从无生有?量子真空的谬误
有些物理学家宣称,宇宙可能是通过量子涨落"从无中"产生的。这一说法在科普书籍和媒体上被反复重复。但其中存在一个关键的歧义:物理学家所说的"无"其实并不是无。它是一个有结构、受定律支配的量子真空,而那分明是某种东西。
这一主张
2012 年,物理学家劳伦斯·克劳斯出版了A Universe from Nothing(《无中生有的宇宙》),主张量子力学表明了一个宇宙如何能够自发地从"无"中出现。这个论证大致是这样的:在量子场论中,真空并非真正空无一物,其中沸腾着不断生灭的虚粒子。也许我们整个宇宙就是这样一次放大了的涨落。
这个论证在大众无神论话语中影响极大。照其推理,如果宇宙可以从无中产生,我们就不需要用神来解释为什么有任何东西存在。
问题在于,这个论证建立在一个根本性的歧义之上:用"无"这个词去指称两件完全不同的事情。
歧义所在:"无"的两种含义
- 1哲学意义上的无,即任何东西都完全不存在。没有空间。没有时间。没有能量。没有量子场。没有物理定律。没有真空。绝对的非存在。这才是普通人说"无"时所指的意思。
- 2物理学家所说的"无",即量子真空态。这是一个由量子场论所支配的物理系统,具有能量(称为零点能),遵循特定的数学定律,并存在于一个时空框架之中。它是某个量子场的最低能量状态,但它断然不是无。
当克劳斯说宇宙"从无中"产生时,他的意思是宇宙从一个量子真空中产生。但量子真空已经预设了空间、时间、能量、量子场以及物理定律的存在。这些都不是无,它们恰恰就是需要被解释的那些东西。
哲学家戴维·阿尔伯特本人并不是有神论者,他在《纽约时报》上评论克劳斯这本书时说得很直白:"相对论性量子场论的真空态,与长颈鹿、冰箱或太阳系一样,都不过是基本物理材料的某种特定排列……某些场的排列恰好对应于粒子的存在,另一些则不然,这一事实丝毫不比'我手指的某些可能排列恰好构成一个拳头、另一些则不然'更神秘。"阿尔伯特的结论是:真空不是无。
在这段不到四分钟的短片中,哲学家威廉·莱恩·克雷格直接回应克劳斯的A Universe from Nothing,也就是本课所检视的那本书和那个主张。他提出的正是上文展开的两点:克劳斯称之为"无"的量子真空,是一个受定律支配的物理性的某物;把它重新贴上"无"的标签,并不能回答"为什么有任何东西存在"这个问题。请先看这段视频,然后继续往下读,看看一个量子真空究竟需要什么。
A Universe from Nothing? William Lane Craig on Lawrence Krauss · 在 YouTube 上观看 · 克雷格在 reasonablefaith.org 上关于此书的完整播客 · 本视频为英文;YouTube 提供中文字幕,可通过字幕按钮开启。
量子真空究竟需要什么
一个量子真空要存在并产生任何东西,哪怕只是虚粒子,它需要:
- 1空间:量子真空存在于一个空间框架之中。没有空间,真空就没有地方可以存在。
- 2时间:量子涨落是时间中的事件。没有时间,就没有什么能够"冒出来"或"消失掉"。
- 3量子场:真空是量子场的基态。没有场本身,就没有真空。
- 4物理定律:量子力学、广义相对论,以及支配场行为的那些特定常数。没有这些定律,就没有量子涨落。
- 5能量:量子真空具有可测量的能量(卡西米尔效应在实验上证实了这一点)。零点能不是零能量,而是一个量子系统所能拥有的最低能量。
因此,"从无生有"的论证在最基本的层面上就失败了:它所从之出发的那个"无",本身已经是一个结构丰富的某物。真正的问题,也就是为什么会有任何东西存在,包括量子场以及支配它们的定律?,被完全搁置未答。
这对宇宙论论证为什么重要
卡拉姆宇宙论论证(第 1 课)的结论是宇宙有一个原因。"从无生有"的质疑试图推翻这一点,主张并不需要什么原因,因为量子力学允许事物无因而生。
但这个质疑因为两个理由而失败:
- 1虚粒子并非无因而生。它们产生于量子场,受物理定律支配,处在时空之内。场与定律就是它们的原因。它们不是"某物从无中来"的例子,而是一种物理状态产生另一种物理状态的例子。
- 2终极问题依然存在。即便一个量子真空能够产生一个宇宙,"量子真空为什么存在?"这个问题仍然需要答案。你并没有取消对终极原因的需要,只是把它往后推了一步,推给另一个自身同样需要解释的物理实体。
正如哲学家威廉·莱恩·克雷格所论证的:宇宙论的问题不是"在宇宙之前是什么物理状态?",而是"为什么会有任何物理性的东西存在?"一个量子真空并不比一个宇宙更能自我解释。
戴维·阿尔伯特就是上文那篇《纽约时报》书评的作者,一位物理学哲学家,而且他不是有神论者。在 PBS 系列节目Closer To Truth的这段十分钟访谈中,阿尔伯特直面那个最大的问题:为什么存在的是某物而不是虚无?他解释了那些把大爆炸当作"真空涨落"的说法悄悄预设了什么,以及为什么物理定律本身的存在依然需要一个解释。请留意他的推理与本课的论证有多么接近,尽管他并不由此得出任何宗教结论。当对"从无生有的宇宙"最有力的批评来自一位无神论者时,你就知道争点在于逻辑,而不在于宗教偏见。
David Albert - Why Is There Anything At All? · Closer To Truth · 在 YouTube 上观看 · closertotruth.com · 本视频为英文;YouTube 提供中文字幕,可通过字幕按钮开启。
常见质疑
"可是物理学家是在专业意义上使用'无'这个词的。你不能拿哲学定义去要求他们。"
这个论证的全部修辞力量恰恰依赖于哲学意义。当克劳斯把书名定为A Universe from Nothing时,他是在向公众传达:物理学已经解释了为什么存在的是某物而不是虚无。如果他的意思仅仅是"一个宇宙来自一个量子真空",那么哲学问题就完全没有被触及,这本书的核心主张也就崩塌了。你不能在标题里用哲学含义,在论证里却改用专业含义。
"也许物理定律是必然真理,它们本就不可能是别的样子。"
没有任何证据支持这一点。物理常数看上去是偶然的,它们本可以不同(正是这一点才使精细调节具有意义)。而且即便这些定律是必然的,"为什么存在的是这些特定的必然定律?"这个问题仍然需要答案。必然真理也需要一个根基,而有神论者所指认的那个根基,恰恰就是神。
- 为什么"哲学意义上的无"与"量子真空"之间的区分,对这场辩论如此重要?
- 如果量子真空的存在需要空间、时间、能量、场与定律,那么"从无生有"的论证究竟解释了什么?
- 戴维·阿尔伯特(一位无神论者)批评了克劳斯的论证。这告诉我们:这一质疑属于科学与宗教之争,还是属于逻辑问题?
作为对宇宙论论证的回应,"宇宙从无中来"的论证为什么失败?
"宇宙从无中来"的论证在"无"的两种含义之间玩了歧义。物理学家所说的"无",也就是量子真空,已经预设了空间、时间、能量、量子场与物理定律。这些都不是无,它们恰恰就是需要被解释的东西。连无神论哲学家也承认了这一点。宇宙论的问题,也就是为什么会有任何东西存在,依然毫发无损。