遠(yuǎn)以至于我們星球的引力不再是作用在物體上的主導(dǎo)力我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)情況不再如此。因此，從科學(xué)的角度來看，我們可以得出結(jié)論，“地球是物體的'自然'家園”并不是對(duì)數(shù)據(jù)的有效科學(xué)解釋。通過實(shí)驗(yàn)、觀察和測(cè)量，我們可以證偽或推翻一個(gè)經(jīng)不起科學(xué)審查的想法。
然而，如果我們推斷物體墜落是因?yàn)橛钪嬷械乃形矬w只要有質(zhì)量就會(huì)對(duì)彼此施加一種看不見的、有吸引力的引力，那將使我們走得更遠(yuǎn)。我們可以對(duì)不同質(zhì)量的物體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并測(cè)量它們的距離、速度和加速度如何隨時(shí)間變化和演變。我們可以將它們放置在不同的相對(duì)位置并測(cè)量它們之間的力。我們可以進(jìn)行各種調(diào)查，從地球上的地面實(shí)驗(yàn)到在整個(gè)宇宙中發(fā)現(xiàn)的各種物體之間的天文觀測(cè)。對(duì)于幾乎所有的人，你從這個(gè)理論中梳理出來的預(yù)測(cè)將與你從你的調(diào)查中觀察到和/或測(cè)量到的精確匹配。
所有主要行星都以接近圓形的橢圓形圍繞太陽運(yùn)行，即使是最偏心的行星也只有百分之幾的偏差。任何行星的自轉(zhuǎn)速度與其軌道速度相比都是微不足道的，但行星的軌道速度與太陽系在銀河系中的運(yùn)動(dòng)相比也是微不足道的。
這是否意味著我們可以明確地說“物體下落是因?yàn)樗写筚|(zhì)量物體都對(duì)彼此施加引力？”
回答是不完全是?？茖W(xué)是一種非常強(qiáng)大的工具，但它不能讓你在某種絕對(duì)意義上斷定一個(gè)想法是正確的還是不正確的。相反，當(dāng)您將特定想法應(yīng)用于一組特定的物理?xiàng)l件時(shí)，它會(huì)告訴您該想法是否有效。所有大質(zhì)量物體相互施加引力的想法是牛頓引力的基石，它是一個(gè)非常成功的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域：從落在地球上的物體到太陽系及更遠(yuǎn)地區(qū)天體的運(yùn)動(dòng)。
但它的成功并不普遍。在很多情況下，牛頓引力的預(yù)測(cè)已被證明是不正確的，并且與觀察結(jié)果不一致。如果牛頓引力準(zhǔn)確無誤，水星的軌道就不會(huì)像我們觀察到的那樣進(jìn)動(dòng)。如果牛頓萬有引力是絕對(duì)正確的，那么時(shí)鐘在不同的高度不會(huì)以不同的速度運(yùn)行。如果牛頓引力總是正確的，那么沒有質(zhì)量的物體，比如光波，在經(jīng)過其他大質(zhì)量物體附近時(shí)就不會(huì)“彎曲”。
此圖顯示行星繞太陽軌道的進(jìn)動(dòng)。極少量的進(jìn)動(dòng)是由于我們太陽系中的廣義相對(duì)論造成的；水星每世紀(jì)進(jìn)動(dòng) 43 角秒，這是我們所有行星中最大的值。OJ 287 的次級(jí)黑洞每軌道進(jìn)動(dòng) 39 度。
但所有這些事情確實(shí)發(fā)生了，甚至更多。水星的軌道確實(shí)有進(jìn)動(dòng)，并且進(jìn)動(dòng)的量比牛頓引力預(yù)測(cè)的要大。不同高度的時(shí)鐘確實(shí)以不同的速率運(yùn)行，它們運(yùn)行速率之間的差異不能僅用狹義相對(duì)論和兩個(gè)時(shí)鐘的相對(duì)速度來解釋。天生沒有質(zhì)量的光會(huì)因質(zhì)量的存在而彎曲，無論是在太陽系內(nèi)還是在大宇宙尺度上。
為什么？
牛頓引力理論是一個(gè)在廣泛應(yīng)用中取得巨大成功的理論，但其預(yù)測(cè)與各種實(shí)驗(yàn)之間并不一致，這意味著什么？
