诺贝尔物理奖得主谈科学与信仰

2018年的诺贝尔物理奖近日揭晓。美国科学家阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin），法国科学家热拉尔·穆鲁（Gérard Mourou）和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）因为在激光物理学领域做出的杰出贡献而获奖。阿什金今年96岁，成为年龄最大的诺奖得主。他发明了光学镊子（Optical Tweezers）。这种镊子可以用来操纵极微小的颗粒，比如抓住一个病毒分子而不破坏它。诺贝尔物理奖评奖委员会称光学镊子为观察和操纵生命这台机器创造了全新的机会。斯特里克兰是诺奖117年历史中第三位女性诺贝尔物理奖得主。穆鲁和斯特里克兰发明了一种叫做CPA（Chirped Pulse Amplification）的技术。这种技术可以用来产生高强度（将激光的强度提高一百万倍甚至十亿倍）超短时的激光。这种技术在精密机械制造和眼科手术等领域有着广泛的应用。

对于激光大家都不陌生，可以说激光是科学史上一项极为重要的技术。激光的发明对现代人的生活有着深远的影响。但鲜为人知的是，激光的发明者之一是一位基督徒科学家，而且这位科学家在对科学和信仰上都有着非常独特和深入的思考。大约半个世纪以前，三位科学家因为提出了激光的原理而获得了1964年的诺贝尔物理奖：美国科学家查尔斯·汤斯（Charles Townes)，苏联科学家尼古拉·巴索夫(Nicolay Basov) 和亚历山大·普罗霍罗夫(Aleksandr Prokhorov)。其中美国科学家汤斯获得了一半的奖金。汤斯1915年出生于美国南卡罗来纳州，24岁获加州理工大学物理学博士，曾担任过哥伦比亚大学物理系系主任，麻省理工学院教务长，和加州大学伯克利分校物理学教授等职位。汤斯教授是一位虔诚的基督徒。他在伯克利的同事曾评价他是上世纪最重要的实验物理学家之一，他的长处在于他的好奇心和基于深刻基督信仰的不可动摇的乐观（his curiosity and his unshakable optimism, based on his deep Christian spirituality）。

很多人认为科学和信仰是不兼容的。随着科学在宏观领域和微观领域的种种突破，信仰更是好像变地可有可无。让我们来看看诺贝尔物理奖得主汤斯教授在关于科学和信仰这个问题上的独特见解。

汤斯教授认为科学和信仰非但不冲突，而且非常相似。科学试图研究宇宙的秩序和结构，而信仰试图研究宇宙的目的和意义。理解宇宙的秩序和理解宇宙的目的这两件事是不等同的，但它们也不是完全不同的。其实科学和信仰的区别大部分是表面上的，如果我们看它们真正的属性，这两者会变得几乎不可区分。正如我们以前认为哥白尼和伽利略提出的日心说“打败”了当时罗马教廷所教导的地心说，但现在我们知道根据广义相对论这两种理论是等同的，只是前一种理论相对简单一点。汤斯教授主要从以下几点谈到了科学和信仰的相同之处。

1. 科学和信仰都需要信心（Faith）。简单地来说，信心是对人对不完全理解或不能证明的东西的一种认定。一般人认为信心只存在于信仰的领域，其实科学也需要信心。科学的发展是建立在我们对宇宙的一种理念的基础上的，即宇宙是由一系列可靠的定律所支配，而且这些定律可以通过人的探索被发现。如果宇宙是无秩序无逻辑的，那科学根本无从谈起。很多伟大的科学家们正是基于这种信心才会数十年如一日地研究一个问题直至有所突破。爱因斯坦就是这么一个例子。在普林斯顿大学琼斯大楼里用德文刻着爱因斯坦的一句名言：上帝是非常微妙的，但他不是恶意的（God is very subtle, but he is not malicious.）。这句话表达了他对“宇宙是有序的和可知的”的信心。在爱因斯坦生命的最后二十年他致力于研究统一场理论。虽然没有成功，但他从未放弃。就像圣经约伯记13章15节约伯所讲的：他虽然杀我，但我还是信靠他（Though he slay me, yet will I trust in him）。

在科学里有很多仍未解决的问题，例如物理中著名的量子纠缠问题，两个粒子可以以超光速的速度影响对方，在当前物理学的框架下无法做出满意的解释。但这并不影响我们对科学的信心，这只是提醒我们人类对宇宙的认识还非常有限。同样的，在信仰里也有很多仍未解决的问题，例如至今我们对”一位慈爱的神为什么允许这世界上有如此多的苦难？“这个问题还没有一个令人完全满意的答案，但这也并不影响很多人对神的信心。

2. 科学和信仰都包含有非逻辑和不确定的因素（Uncertainty）。一般人认为科学是纯粹讲究逻辑和实证的，而信仰是非逻辑的。但数学家哥德尔证明完全逻辑自洽的体系是不存在的。在任何一个逻辑体系里都存在不可被证实也不可被证伪的命题。换句话说，逻辑和不确定是”打包出售“的。在物理中也存在着不确定的因素。十九世纪的数学家拉普拉斯曾自信地说，给我足够的计算能力和宇宙中每一个粒子的位置和速度，我就能算出整个未来。但20世纪量子力学的发展和海森堡测不准原理的发现证明拉普拉斯的自信，和阿基米德要撬动地球的自信一样，是没有根据的。

3. 很多研究科学的人和追求信仰的人都有启示性的体验（Revelatory Experience）。圣经中记载很多基督徒有从上帝而来的启示的经验，很多科学家在做出科学发现的时候也有类似的启示性的经验，例如化学家凯库勒在梦中发现了苯环的结构，这和圣经中记载神在梦中启示约瑟很相似。汤斯教授也描述了他本人在发明激光时的一次启示性的体验。有一次汤斯教授去华盛顿开会，早上独自到旅馆周围的一个小公园呼吸新鲜空气，同时在苦思冥想关于生成激光的一个最关键的难题。突然一个启示出现了，他在思想中看到了答案，他赶快拿出纸和笔把思想中看到的一些数字记下来，这些重要的数字成为他发明激光的理论基础。后来他才知道这个小公园旁边的一座楼是电话的发明者亚历山大·贝尔当年工作的地方。贝尔曾经非常努力的研究如何用光来实现通信，但没有成功。几十年以后汤斯教授在这个地方的经历导致了激光的发明，从而解决了贝尔当年未能解决的难题。

希望这篇短文可以帮助大家对科学和信仰的关系有更深入地认识。以上提到的观点和事实基本上都出自于汤斯教授的两篇文章：“科学与信仰的汇合”（The Convergence of Science and Religion）和“在科学与信仰的逻辑和不确定”（Logic and Uncertainties in Science and Religion）。这两篇文章在网络上都有，如果大家有兴趣可以找来看看。