前 言
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50多年以前，物理科学中发生了奇怪的事。在从事这门科学的人们当中，突然出现了许多有关空间、时间以及有关心与物的全新看法，这些看法稀奇古怪、令人惊讶。只是到了今天，这些看法才开始波及大众。那些使物理学家们好奇并激发了他们灵感的看法现在终于引起了公众的注意。公众在此之前从未想到，人类思想中已经发生了一场大革命。新物理学已经成年了。
本世纪头25年，有两个重大的理论——相对论、量子论——被提出来。20世纪的物理学大部分就是从这两论中生长出来的。但新物理学很快就显示出，它并不仅仅是物理世界的一个更好的模型而已。物理学家们开始意识到，他们的发现要求对实在的最基本方面作出全新的界定。他们于是学着以完全出人意料的、全新的方法来解决问题，而这些方法似乎是违背常识的，它们更接近神秘主义而不是接近唯物主义。
这场革命的成果只是到了现在才有哲学家和神学家来采摘。许多普通的人，在寻找他们生命背后更深一层意义的过程中，也发现他们对世界的信念与新物理学很合拍。物理学家的看法甚至在心理学家、社会学家当中也获得了同情，特别同情物理学家的是那些主张对问题要作整体论研究的人。
我主讲了若干次关于现代物理学的讲座、讲演，发现人们越来越觉得基础物理学正指引人们重新评价人以及人在宇宙中的地位。宇宙是如何起始的又会如何结束？什么是物质？什么是生命？什么是精神？这些关于存在的深刻问题并不新鲜。新鲜的是，我们现在可能已处在解答这些问题的边缘了。之所以会有这样令人吃惊的前景，是因为近来物理科学出现了某些令人轰动的进展。此处所说的物理科学，不仅是新物理学，而且也有其近亲——新宇宙学。
我们头一次可以对整个宇宙进行统一的描述了。宇宙是怎样诞生的？这个谜是科学的最基本而又最令人生畏的问题。没有超自然的输入，宇宙能诞生吗？有一古老的看法认为，“无中不可能生有”。量子物理学似乎已在这一论断上打开了一个缺口。物理学家们现在谈论着“自创造的宇宙”，即一个自发地爆发形成的宇宙，象有时在某些高能过程中从不知何处爆出的亚核粒子一样。这种理论的细节是否正确？这个问题并不怎么重要，重要的是，现在有可能为万有的创生设想一个科学的解释了。难道现代物理学已把上帝完全取消了吗？
本书不是谈宗教的书。本书谈的是新物理学对以前属于宗教的问题产生的影响。我尤其不想讨论宗教体验或道德问题。但本书也不是一本纯科学的书。本书是关于科学及其广泛含义的书。因而，本书不可避免地必须在这里或那里详细地解释一些技术性问题。但我并不想声称书中所涉及科学的讨论是成系统的，或完整的。读者不必害怕，书中不会有令人心烦的数学或一串串的专门术语来折磨读者。我已尽可能地避免使用技术术语。
本书主要是面向普通读者的，包括无神论读者和宗教教徒读者，这些读者都是以前没有科学知识的。然而，我希望本书也包含有一些具有真正学术价值的材料。我尤其认为，最近的关于宇宙学的工作并没有受到哲学家和神学家的注意。
本书的主题是我所谓的四大存在问题：
为什么大自然的规律是现在这样的？
为什么宇宙是由现在组成它的各种东西所组成的？
这些东西是如何起始的？
宇宙如何获得了组织？
在本书将近结尾时，对这些问题的试探性答案开始显现。这些答案是以物理学家对自然的看法为基础的。这些答案或许全错了，但我相信，物理学确是处在提供这类答案的独特地位上。我认为，与宗教相比，科学能为人指出一条更为确切的通向上帝的道路。或许这样的想法有些古怪。无论正确与否，科学实际上已进展到这一地步，它可以认真地解决从前是属于宗教的问题了。这一事实本身就显示了新物理学的深远影响。
尽管我自始至终地努力摒除我自己的宗教观点，但我对物理学的阐发不可避免地是属于我个人的。毫无疑问，我的许多同事会强烈反对我所试图引出的结论。我尊重他们的观点。本书不过是某一个人对宇宙的看法而已，对宇宙的看法除此之外还有很多。我之所以要写这本书，是因为我相信人在世上看到的东西很有限。
第一章 科学与宗教在变化着的世界中
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有智慧的人将宗教和科学理论并用，以调节自己的操行。
J．B．S．哈尔旦因
因本宗教法庭命令我要完全放弃那种认为太阳是不动的中心的错误论点，并且禁止我以任何方式持有、捍卫、或宣讲该错误信条，我发誓弃绝、诅咒并憎恶上述谬误及邪说，以及一切其他与上述教会相悖的谬误及教派。
伽利略
科学与宗教代表了人类思想的两大体系。对这个行星上的大多数人来说，宗教对他们处理事务是具有最显著的影响的。而科学与他们的生活的接触，却不是在心智层面上，科学实际上是通过技术影响到他们的生活。
尽管宗教思想在普通公众的日常生活中影响巨大，但我们的大多数社会事业机构是按照务实的方式组织起来的，其中即使有宗教，也只是把宗教淡化为一个程式化的角色而已。例如，英国教会在宪法中的地位就是这样的。也有些例外，如爱尔兰和以色列在法律意义上就仍然是宗教国家，而好战的伊斯兰教的复兴则正在增加宗教在政治和社会决策方面的影响力。
在工业化世界中，科学的影响及成就是最为明显的，因而，人们与主要的传统宗教机构的联系急剧减少。在英国，按时参加教堂礼拜的人占总人口的百分比很低。然而，假如就此得出结论，以为参加教会活动的人数的减少可以直接归因于科学技术地位的提高，那可就错了。很多人在其个人生活中仍对可被划为宗教性的世界抱有很深的信仰，尽管他们或许已经放弃了或至少是无视了传统的基督教信条。任何一位科学家都会证实，即便说宗教已被逐出人们的意识领域，也不能说宗教空出的地盘肯定已被理性的科学思想所占领。因为科学正象任何一种排他性的宗教一样，尽管在实际的层面上对日常生活影响很大，但对普通公众来说，也是同样地令人无从捉摸，同样地难以领悟。
与宗教的衰落较为相关的原因是，科学通过技术使我们的生活发生了急剧的变化，以致传统的宗教或许显得失去了那种直接性，而那种直接性又是在人们应付现今的个人及社会问题时向他们提供现实的帮助所不可缺少的。假如教会在今天受到了很大程度的忽视，那也并不是因为科学在与宗教进行的长期战斗中取得了最后胜利，而是因为科学如此彻底地使我们的社会重新定向，以至圣经所描绘的世界图景现在似乎在很大程度上是缺乏时代性了。正如最近一位在电视上挖苦人的人所说，我们的邻居很少有人有牛或驴供我们贪恋了。*
世界上的各个主要宗教都是建立在公认的智慧和信条上的，它们都根植于过去，难以应付变化着的时代。教徒们匆忙之中发掘的灵活性，已使基督教能够容纳一些现代思想的新观念，以致今天的教会领袖在一个维多利亚时代的人眼里，很可能被认为是个异端分子。但是，任何一种以古代的概念为基础的综合性哲学都面临着适应太空时代的艰难任务。因而，很多幻灭的信徒转向了“次要的”宗教，这些宗教似乎与星球大战及微晶体的时代更合拍。与不明飞行物体、超感官知觉、心灵交往、信念治疗方法、超验冥想相关的崇拜以及其他基于技术的信仰大行其道就证明，在一表面上是理性的、讲科学的社会中，信仰和信条具有持久的吸引力。因为这些古怪的信念是属于毫不羞耻的非理性的，虽然它们都有一个科学的外表。用克里斯多弗·埃文斯1974年在Panther出版社出版的一本书的标题来说，这些信念都是对“非理性的崇拜”。人们转向它们，并不是为了求得心智上的启蒙，而是为了在一个艰难而无常的世界中获得精神上的安慰。