從科學(xué)的角度來看，這實(shí)際上是一個(gè)好消息：這是一個(gè)千載難逢的晉升機(jī)會(huì)。每當(dāng)一種科學(xué)理論——尤其是在這個(gè)特定時(shí)刻之前一直如此成功的理論——無法做出與觀察或?qū)嶒?yàn)相符的預(yù)測(cè)時(shí)，這就是一個(gè)信號(hào)，表明你已經(jīng)達(dá)到了你的理論適用范圍的極限。突然間，你已經(jīng)冒險(xiǎn)超出了你的理論的有效性范圍，你需要一個(gè)更新、更好、更全面的理論來取代它。
一個(gè)遙遠(yuǎn)的背景星系被中間充滿星系的星團(tuán)嚴(yán)重地透鏡化，以至于可以看到三個(gè)獨(dú)立的背景星系圖像，光傳播時(shí)間明顯不同。理論上，引力透鏡可以揭示比沒有這種透鏡時(shí)所能看到的星系暗很多倍的星系，但所有引力透鏡只占據(jù)天空中非常狹窄的位置范圍，位于單個(gè)質(zhì)量源周圍。
在萬有引力的例子中，有許多相互競(jìng)爭(zhēng)的想法被提出作為牛頓引力的潛在繼承者。這很好，因?yàn)檫@意味著隨著提出的每一個(gè)新想法，都可以從中提取理論預(yù)測(cè)，然后我們可以測(cè)試和測(cè)量將它們付諸實(shí)踐的各種現(xiàn)象。
它最終成為愛因斯坦的廣義相對(duì)論，它取代了牛頓關(guān)于所有大質(zhì)量物體之間存在普遍引力的想法，認(rèn)為空間和時(shí)間本身構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)——時(shí)空——不僅存在質(zhì)量，還存在所有類型的能量。此外，所有物體，無論是有質(zhì)量的還是無質(zhì)量的，都將穿過這個(gè)彎曲的時(shí)空，而時(shí)空的曲率將決定物體的運(yùn)動(dòng)。
這張照片經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)，通過了我們對(duì)它進(jìn)行的每一次觀察和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，從以阿秒精度測(cè)量時(shí)間流逝的原子鐘到激發(fā)脈沖星，再到從合并的黑洞中帶走能量的引力波。在每一種可檢驗(yàn)的方式中，愛因斯坦的理論在引力已被探索的整個(gè)范圍內(nèi)仍然有效。
兩個(gè)黑洞的吸氣和并合所發(fā)射的引力波的數(shù)值模擬。每個(gè)黑洞周圍的彩色輪廓代表引力輻射的幅度；藍(lán)線代表黑洞的軌道，綠色箭頭代表它們的自旋。雙黑洞合并的物理學(xué)與質(zhì)量無關(guān)。
所有科學(xué)理論背后的思想，盡管引力的故事得到了驚人的例證，但都是一樣的。我們可以為現(xiàn)實(shí)建立一個(gè)模型，但該模型的好壞取決于支持它的科學(xué)測(cè)試。只要理論的預(yù)測(cè)與我們的實(shí)驗(yàn)/觀察結(jié)果一致，我們就仍然處于理論有效性的范圍內(nèi)。當(dāng)結(jié)果不一致時(shí)，我們就超出了有效性范圍，這告訴我們需要一個(gè)新的、更高級(jí)的理論。
那個(gè)新的、優(yōu)越的理論會(huì)是什么樣子？
為了取代和取代我們已經(jīng)達(dá)到其有效性極限的理論，一個(gè)新理論需要做三件事。
它需要重現(xiàn)舊理論的所有成功；在舊理論給出正確預(yù)測(cè)的地方，新理論需要給出至少同樣好的預(yù)測(cè)。
它需要解釋以前的理論無法解釋的觀察結(jié)果。它更像是一種事后解釋而不是預(yù)測(cè)，但無論觀察結(jié)果阻礙了先前的想法，新理論都需要對(duì)其進(jìn)行完美的解釋。
而且最重要的是，它需要做出新穎的、從未測(cè)試過的預(yù)測(cè)，這些預(yù)測(cè)在定量方面與舊理論有所不同。
只有當(dāng)你的新理論能夠清除所有這三個(gè)相當(dāng)大的障礙時(shí)，它才有希望成為新的科學(xué)共識(shí)：作為所有未來科學(xué)研究的“默認(rèn)起點(diǎn)”。