科学侵入了我们的生活、我们的语言和宗教，但这并不是在理智层面上的入侵。绝大多数的人对科学的原则不理解，而且也不感兴趣。科学仍然是一种巫术，投在科学的实践者们身上的目光仍是恐惧与怀疑掺半的。随便到哪家书店去看看，就可以看到关于科学的书通常都是归在“秘学”类下的，而现代天文学教科书则因书架不够，与《百慕大三角》和《众神之车》挤在一起。为了在我们现今的社会中建立秩序，人们对科学及理性思维的重要性备加称道，但在个人层面上，大多数人仍然觉得宗教教旨要比科学论点来得更有说服力。
我们生活于其中的这个世界，尽管外表上很科学化，但骨子里仍是属宗教的。在象伊朗、沙特阿拉伯这样的国家里，伊斯兰教仍是占有优势的社会力量。在工业化的西方，尽管宗教已经分裂，多样化了，有时还变成了模模糊糊的伪科学性的迷信，但人们仍旧在继续寻求生命的更深的意义。这种寻求也不应该受到嘲弄，因为科学家们自己也在寻求一种意义，他们想在宇宙的组成、运行的方式，生命的本质以及人的意识等方面获得更多的发现，以便能得出宗教信仰赖以形成的原材料。假如科学的测定揭示出地球的年龄为45亿年，那么，再去争论上帝创造天地是在公元前4,004年或公元前10,000年就没有什么意思了。任何宗教，假如其信仰的基础是可被证明为错误的假设，那么这种宗教就别想长命。
在本书中，我们将要看看某些基础科学的最新发现，并要探寻一下这些发现对宗教的涵意。在很多情况下，我们可以看到，原先的宗教观念与其说是被现代科学所证伪，不如说是被现代科学所超越。科学家们通过一个不同的角度观察世界，可以得出新鲜的见解，并且可以为人类及人类在宇宙中的地位描述出新的画面。
科学和宗教都有两个方面，即理智方面和社会方面。科学与宗教的社会效应都还很不能令人满意。科学或许确实减轻了人类因疾病而遭受的苦难，为人类节省了诸多的苦劳，提供了一系列发明，给我们带来了娱乐与方便。但科学也引出了用于大规模毁灭的可怕的武器，因而严重降低了生活质量。科学对工业社会的影响是好坏掺半的。
在另一方面，有组织的宗教境况更糟。当然，没有人否认，在世界各地的宗教社区工作者中，有很多个别的无私奉献的例子，但宗教长久以来就已经制度化了。宗教常常更关注权力、政治，而不关注善与恶。宗教激情则更为经常地导致暴力冲突，搞乱了人类正常的宽容精神，释放了野蛮与残暴。基督徒在中世纪对南美当地人进行的种族灭绝就是较为可怕的例子之一，而在欧洲的历史之路上则到处都横陈着人类的尸体，那是些因为微小的教义分歧而被杀戮的人。即便是在那所谓的启蒙时代，宗教仇恨和宗教冲突也遍布世界。具有讽刺意味的是，尽管大多数宗教都赞美爱心、和睦、谦卑，并将这些称之为美德，但世界上各大宗教组织的历史却常常是以仇恨、战争、傲慢为其特色的。
许多科学家对有组织的宗教持批评态度，其原因倒不是因为他们自己在精神上与这些宗教有什么不合，而是因为这些宗教所发生的影响在他们看来搞乱了正派的人类行为，在这些宗教卷入权力政治之争时尤其如此。物理学家赫尔曼·邦迪是个对宗教持严厉批评态度的人。他把宗教看作是“一种恶，一种严重的，能够形成习惯的恶”。他举出当年欧洲对巫师进行疯狂大搜捕时的暴行为例：
在信仰基督教的广大欧洲地域，敬畏上帝的人常把被怀疑为巫婆的妇女烧死。这些人觉得这是他们应该勉力完成的职责，这职责是圣经明明白白地分派给他们的。事情很清楚，首先，是信仰使得那些本来正派的人干出了难以名状的可怕的事，这表明了人类日常的善心和对残暴的嫌恶何以而且也确实为宗教信仰所压倒。再者，这揭示了所谓宗教确立了绝对的、不变的道德根基的说法是完全不实的。①
邦迪声称，教会以及其他的宗教机构多少世纪以来所掌握的残暴的权力，已使它们在道德上名誉扫地了。
尽管宗教在四处自夸，但没有人会否认宗教仍是社会中最能引起分裂的力量之一。不管信仰虔诚的人们主观愿望是多么善良，血迹斑斑的宗教冲突史说明，没有什么证据能够证明在各大有组织的宗教里含有人类道德的普遍准则。而且，我们也没有理由相信，那些不属于这些宗教组织的人就是缺乏爱心和热心，或就是彻头彻尾的无神论者。
当然，并不是所有的信教的人都是宗教狂热分子。绝大多数基督徒今天都嫌恶宗教冲突，而且也为教会在过去卷入酷刑、凶杀、镇压而感到痛惜。但是打着上帝旗号的野蛮暴力时常爆发，触目惊心，至今仍袭扰着社会。这并不是宗教的反社会方面的唯一表现。在所谓的文明开化的国家如北爱尔兰和塞浦路斯，人们仍旧因为宗教原因而在教育甚至是居住方面实行隔离。即便是在自己的内部，宗教组织也常常准许歧视的存在，歧视妇女、少数民族，歧视同性恋者或宗教组织的领袖所认定的任何劣等人。我觉得，天主教及伊斯兰教中妇女的地位，以及南非教会中黑人的地位特别令人难以忍受。尽管许多人在他们的宗教被形容为罪恶、偏狭时会被吓得要死，但他们却很痛快地一致认为，世界上的其他宗教都是作恶多端的。
宗教组织一旦制度化了，法制化了，宗教偏执的伤心惨目的历史似乎就注定不可避免了。而且宗教偏执行为在西方世界引起了人们对国教的极大的不满。许多人正转而投奔所谓的“次要”宗教，以图找到一条获得精神满足的途径，既不那么刺耳，却又那么温柔。当然，现在各式各样的新宗教运动多的是，其中的某些运动比传统的宗教更偏狭，更邪恶。但是，现在有很多人强调神秘主义以及安宁的内心探索的重要性，并以此与传道的狂热相对，因而吸引了对定为国教的宗教的社会及政治影响持批评态度的那些人。
关于宗教的社会方面就谈这些。那么，宗教的理智内容又是什么呢？
在人类历史的大部分时期，男男女女们之所以皈依宗教，并不只是为了寻求道德指引，而且也是为了寻求关于存在的基本问题的答案。宇宙是如何被创造的？宇宙又会怎样终结？生命和人类的起源是什么？只是到了近几个世纪，科学才开始为这类问题的解决作出自己的贡献。科学随之与宗教发生了冲突，这些冲突都被详细记录下来。由伽利略、哥白尼、牛顿打头，随后来了达尔文、爱因斯坦，直到计算机和高技术的时代，现代科学对很多根深蒂固的宗教信念进行了阐明，这些阐明是冰冷的，有时是具有威胁性的。于是，这就造成了一种感觉，觉得科学与宗教是天生的死对头。这种看法得到了历史的鼓励。早期的教会试图顶住科学的闸门，阻止科学进步的洪水滔滔而下，造成的结果是从事科学的人从此对宗教产生了深深的怀疑。科学家们毁坏了很多人所珍视的宗教信念，于是他们被很多人看成是信仰的破坏者。
然而，科学方法所获得的成功是毫无疑问的。物理学，这诸科学之王，为人类的理解开辟了几个世纪以前想都没有想到过的新路。从原子内部的作用到黑洞的玄妙，物理学使我们得以理解自然中某些最隐秘的秘密。而且也使我们得以控制我们的环境中的许多物理系统。科学推理的巨大力量使每一日都有许多现代技术的奇观得以证明。那么，对科学家所持有的世界观也抱有一些信心，似乎就是顺理成章的了。
科学家与神学家是从完全不同的出发点出发，对有关存在的深刻问题进行探索的。科学以仔细的观察、实验为基础，使理论得以建立，将不同的经验联系起来。科学寻求的是自然在运行中的规律性，这些规律性很有希望地揭示了制约着物质和力的基本规律。科学对存在的问题进行这样的探索，其中的关键是，科学家假如遇到了他所持有的理论的反证，他就得放弃那个理论。尽管个别的科学家或许会顽固坚持某个他们所珍视的观点，但科学界作为一个群体是随时乐于采纳新观点的。科学原则之争不会引发人类相互残杀的战争。
与科学相比，宗教是建立在启示和公认的智慧的基础上的。声称包容了不可更改的真理的宗教信条是难以作出修正以适应变化着的观念的。真正的信徒必须坚持自己的信仰，不管有什么明显的反证。这“真理”据说是直接传达给信徒的，没有经过集体调查过程的筛选、提炼。天启“真理”的麻烦之处在于，这样的真理有可能是错的，即便它是对的，其他的人也需要想好了之后才能赞同信徒们的信仰。
很多科学家对天启的真理持嘲笑态度。其中有些科学家甚至认为所谓的天启真理是明白无误的一种恶：
一般说来，一个受到启示的信徒的思想处于可怕的自大状态。处在这样的状态之中，他就能说这样的话：“我知道，我明白，而那些跟我信仰不同的人是错的。”这样的自大心态在宗教领域最为普遍，而且只有在宗教领域里，人们才对他们的“知识”觉得有如此这般彻底的把握。在我看来，一个人竟能这么自我感觉良好，竟自觉这么出类拔萃，而不把所有那些与他们信仰不同的人放在眼里，这样的一个人是很令人讨厌的。这本来就够糟的了，但很多信徒还竭尽全力传播他们的信仰，至少是向他们自己的孩子传播，但也更经常地是向别人传播（而且，在历史上，有很多靠武力和惨无人道的野蛮传播信仰的好例子）。明摆着的事实是，最诚实的人以及所有智力水平高低不同的人都各不相同；而且宗教信仰一直是不同的。因为最多只有一种信仰是真实的，那么，这自然就是说，人类极其可能在天启宗教方面坚决而诚实地信仰了某种不真实的东西。人们本可以期望这一明显的事实能够引出某种谦卑，使信徒多少想到不管一个人的信仰有多么深，一个人很可能是信错了的，但任何信徒都没有这基本的谦卑。信徒不把自己的信仰强行灌输到他所掌管的人的脑子里便不肯罢手（这种情况在现今的发达国家一般限于信徒对其子女）。②
然而，那些有过宗教体验的人总是把他们自己获得的启示看作是比多少科学实验都坚实的信仰基础。不错，很多职业科学家也笃信宗教，而且显然并不觉得让他们的人生观的这两个方面和平共处有什么智力上的困难。问题是如何将许多根本不相同的宗教体验变成一连贯的宗教世界观。例如，基督教的宇宙论就与东方的宇宙论差异巨大。至少，二者之中有一个是错的。
但是，若从科学家对天启真理的怀疑推开去，推出科学家是冷酷的、不通人情的、工于计算、没有灵魂的人，只对事实和数字感兴趣，那可就大错特错了。新物理学兴起的同时，科学家对科学的更深的哲学含义的兴趣也有了巨大增长。这种兴趣是科学工作不那么广为人知的一个方面，而且常常是完全突然地产生的。在筹划一部关于精神和超自然现象的电视系列片时，病理学家、作家、电视制片人基特·派德勒这样描述了他见到现代物理学家们对超出物理学的问题如此关心时所感到的惊讶：
几乎整整二十年来，我作为一个快乐的信仰还原论的生物学家进行我的研究，以为只要我努力研究，最终就能揭示出基本的事实。后来，我开始阅读新物理学的书。结果，我以前的信仰被粉碎了。
作为生物学家，我以前认为物理学家都是头脑冷静、清晰、不易动感情的男男女女，他们以一种冷静的、局外人的眼光居高临下地看待自然，把落日的光辉分解成波长和频率；他们是一帮观测者，把结构精巧的宇宙撕成死板的形式成分。
我的错误是巨大的。于是，我开始研读有着传奇似的大名的人的著作——爱因斯坦，波尔，薛定谔，狄拉克。我发现，他们并不是冷静的局外人，而是一些富有诗意、笃信宗教的人。他们所想象的东西是那么巨大，那么新奇，以至我所谓的“超自然的东西”相形之下显得几乎平淡无奇了。③
具有讽刺意味的是，一直走在各种学科之前的物理学现在正对精神越来越倾向于肯定；而生命科学则仍旧走在上一个世纪的物理学的路上，现在正试图完全取消精神。心理学家哈罗德·莫洛维茨对物理学和生命科学如此转换对精神的看法提出了如下的评论：
实际情况是，生物学家们从前认为人的精神在自然界的分类等级之中占有一个特殊的地位，现在则义无反顾地走向赤裸裸的唯物论，而19世纪的物理学就是以唯物论为其特色的。与此同时，面对着咄咄逼人的实验证据的物理学家们则脱离严格机械的种种宇宙模型，转而把精神看作是在一切物理事件中扮演着一个与事件不可分离的角色。这两个学科就象是坐在两列逆向飞驰的火车上的乘客，彼此都没注意对开过来的火车上正发生什么事。④
在下面的几章里，我们将要看到新物理学如何赋予“观察者”在物理实在的自然中的中心地位。越来越多的人认为，基础科学近来的进展更有可能揭示出存在的更深一层的意义，而不是投合传统的宗教。总之，宗教对这些科学进展不可能视而不见。
第二章 创世
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起初上帝创造天地。
《创世纪》第1章第1节
但当时没有人在现场看。
斯蒂芬·温伯格《最初的三分钟》
是有天地创生这回事吗？假如有，那又是什么时候发生的？原因是什么？存在之谜最深奥，最难猜。大多数宗教都有涉及万物如何起始的说法，现代科学也有。在本书中，我将借助宇宙学的新近发现来猜测这创生之谜。本章讨论的就是宇宙总体的起源。有人用“宇宙”（universe）这个词来表示太阳系或银河系。但我将按“一切物理性的存在的东西”这一较为常规的意义使用“宇宙”一词，我所说的宇宙是散布在一切星系之中、之间的一切物质，一切形式的能量，一切非物质的东西如黑洞、引力波，以及一切延伸向无限（假如果真如此的话）的空间。有时，我将用“世界”（world）来指上述的一切。
任何声称对物质世界提供某种理解的思想体系都必定要对世界的起源说一些话。在最基本点上，有两种泾渭分明的说法。宇宙要么是一直存在着（以这样或那样的形式）；要么就有起始，多少有些突然地起始于过去某一特定的时刻。这两种说法长久以来一直困扰着神学家、哲学家、科学家，而且这两种说法对普通人来说也明显地难以理解。
假如说宇宙在时间上没有起源，就是说宇宙一直存在，那么，宇宙的年龄就是无穷大的了。无穷大这个概念让许多人眩晕。假如早已有了无穷多的事件，为什么我们发现我们自己是生活在现在这一时刻？难道宇宙在永恒的时间里一直是静止的，只是到了相对晚近的时候才突然活动起来？或者，在永恒的时间里，一直存在着某种活动？另一方面，假如说宇宙是有起始的，那么就是承认了宇宙是突然从虚无中生出来的。这似乎暗示着有一个最初的事件。假如真是有，那最初事件的起因又是什么？这样的问题还有意义吗？
许多思想家面对这些问题畏缩不前，转而去寻求科学的证据。科学在宇宙起源的问题上能告诉我们些什么？
如今，大多数宇宙学家和天文学家都支持约在180亿年前确有天地创生的理论。当时，物质的宇宙在一场可怕的爆炸中产生了。那场爆炸就是现在人人皆知的“大爆炸”。“大爆炸”理论是很惊人的，但这一理论得到许多证据的支持。人们接受该理论的所有细节也好，不接受也好，其中的关键假说，即过去有某种创生的假说，从科学的观点来看是有力的。该理论之所以看上去令人信服，其直接理由来自热力学第二定律这一已知的物理学中最为普遍的定律所包含的庞大科学证据。就其最广泛的意义而言，热力学第二定律认为宇宙的无序程度与日俱增。宇宙在缓慢却是无可挽回地坠入混沌。热力学第二定律的例子到处都是——建筑物倒塌，人变老，山脉跟海岸线受侵蚀，自然资源被消耗。
假如一切自然的活动都导致了更多的无序（以某种适当的方式测量出来的），那么，世界就一定是在不可逆转地变化，因为要使宇宙回到昨日的状态，就意味着把无序降低到先前的水平上，而这一点又是跟热力学第二定律不相容的。然而，乍一看，世上似乎很有些第二定律的反例。新建筑起来了，新结构生长了。难道每一个新生的婴孩不都是无序中生出有序的例子吗？
在这些例子中，你得注意你所观察的是整个系统，而不仅仅是你所关心的事。在宇宙某一区域的有序增加，总是以另一处无序的增加为代价的。就以建筑一幢新大楼为例吧。建筑所用的材料不可避免地消耗了世界的资源，同时，在建筑的过程中耗用的能源也是不可回收的。做一下结算，就会发现总是无序为多。