這種圖片生動(dòng)地觀察時(shí)空在質(zhì)量移動(dòng)時(shí)如何響應(yīng)有助于從質(zhì)量上準(zhǔn)確地展示它不僅是一塊織物，而且整個(gè)空間本身都因宇宙中物質(zhì)和能量的存在和特性而彎曲。請(qǐng)注意，只有當(dāng)我們不僅包括大質(zhì)量物體的位置，而且還包括該質(zhì)量在整個(gè)時(shí)間內(nèi)所處的位置時(shí)，才能描述時(shí)空。物體所在位置的瞬時(shí)位置和過去的歷史決定了物體在宇宙中移動(dòng)時(shí)所受的力，這使得廣義相對(duì)論的微分方程組比牛頓的更復(fù)雜。
從根本上講，這就是科學(xué)事業(yè)的運(yùn)作方式，從最小的亞原子粒子到可觀測(cè)宇宙中最大的結(jié)構(gòu)。正是出于這個(gè)原因，在科學(xué)探究中沒有提出上帝的存在：因?yàn)樗鼜母旧吓c科學(xué)過程對(duì)立。
科學(xué)植根于這樣一種觀念，即關(guān)于宇宙的真相——或者至少是我們可以獲得的最接近“真相”的近似值最好通過探索宇宙本身來揭示，并讓我們從調(diào)查中得到的答案引導(dǎo)我們走向我們對(duì)現(xiàn)實(shí)真實(shí)情況的最佳描述的構(gòu)建。
求助于上帝，或者更籠統(tǒng)地說，求助于超自然現(xiàn)象，無異于放棄對(duì)我們?cè)谟钪嬷杏^察到的現(xiàn)象的自然解釋。事實(shí)上，自然法則似乎如此一致：
從一個(gè)時(shí)刻到下一個(gè)時(shí)刻，
從一個(gè)地點(diǎn)到另一個(gè)地點(diǎn)，
在所有溫度和能量范圍內(nèi)，
并且無論我們?nèi)绾卧O(shè)置我們的實(shí)驗(yàn)，
種種現(xiàn)象向我們表明，這種關(guān)于科學(xué)探究如何運(yùn)作的假設(shè)在任何情況下都沒有達(dá)到其有效性范圍的盡頭。
在膨脹過程中，量子尺度上時(shí)空本身的波動(dòng)在整個(gè)宇宙中被拉伸，導(dǎo)致密度和引力波的缺陷。雖然膨脹空間在很多方面都可以被稱為“無”，但并不是每個(gè)人都同意。
當(dāng)你在做天體物理學(xué)時(shí)，斷言天體物理學(xué)家不考慮上帝存在的可能性是不正確的。事實(shí)上，斷言天體物理學(xué)家不考慮上帝在塑造宇宙中發(fā)揮積極作用的可能性甚至是不正確的。然而，我們?cè)谔祗w物理學(xué)中所做的，就像我們?cè)谒锌茖W(xué)中所做的一樣，是試圖自然地解釋宇宙：通過定律、關(guān)系、相關(guān)性、理論、模型，以及通過將預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)、測(cè)量和觀察進(jìn)行比較。
上帝在文學(xué)作品中沒有被頻繁提及的原因是，當(dāng)涉及到解釋我們可以觀察和測(cè)量的東西時(shí)，“自然”的解釋已經(jīng)證明自己是完全足夠的。如果我們?cè)谖覀兊膶?shí)驗(yàn)設(shè)備或我們的觀察數(shù)據(jù)中找到某種超自然干預(yù)的證據(jù)——這是我們可以量化的，而且它的發(fā)現(xiàn)將是革命性的。
然而，就目前而言，從大爆炸之前到現(xiàn)在，“自然”似乎都能很好地完成這項(xiàng)工作。天體物理學(xué)仍未檢驗(yàn)上帝存在的問題。然而，所有天體物理學(xué)家，在嘗試自然地解釋宇宙中的每一種物理現(xiàn)象時(shí)，都必須認(rèn)識(shí)到這些嘗試可能會(huì)失敗。但只要它仍然是合理的，甚至是可能的，我們放棄科學(xué)方法就會(huì)對(duì)自己造成極大的傷害。這就是為什么天體物理學(xué)家不認(rèn)為上帝是我們觀察到的現(xiàn)象的解釋：不是因?yàn)檫@是不可能的，而是因?yàn)榭茖W(xué)探究仍然是揭示支配宇宙的物理真理的最成功途徑！