物理学家们已发明了一个叫作熵的数学量来给无序定量。很多精心的实验也证明，一个系统中的总体的熵从来不会减少。假如一系统与其环境隔离开了，那么，该系统内的任何变化都会无情地使熵值增大，最后达到大到不能再大的程度。从此以后，就不会再有任何变化，整个系统就会达到一种热力平衡的状态。一个装有混合化学物质的匣子便是个好例。各种化学物质发生反应，或许由此产生一些热，各种物质改变它们的分子形式。诸如此类的一切变化都增加了匣内的熵。最后，匣中的物质取得了它们最终的化学形式，彼此的温度也一致了，于是，也就不会再有什么变化了。要想把最后的生成物还原到先前的状态也不是不可能，但这就得把匣子打开，再耗用能量和物质以便让已发生过的变化再变回去。这个操作过程确会降低匣内的熵，但同时会产生更多的熵。
假如说宇宙真有一个有限的有序量，而且是在不可逆转地向着无序变化，最后达到热力学平衡，那么，就可以立即得出两个很重要的推论。推论一是，宇宙最终将会死去，消沉在它自己的熵里。这个推理，物理学家们称之为宇宙的“热死”。推论二是，宇宙不可能已有无限的过去，假如真有，那么宇宙就会在无限远的时间以前早就达到了最终的平衡状态。结论：宇宙并非过去一直存在。
我们在周围一切习见的系统中就可以看到热力学第二定律的作用。例如地球就不可能有无限的过去；假若有的话，那它的内核早该凉下来了。根据放射研究，地球的年龄可确定为45亿年。这跟月球以及各种陨石的年龄差不多。
而太阳则肯定不会热热闹闹地一直燃烧下去的。它的燃料储备年年在减少，故而最后它会变凉、变暗。反过来推理，则太阳肯定只是在一段有限的时间以前才燃着的，因为它没有无限的能源。根据估算，太阳的年龄只是比地球的稍大一点儿。这估算与目前认为太阳系当初是作为一个单独的单位形成的这一类理论很符合。然而，太阳系只是宇宙的一个小山的组成部分。只是根据地球与太阳的情况就得出概括宇宙的结论也未免鲁莽。但太阳的确是一颗典型的恒星，光是我们所在的星系里就有成百亿其他的恒星，它们的生命史可供天文学家们研究。现存的恒星都各自处于其演化史上的不同阶段，这就使我们能够勾勒出恒星的诞生、生存、死亡的详细图画。
恒星与行星一道形成，形成的原因是，星际间主要由氢构成的大块稀薄的气云在缓慢地收缩，分裂。今天，要想找到星系中哪些区域有恒星正在诞生是很容易的。这样的区域之一是猎户星云，肉眼就看得见。恒星并非是一下子形成的。例如，我们的太阳现在约50亿岁，然而，它的年龄充其量至多只是银河系中最老的恒星的一半。而太阳系的形成可以看作是银河系中发生了几百亿次的一个持续不断的过程所得出的一个结果而已，而这个过程将持续下去。于是，我们似乎可以说，就恒星和行星的形成而言，是谈不上什么创生的，不过是某种宇宙装配线不断地把原料（氢、氦、以及很少的重原素）装配成恒星、行星罢了。
就算是一批恒星在不断地燃尽，另一批恒星又不断地形成并取而代之，难道这生生灭灭的循环从无限远的过去就一直是这么周而复始直至今日的吗？不。热力学第二定律告诉我们，不会有这种周而复始以至无穷的循环。恒星燃尽的物质永远也不会完全进入再循环。燃烧所用的能量，以星光的形式消散在太空里，要在太空中发散几百亿年。还有一些恒星的物质进入了黑洞，再也出不来了。
那种认为整个宇宙系统并非一直就是这么循环往复的观点，还有一个更为直接的理由。艾萨克·牛顿这位现代科学的奠基人之一证实，引力是一种普遍的力，作用于宇宙中一切物体之间。每个恒星，每个星系，都因引力而互相靠近。因为天体是在太空中自由漂浮的，看来它们没有任何理由不因这无所不在的引力而会聚在一起。在太阳系里，众行星因引力塌向太阳的事之所以没有发生是因为有离心力——各个行星都在绕太阳旋转。同样，银河系也在旋转。但现在我们还没有证据证明整个宇宙也在旋转。各个星系显然不能永远挂在太空中，所以，宇宙也不可能永远是目前这个样子。
尽管这个宇宙之谜自牛顿以来就被意识到了，但只是到了本世纪20年代才发现了它的解答。美国天文学家埃德温·哈勃发现，各个星系不是在相聚，而是在以很高的速度相离。哈勃注意到，各星系的光在颜色上稍稍有些异常（用术语来说就是“红移”），这说明各个星系在急速倒退。因为光是由不同的光波组成的，因此，一个移动的光源能将光波拉长或缩短，正如一辆行进中的车辆会把它发出的声波拉大或缩短一样。一辆汽车的发动机的声音或一列火车的汽笛声，在该汽车或火车急速开过我们身边时，其音高会降低很多。这里，只要把“音高”代换成“颜色”，就得到了哈勃红移。只是这里所说的各行星的退行速度比汽车或火车速度大得多。遥远的星系每秒退行成千上万英里。
哈勃的发现有时被人给以错误的解释，被认为是说明了我们所在的星系是众星系的中心，其他所有的星系都在飞离我们。这种看法是错误的。因为离我们远的星系退行速度要比近处的星系退行速度大，因而远处和近处的星系彼此间的距离也在扩大，所以，事实上每一个星系都在脱离其他的星系。这就是有名的“宇宙膨胀”。无论你从宇宙中的哪个位置上观察，星系扩散的图式看上去都是很一致的。
宇宙膨胀的概念与现代人关于空间、时间、运动本质的思想十分吻合。阿尔伯特·爱因斯坦在科学界中地位之高，有如圣保罗在基督徒中的地位，他那让人绞尽脑汁方能理解的相对论，极大地改变了我们对时空及运动的看法。尽管爱因斯坦的空间弯曲及时间弯曲的概念，耗时60年才进入普通大众的想象之中，物理学家们却早就接过他的时空弯曲的概念来解释引力了。
引力为一切大规模的宇宙现象提供了动力。在天文尺寸的物体中，引力要比其他的力如磁力、静电力大得多。形成星系并控制星系间的运动的，是引力。要解释宇宙的膨胀，引力就是关键。
爱因斯坦令人信服地说明，引力使空间、时间伸长或扭曲，而且这可以通过观察太阳的引力使擦过其表面的星光弯曲这一现象得到直接的验证。从地球上看，太阳背后的天空有很小的但是是明显的弯曲。时间的弯曲也可以得到证明，最直接的证明就是让钟表在空间飞行。时间在那没有引力的环境中要比在地球的表面走得快。
假如太阳能拉长空间，那么，星系也能。因为星系是由很多太阳一样的恒星组成的。因而，天文学家们认为星系不是在空间中离散，而是星系间的空间在伸长。假如星系间的空间在“膨胀”，那么，每个星系的活动余地都在逐日增大。这就是说，宇宙在扩展，却不必扩展到某种外部的真空之中。
既然很多人觉得时空伸缩的概念难懂，我们就先把这些难懂的概念搁置一会儿。很明显的事是，既然宇宙在越变越大，那它以前一定要比现在小。假如过去一直就是目前这样的膨胀速度，那么，200亿或300亿年前，整个可以观测到的宇宙就会蜷缩进一个令我们感到十分陌生的小球中，在其中我们认不出任何天体。事实上，天文学家们已经发现，宇宙膨胀的速度正在变小，这就是说，那种高度压缩的状态事实上是在更早些时候发生的，距今大约是150或200亿年前（可与太阳的年龄——50亿年——做一比较）。因为当初的膨胀速度比现在的大得多，所以，星系离散在早期的时候，就象是场爆炸，而不是慢吞吞的膨胀。
有时人们说，我们今天所认识的宇宙当初是由于一种原初的“卵”发生爆炸而形成的。各星系都是当初爆炸的碎片，这些碎片现在仍在空间飞扬。这幅图景颇能反映一些真实的情况，但有时也会使人误入歧途。那个爆炸的东西之所以曾处于收缩状态，是因为空间处于收缩状态。那种认为“卵”是包裹在真空中的想法是错误的。卵有壳、有核。然而，天文学家们则认为，宇宙既没有边或壳，也没有任何具有特权的中心。
我们现在算是跟“无限”这个微妙的问题缠上了。对那些疏忽的人来说，这个问题充满了陷人坑。这个问题不但对于讨论膨胀的宇宙来说很重要，而且对科学和宗教这一类更为广泛的问题来说也是很重要的，因此，偏离一下我们的主题，讲一讲这个问题还是值得的。
科学家们长久以来就认识到，需要将他们关于无限的一切思考都建立在严格推导的数学步骤上，因为测量无限会导致各种各样的佯谬。例如，我们可以想想伊利亚的芝诺（公元前5世纪）提出的有名的“兔子和乌龟”的佯谬。在一次赛跑比赛中，乌龟开始领先，但兔子跑得快，很快就追上了乌龟。显然，在赛跑过程中的每一时刻，兔子和乌龟都各自处在一个位置上。因为二者都跑一段相同的时间——即时刻的数目相同——所以，按理说，它们通过的地段是相同的。但是，兔子要想追上乌龟，就必须在相同的时间里跑更远的距离，于是就要通过更多的地段。那么，兔子怎么能追上乌龟呢？
这个佯谬是归于芝诺名下的几个佯谬之一。要想求得这个佯谬的解答，就得仔细地陈述无限的概念。假如时间和空间是无限可分的，那么，兔子和乌龟就要跑无限段的时间、空间。在这里，“无限”的关键是，无限的一部分与无限的整体是一样的。尽管乌龟跑过的路要比兔子的短，可乌龟跑过的路段仍是与兔子的一样多（即无限），但我们知道，兔子不但跑过了乌龟跑过的路段，而且还跑了更多的路段！
研究无限的问题，就会弄出很多这一类令人吃惊的事来。数学家们花了许多个世纪进行逻辑论证，以便全面理解正确处理无限问题的规则。奇特的是，世上的无限不止一种。有东西的无限，可用整数代表（1、2、3、…、无穷大），还有一种更大的无限，用全部的整数都不足以表达出来。
说到几何学，人的直觉能把人搞得很迷糊。就以包围着一块给定面积的土地的篱笆为例吧。很容易看出，在面积已定的情况下，细长条形的土地需要的篱笆要多于正方形的土地。圆形土地需要的篱笆最少。但是，这块面积已定的土地周边到底能有多长？图1是一形状奇特的周边，是一次次地在三角形上再开三角形造成的。每开一次三角形，篱笆的周边都增长一些，它所圈的面积都要增多一点。但那周边永远也不会伸到外接圆之外去，所以，它所圈的面积永远是有限的。然而，随着在周边上开三角的次数的增多，周边就可以无限延长。这样，我们就能够想象，一无限长的篱笆围着一块面积有限的土地。
这一切与宇宙的创生又有什么关系呢？首先，这一切表明，“无限”之类的概念不应滥用，否则会导致无意义。第二，这一切表明，人们所获得的问题的答案常常跟直觉和常识相悖。这是科学给人的大教训之一。人们常常必须要依靠抽象的东西，依靠正规的数学操作来理解世界。平常的经验有时是不可靠的向导。
宇宙的体积是无限大吗？假如空间的体积是无限大，我们就可以想见有无穷多的星系散布其间，而且其密度也大体一致。于是，很多人就不能理解，一个无限大的东西怎么还能膨胀？它要膨胀到哪里去呢？这个问题不难回答：无限的体积可以膨胀，但体积不变。（请记住“乌龟”教给我们的东西吧。）但是，当我们把这个模型拿来比附“宇宙卵”时，就出现了形象化方面的问题。假如到处都有星系，那么，从前就不可能有过一个体积有限，又有外壳，而且外壳之外没有物质的宇宙卵。因此，卵的比喻行不通。
设想一下，有这样一个无限的宇宙，这宇宙是一球体，包容了极大的体积的空间，其中有很多星系。现在再设想空间到处都在急速收缩，就象奇境中的爱丽丝吃过魔饼之后的情况一样。于是，该球体的半径就会越缩越小，然而不管怎样缩小，总是有无尽的空间，而且其外还有无限多的星系。假如该球体真是缩小到了无限小，那么，这就产生了一个从数学角度讲是棘手的问题，即一个无限缩小的无限宇宙。这个球体宇宙仍是没有中心也没有边界的，然而，任何这一类的球体不管当初是多么地大，经过无限缩小之后，其中所有的星系便会被压缩成一个点。天文学家们认为，宇宙发生爆炸之前，就处于这种无限收缩却无界的状态之中。
事实上，还有一个可用的宇宙模型可以避免诸多无限的纷扰。这个模型是爱因斯坦本人在1917年提出的。在确认空间能够弯曲这一事实之后，爱因斯坦说，空间能以许多种人所意想不到的方式把自己连接起来。可以拿地球的曲面为类比。地球的表面，面积是有限的，但它是无界的，一个旅行者走到哪里都不会碰上地球的边缘或边界。同样，空间也可能体积有限却没有边界。这种奇异的图景怕是没几个人能真正看明白，但数学自会替我们把其中的细节勾画出来的。该形体叫做超圆体（hypersphere）。假如宇宙是一超圆体，宇航员原则上就可以象麦哲伦一样作环宇航行了。他可以驾着火箭向同一个方向飞，一直飞到他的出发点。
尽管爱因斯坦所提出的超圆体宇宙是有限的，但却没有中心，也没有边界（正如地球的表面也没有中心，没有边界），因而，当它收缩时，也不象一只宇宙卵。我们可以想象这超圆体缩至无限小，体积消失，就象一个圆面缩小到了半径为零一样（见图2）。
对能伸能缩的空间进行的研究，使宇宙学家们提出了一个在细节上与圣经大不相同的宇宙创生的理论。他们所提出的科学理论最惊人的一点就是，他们认为空间本身，而不仅仅是物质，也是在大爆炸中创生的。假如你把图2正在膨胀的气球，即从无中膨胀起来的气球倒过来看，把它看成是正在收缩的气球，并以此作为宇宙的模型，那么，你就算是大致知道现代物理学是如何讲述宇宙创生的了。这里的一个重要论点是，我们这里所谈的宇宙不管是爱因斯坦的超圆体（即气球模型），还是体积无限的宇宙，要想设想空间无限收缩之后是什么样子是不可能的。大爆炸发生的最初那一刻，空间是无限收缩的，那一刻就代表着空间停止存在的时间边界。物理学家们把这边界称作奇点。
空间原来竟是从无中生出来的，这个离奇的想法是很多人觉得难以理解的，因为他们早已习惯把空间看成是“无”。然而，物理学家则把空间看成是一种能伸缩的媒介，而不是空空如也的“无”。的确，在下面的几章里我们就可以看到，由于量子效应，即使最纯的真空也能引起活动，其中充满了转瞬即逝的结构。对物理学家来说，“无”意味着“没有空间”以及没有物质。
离奇的事还多着呢。空间是与时间分不开的，于是，空间能伸能缩，时间也能伸能缩。大爆炸代表着空间的创生，同样，也代表着时间的创生。空间和时间都不能存在于奇点之前。简单地讲就是，时间本身也是从大爆炸之时起始的。
这一大堆稀奇古怪的观点只能够求助于数学才能完全把握。人的直觉是力不从心的向导。这也是科学方法之所以取得成功的主要原因之一。科学以数学为语言，就能够描述完全超乎人类想象力的东西。而现代物理学的大部分内容也的确是人的想象力所不及的。若没有数学所提供的抽象描述，物理学永远也不会超越简单的力学。当然，物理学象每个人一样，头脑里也有一些原子的模型，光波的模型，膨胀宇宙的、电子的以及其他诸如此类的东西的模型，但是，这些头脑中的模型常常是很不精确、十分离谱的。事实上，从逻辑上讲，任何一个人要想能正确地想象某些诸如原子之类的物理系统都是不可能的，因为那些物理系统包含着一些纯属我们经验世界之外的东西（第八章谈量子论时，我们就会明白这一点）。
人的想象抓不住实在的某些关键的东西，这就警告我们，我们不能期望通过日常经验获得一些简单的关于空间、时间和物质的概念，就以为某些重大的宗教真理（例如创世的本质）有了依据。
人们一直难于从理智上解释时间的起源。这并不是个新问题。亚里士多德、圣托玛斯·阿奎那都认为，时间不是被创造的东西，否则就是说有第一事件了。第一事件的原因是什么？无，因为第一事件就是说没有在它之前的事件。
时间的有限其实并不一定是意味着有一个第一事件。我们可以设想一些用数字代表的事件，其中零代表奇点。奇点并不是个事件，而是一种无限致密的状态或类似的东西，在奇点处时空不再存在。如果有人问：“奇点之后的第一事件是什么？”这就相当于问“比零大的最小的数是什么？”世上并没有这样一个数字，因为所有的分数，不管多小，都总能被2除。同理，也没有第一事件。
若说时间无限，也同样让人为难，正如伊曼纽尔·康德后来所强调的那样：
假如我们设想世界在时间上是没有开始的，那么，对应于每一给定的时刻，都有无限的时间已经过去，而且世界上已经过去了相续的事态的一个无限序列。序列的无限就是它永远不能通过连续的综合而被完成。于是，这就是说，无限的世界序列已经过去是不可能的，因而世界有一个开始是世界存在的必要条件。①
我们必须记住芝诺给我们的教训，在处理无限的时候要小心谨慎。按康德的推理，兔子“通过连续的综合”永远也不能跑完无限序列的步数去追上乌龟。然而我们都知道，兔子肯定会追上乌龟。但是，要是说芝诺佯谬中的过去的时间是有限的，而康德所指的是无限的延续时间的过去，这也不能驳倒康德。芝诺和康德所涉及的都是无限的时刻。任何一个数学家都能证明，无限时间中的时刻并不比一分钟当中的时刻为多。芝诺和康德也都涉及了一个无限的数目，而这无限的数目并不能靠着“无限的延伸”而增大。
人们对康德的推理的另一个驳难是，他们认为时间是“流逝”的，这就是说时间是流动的、运动的。没有几个物理学家会承认时间真的是流动的或运动的。时间与空间一样，只是存在而已（我们在第9章要再谈这个话题）。
总而言之，一派人认为宇宙是无始无终的，另一派人认为宇宙的年龄是有限的，其过去的边界是奇点。这两派人的观点似乎都没什么大错。假设后一派的观点是正确的，这是不是就是说科学支持圣经关于天地创始的说法呢？
基督徒之间对圣经所描述的创世的真实性也没有一致的看法。1951年，教皇庇护十二世在罗马就现代科学宇宙学的问题②对主教科学院发表了讲话，拐弯抹角地提到了大爆炸理论，说“一切似乎都在表明，宇宙在有限的时间里有一个宏伟的开端。”他的话引发了激烈的反应（主要是神职人员的反应，科学家们的反应倒在其次）。当代的神学家们仍在争论不休，定不下宇宙创生之初的大爆炸是否就是圣经作者们据说受到启示而描述出来的上帝创造天地。美国圣母大学的厄南·麦克穆林最近写过一篇文章，题目是“宇宙学与神学应是何等关系？”其结论是，“首先，我们不能说基督教神创造天地的信条‘支持’大爆炸模型；次之，我们不能说大爆炸模型‘支持’神创造天地的信条。”③然而，当今很多百姓因受到要他们把大部分旧约看作是虚构的压力，现在看到现代科学的宇宙学给创世之说带来了显明的证据，于是感到快慰。
如果我们认为空间和时间就是在大爆炸中从无中爆发出来的，那么，就显然有“创世”，宇宙显然是年龄有限的。于是，热力学第二定律的佯谬也就立刻解开了。宇宙之所以还没有达到热力学平衡，是因为宇宙的无序化过程才进行了约180亿年，这过程离着完成还远着呢。而且，我们现在也可以明白，所有的星系为什么没有聚集起来。爆炸的力量把众星系炸散了，尽管现在它们离散的速度正在减小，但众星系重聚的时间还没有到来。
假如大爆炸理论只是以哈勃和爱因斯坦的工作为支撑，那么，该理论就不会得到它今天所得到的广泛支持。幸运的是，还有一些有说服力的证据。
宇宙诞生时惊天动地的力量爆发肯定会在宇宙的结构上留下某些印迹，我们可以设想宇宙创生之初的某些遗迹留存到今天。于是，寻找宇宙创生的遗迹现在就成了最热门的科研工作之一，而且，或许人们似乎不敢相信，这工作竟很有经济意义！原初的宇宙为我们提供了一个天然实验室，地球上最复杂的科学设备都不能模拟出来的超高温超高压的物理条件，在这天然实验室里却得到实现。为了验证他们关于物质在那些极端条件下的行为的理论，物理学家们必须求助于有关宇宙初创时的知识。他们希望，宇宙今天仍可能保留下一些遗迹以给我们提供一些线索，使我们得以了解有关宇宙创生之初短短的一瞬间所发生的物理过程。然后，就可以通过计算来看看那些物理过程与理论家们所提出的关于物质在极端条件下的行为理论是否相符合。
在本世纪60年代中期，原初宇宙最重要的遗迹被偶然地发现。两位贝尔电话公司的物理学家无意中发现来自空间的某种神秘的辐射。经过仔细分析，揭示出这种将整个宇宙都浸润其中的辐射是原初宇宙高热的遗迹，是原初宇宙火球正在暗淡下去的最后光芒。宇宙大爆炸，就象任何爆炸一样，产生了大量的热。宇宙气体花了100,000年才冷却到太阳表面的温度。又过去了180亿年，宇宙温度降低到谷底，只是比绝对零度高3度。然而，现在仍有大量的能量被锁闭在宇宙热辐射里。
知道了作为宇宙创生遗迹的热辐射现在的温度是多少，那么，要想得到它在各个时期的值就是个简单的计算问题了。宇宙一典型的区域在体积上每扩大1倍，其温度就要下降50％。反过来计算，就很容易推算出，宇宙创生后第1秒时的温度是100亿度。这似乎是相当热了，但这个温度完全是在实验室可模拟的范围之内。运用现代粒子加速器产生高能对撞，就有可能在极短的一瞬间模拟出原初宇宙爆炸后亿分之1秒时的情况，当时的温度是令人咋舌的千万亿度。因而，天文物理学家们可以相当有把握地模拟出很多个大爆炸发生之后的物理过程。
利用这样的模型，就可能通过计算得知宇宙在爆炸诞生之后的每个时期，宇宙间的物质是什么形态。例如在大爆炸发生之后的5秒到5分钟这一期间，当时的物理条件适合发生核反应。主要的物理过程是氢核通过聚变成为氦以及一些氘。根据计算预测，氦与氢质量的最终比率应是25％，这个比率很接近我们今天所观测到的这两种元素的相对宇宙丰度（氢与氦构成了宇宙中99％以上的物质）。计算预测与实际预测的结果有如此惊人的一致，这使我们对热大爆炸理论基本概念的正确性有了信心。
大爆炸发生之后1秒之内的各个时期涉及极高能物理。在那极高的温度下，物质完全破碎，其主要构成成分（将在第十一章讨论）呈裸露状态。这极早期即宇宙诞生后的第1秒现在是理论物理学家们的热门研究课题。有一些理论物理学家认为，早期宇宙的很多情况都可以用当时发生的物理过程给以解释。在接下来的一章里，我将描述这方面某些较新近的发展。
大爆炸理论在很大程度上已被天体物理学家看成是理所当然的了，而氦丰度的计算长久以来也已经成为标准宇宙学的一部分了，因而，那些早先取得的科学研究成就的重大意义也就容易被人忽视。要是19世纪的一个考古学家声称发现了伊甸园，并拿出了一件文物可以确凿无疑地证明是上帝创世第一天的作品，那么，他的话就得引起轰动。氦或许是大多数人所不大熟悉的，但很容易买到它的工业制品。这平平常常的实验室制备的物质竟是在原初宇宙的火炉里形成的，它不是在那火炉燃着的第一天而是在那头几分钟里形成的，这真是太不可思议了。
尽管当前的科学观点为创世论提供了强有力的证据，然而，我们还得要记住，宇宙从此以后能常生不老这种看法却找不到任何逻辑的理由。从物理学上看，宇宙永生的主要困难是热力学第二定律，这一点我们已经说过。但是，物理学家们时时提出一些机制来克服这一困难，其中之一是赫尔曼·邦迪、托马斯·戈尔德、弗雷德·霍伊尔提出的稳态理论（the steady－state theory）。这一理论有很多翻版，但所有的翻版也都一致认为，宇宙在年龄上是无限的。提出这一理论的物理学家们也明白，若说宇宙的年龄是无限的，便会碰上热力学意义上的热死问题，但他们绕过了这个问题，办法是假定新的低熵物质在被不断地创造出来。这样，物质就不是一下子出现在一场原初的大爆炸中，而是在极长的时间里逐渐地、或者很可能是零星分散地在多次小爆炸中出现的。新物质出现的平均比率是受调整的（很可能是受某种反馈机制的调整），这样，当宇宙膨胀，现存物质的密度降低时，新出现的物质就会填充空档，因而维持了大致均衡的宇宙物质密度。于是，众星系离散形成的越来越大的空地方就这样被新创生的星系填补了，宇宙的总体也就经历了多少时代而面貌不变。从整体上看，一切都没有变化（见图3）。大爆炸模型则与此相反，星系的密度在稳步地减小，宇宙的结构和排列都在演变。
霍伊尔试着提出一种新型的、携带负能量的场来解释物质持续不断的创生。这种场的稳步增强提供了物质创生所需的正能量（能量变物质将在下一章里描述）。于是，稳态模型中就完全没有上帝的地位了。因为，第一，创造物质所必需的原初能量不必被创造，只要将负能量储入另外的某个系统，就会有原初的能量；第二，空间和时间不是由创生而来的，而是一直就存在的。
稳态模型在哲学上对很多科学家有极大的吸引力。这些科学家们为这一模型的优美、简洁所吸引。然而，天文学的进展了结了这一理论的所有简洁版本，1965年发现的宇宙背景热辐射道道地地成了钉在装殓这一理论的棺材上的最后一颗钉子。不过，它仍然是一重要的理论，因为它证明，一个既不是突然创生、也不会有热死的宇宙在逻辑上是可能的，而且，在这样的一个宇宙中，一切过程、包括物质出现的过程，都可以在自然的机制中找到原因。
现代宇宙学为天地的创始提供了强有力的物理证据，这一事实很让宗教思想家们满意。然而，光有天地创始还不够。圣经告诉我们说，上帝创造了宇宙。科学能够对大爆炸的原因提出任何解释吗？这个问题，就是下面一章的主题。
第三章 上帝创造了宇宙？
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我想知道上帝如何创造了这个世界。
爱因斯坦
我用不着这样的假说。
彼埃尔·拉普拉斯《致拿破仑·波拿巴》
最近，一家著名的期刊以大字标题宣布：“天文学家们发现了上帝！”那篇文章的主题是大爆炸以及我们在了解宇宙极早期方面的新近进展。在通俗报刊文章里，宇宙创生的本身就被认为是足以揭示出上帝的存在的。但是，宇宙的创生难道真的是表示着上帝造成了宇宙的创生吗？能不能设想一种没有上帝的宇宙创生？难道现代物理学真是终于要揭示出物质宇宙的局限、并迫使我们去乞灵于超自然的东西吗？
创生（Creation）*这个词有许多意思，清楚地辨明其众多意思之间的区别是很重要的。宇宙的创生可被认为是表示突然之间，物质从那混沌的、无结构的原始形态被组织到现在我们观测到的复杂的秩序和活动中。宇宙的创生也可能真地表示在先前无形的虚空中创造出物质。或者，宇宙的创生也可表示整个的物质世界，包括空间和时间，从无中突然出现。另外，还有生命及人的创生问题，我们后面再谈。
圣经上说上帝“头一日”创造了宇宙，但没有讲明当时具体是怎么回事。现在，实际上有两种上帝造天地的说法，但两种说法都没有明确地说，用来造恒星、行星、地球以及人的身体的物质在造天地这件事之前就存在了。基督教教义中有一历史悠久的一条，这就是相信上帝从无中创造出宇宙间的物质。倒也是，假如认定上帝无所不能，便得相信这一点。这是因为，假设上帝没有创造物质，这就是暗示，上帝在进行创造的过程中受到了原材料的性质的限制。
本世纪之前，科学家和神学家都认为，物质是不能用自然的方法创造（或毁灭）的。当然，物质的形态有变化，比如，在化学反应的过程中，物质的形态发生变化，但物质的总量被认为总是恒定的。科学家们在面对物质起源这道难题时，倾向于相信宇宙的年龄是无限的，这就避开了创造物质的问题。在永恒的宇宙中，物质可以是一直就存在的，于是，物质的起源这道难题也就被绕开了。
那种认为物质不可能以自然的方法创造出来的信念，在本世纪30年代戏剧性地崩溃了。当时，头一次在实验室里造出了物质。导致这一发现的事件便是现代物理学处于全盛时期的最好例证。
这发现过程的故事，如同其他很多同类的故事一样，是由爱
因斯坦在1905年开的头。他那有名的E＝mc2方程式就是“质量与能量等同”这一陈述的数学体现。质量有能量，能量有质量。质量是物质的定量，说一物体的质量是多少，就是说它有多少物质。质量大就意味着沉重，难移动；质量小就意味着轻快，容易移动。质量等同于能量这一点就意味着在某种意义上说，物质是“被锁闭的”能量。如果能找到什么方法把它释放出来，物质就会在能量的爆炸中消失。反之，如果想办法把能量集中起来，就会出现物质。
爱因斯坦的方程式是他相对论的一个副产品，在一开始进行构思时，该方程式所涉及的是以接近光速的超高速运动的物体性质。根据相对论，某物体运动所耗用的能量应该使该物体显得变重了（质量增加）。当物体以平常速度运动时，质量的增加是微小的，因为一丁点质量就相当于很大很大的能量，举例来说，1克质量相当于以目前的价格要花10亿美元才能买到的能量。然而，现代亚原子粒子加速器却能把电子和质子的速度提高到十分接近光速，获得这样的速度之后，人们观测到电子和质子的质量增加了几十倍。
当然，质量随着速度的增加而增加还不是物质的创生，只不过是现存的物质增加了重量而已。保罗·狄拉克1930年前后进行的划时代的数学推导，使得通过聚集能量造出全新的物质粒子的可能性出现了。狄拉克当时正试图将爱因斯坦的相对论及其E＝mc2与20世纪物理学的另一重大革命——量子论——调合起来。量子论涉及的是原子及亚原子物质的行为。描述以近于光速的速度运动的亚原子粒子，需要有一个统一的相对论量子论。能量的放射性发射就产生以接近光速的速度运动的亚原子。
狄拉克进行了数学分析之后，提出了一个新方程式来描述高速的原子物质。该方程式立刻获得了成功，解释了一个当时一直令人困惑的电子的特征，即电子总是以与常识和基本几何完全相悖的方式旋转。粗略地说，一个电子得自旋两周才能再现出同一个面孔。狄拉克方程式又是一个好例，说明在探寻基本物理学的抽象世界时，数学如何必须取代直觉。
然而，狄拉克的方程式却还有令人不解的一面。方程式的各个解答正确地描述了普通电子的行为，但每一个解答都伴有另一个解答，这种相伴解答在已知的宇宙里似乎没有任何对应物。只要稍微发挥一下想象力，就可能想出这未知的粒子是怎样的东西。它们的质量和旋转方式与普通的电子一样，只不过所有的电子都带负电荷，而这些神秘粒子却要带正电荷。它们的其他特征，如它们的旋转，也要与电子相反，使这种新粒子成为电子的一种镜像。
更有意思的是狄拉克的预言。他预言说，假如能聚集起足够的能量，以前没有这种粒子的地方就会出现这么一个“反电子”。为了电荷守恒，出现这么一个“反电子”的同时，必定也得出现一个电子。这样，能量就可以以电子——反电子的形式直接用来创造物质了。
大约在这个时候（1930年），物理学家赵忠尧正用铅之类的重材料做γ射线（高能光子）穿透力的试验。他注意到，最有力的γ射线被以一种无法理解的高效率减弱了。γ射线被额外吸收，其原因当时对赵来说是个谜。但我们现在知道，那是因为生产电子——反电子的缘故。
后来，到了1933年，卡尔·安德森在用金属薄板研究宇宙线（即来自宇宙空间的高能粒子）时，头一次明确地发现了狄拉克所预言的反电子。在实验室里的受控实验中，物质被造出来了。接着很快证实了，新发现的粒子具有已预言过的一切特征，于是，狄拉克和安德森因这精彩的预言和发现分享了一项诺贝尔奖。
在其后的年月里，制造电子和反电子（反电子通常被称为正电子）成了范围广泛的实验室实验过程中的家常便饭。第二次世界大战之后，亚核粒子加速器的发展也使得受控生产其他种类的粒子成为可能。反质子、反中子也制造出来了。今天，正电子和反质子可以大批量制造，并被储存在磁“瓶”里。镜像粒子或曰反粒子都被称为反物质。现在，人们在物理实验室里例行公事般地制造反物质。
有了这些事实作后盾，人们似乎摸到了门路，可以对一切物质的本源给出一个自然的解释了。发生大爆炸时，有大量的能量，使物质和反物质得以断续地大量产生出来。最后，爆炸热冷却下来，这些物质就聚集成恒星和行星。不幸，这简洁干净的解释却有个大漏洞；因为物质遇上反物质时，二者会彼此湮灭，同时会有剧烈的能量释放，而这正与物质创造的过程相反（见图4）。
因而，由物质和反物质混合组成的宇宙是极不稳定的。在我们的星系中掺加反物质得有非常严格的条件限制，因而，反物质的量是微乎其微的。
那么，那些该有却不在的反物质都到哪里去了呢？在实验室中，每造出一个粒子，就必有一反粒子。照理说，宇宙中的物质与反物质之比该是一比一，但多次观测的结果却排除了这照理说是该有的事。有些天体物理学家提出一种假说，认为物质和反物质不知怎么彼此分离开来，彼此天各一方了。这些天体物理学家试图以这种假设来解释反物质的失踪之谜。或许，一些星系是由反物质组成的，另一些星系是由物质组成的。然而，迄今为止，还没有人提出过令人信服的物质与反物质的分离机制。因而，对称宇宙论失宠了。
于是，那些坚持认为大爆炸与宇宙创生是一回事的科学家们，显然就必得假定，某一超自然的过程以违反一切物理学定律的方式，把没有反物质相伴随的物质注入进宇宙。然而，“在奇点处一切定律都失去了效用”这一类的含糊其辞，并不能减轻人们的疑虑。
但最近，出现了一条或许能走出这一困境的路径。尽管在实验室条件下，物质和反物质总是成双产生的，但在大爆炸的超高温条件下，很可能可以多出一点点物质。那种试图对自然界的四种基本力给以一个统一的描述的理论研究，使人们产生了上述的想法（在第十一章里，还要对此进行较为详尽的讨论）。根据理论计算，在温度高达1027度时（这一温度只能在宇宙创生的头10-36秒才能达到），每产生10亿个反质子，同时就会产生10亿零1个质子。同理，电子也会比正电子多出10亿分之1。
虽然只多出这么一小点，但其意义却十分重大。在后续的大厮杀中，10亿成对的质子和反质子彼此湮灭，留下了一个未配对的质子和一个孤立的电子。这些近乎是大自然计划外的添加物的剩余粒子，就变成了后来构成所有星系的物质，所有的恒星和行星，还有我们人类本身，都是由这些物质构成的。根据这一理论，我们的宇宙是由微量剩余的非均衡物质构成的，这些物质是那难以想像的瞬间大爆炸的残留物。
如同一切好理论一样，物理学家们觉得，这样解释物质的起源有相当的说服力。但到哪里去找硬梆梆的证据呢？
现在似乎有了两个可验证的计算结果。第一个结果与大爆炸之初的10亿粒子与反粒子大规模互相湮灭有关。10亿粒子和反粒子相互湮灭之后，还会剩下一个多余的粒子，同时，伴随湮灭所释放出的能量也必会留存下来，很可能就是以热的形式留存下来。正如我们在前面的一章里讲到的那样，宇宙确实是浸泡在大爆炸所留下的热辐射里。那么，把每一现存的原子的热能加起来，看看其数目是否与10亿分之1的计算相符合，这是很简单的事。结果发现数字的确相符，至少可以用很说得通的模型来找出一致性。因此，这一理论不但解释了物质的起源，而且也说明了宇宙的确切温度。这确实是项了不起的成就。
然而，还需要更进一步的证实，才能够有把握地宣布物质的创造不是来自神。假如实验室能够提供某种直接的证据，证明物质与反物质之间确有明显的不对称，那将会最让人信服。我们很可能快要幸运地获得这样的证据了。
预言物质生产会有微量剩余的理论，也同样预言：根据产生微量剩余物质的机制，也会有物质的自发性微量毁灭。这种理论认为，在极长的时间里，质子会衰变成正电子，而正电子会进而湮灭电子。这样，一切物质最后注定要归于消失。但其时间尺度是如此之长，以致一个人的身体在其一生中平均才失掉大约一个质子。为了验证这一理论，科学家们正在地下深处（为的是消除宇宙线的干扰）研究观察极大量的物质，试图揪住一个正在消失的质子。因为这样的研究观察过程从根本上说是统计性的，所以要耐心的等上几个星期才能观测到偶然的反常衰变，要知道，一个质子的平均寿命至少是1030年。这研究观察过程的原理就是堆积起成千上万吨的物质（这些物质就代表着大量的质子）以找出偶然的随机事件。现在，正在进行着好几个这样的试验，而其中至少一个实验已经显示出一些可能的质子衰变事件。
任何人若想从物理现象中推导出上帝的存在，都得面临一个基本的问题，这问题就是物质的起源。物质在没有反物质的情况下出现，这在先前似乎是奇迹，现在却根据进步了的科学知识，似乎用普通的物理道理就可以解释了。不管某一具体事件是多么令人惊讶，多么不可解释，谁也不敢绝对有把握地说，在将来某一遥远的时刻，人们找不到一个自然现象来解释那令人惊讶的事件。
那么，上述的那些科学进展真正意味着我们可以用自然过程来解释宇宙的创生了吗？对于这个问题，很多神学家持强烈的否定态度。我们所描述的那些过程，并非从无中创造出了物质，而是将先前存在的能量转化成了物质。我们仍需要首先解释那用于创造物质的能量是从哪里来的。这难道真是得用超自然的解释吗？
然而，当讨论从物质转向能量的时候，人们得小心谨慎。能量是个相当难把握的概念，尤其是在现代物理学中。什么是能量？能量可以有很多不同的形式，例如很可能只是运动。在实验室里，粒子可以以极高的速度碰撞，于是，以前只有两个粒子的地方，会出现四个粒子。新粒子的出现，是以那两个原先的粒子的速度降低为代价的。把那无形的运动转化成有形的物质，就很有从无中创造有的味道。
还有一种可能性更令人惊讶，这就是从能量为零的状态中创造物质。之所以会出现这种可能性，是因为能量既可以为正，也可以为负。运动的能量和质量的能量总是正的，但引力的能量，如某些引力场或电磁场的引力是负的。有时会出现这样的情况，创造新生物质粒子质量的正能量正好被引力或电磁力的负能量抵消了。例如，一个原子核附近的电场很强，假如能够造出一个含有200个质子的原子（这是可能的，但很困难），整个系统就会变得不稳定。这时即使没有任何能量输入，也会生出电子正电子对，这是因为，新生的粒子对所发出的负电能可以恰好抵消其质量中含有的能量。
引力场的情况就更奇特了，因为引力场只不过是空间弯曲，是弯曲的空间，锁闭在空间弯曲中的能量可被转化成物质和反物质的粒子。这种情况现在在黑洞附近就有，而且很可能是大爆炸时粒子的最重要来源。这样，物质就自发地从空空如也的空间里出现了。于是问题就来了，到底是原初大爆炸具有能量？还是整个宇宙是一种能量为零的状态，其中一切物质的能量已被引力场引力的负能量所抵消？
简单地计算一下可能就能解决这个问题。天文学家们能够测量诸星系的质量，星系间的平均距离，以及它们退行的速度。把这些数字代进一个公式，就能得出一个数字，而某些物理学家已经把这个数字解释成宇宙的总能量了。这个数字在可观测的精度里的确是零。为什么会有这样的结果？宇宙学家们长久以来一直迷惑不解。有些宇宙学家提出，有一个深藏不露的宇宙原理在起着作用，根据这一原理，宇宙的能量就得恰好为零。假如真是这样，宇宙就可以走那阻力最小的路，用不着输入任何物质或能量就可以诞生了。
有一事实使问题更复杂化了。这事实是：当引力存在时，能量是不能确切地规定的。在某些情况下，可以把某一封闭系统所受到的引力影响看成是无限远，以此来确定该系统中的总能量。但在一个空间是有限的宇宙中，如我们在上一章简短地讨论过的爱因斯坦所提出的宇宙模型中，这种办法就完全失效了。在这样一个封闭的宇宙中，宇宙的总能量是个无意义的量。
上面所讲的从空空如也的空间中或许连能量也不用输入就自然产生物质，这一类的例子真能使人们不用神学也能解释宇宙的创生吗？有人或许会说，科学仍没有解释空间（及时间）的存在。物质的创造长久以来一直被认为是神的行为结果。即使现在可以用普通的科学知识来解释物质的创造了，但是，为什么会有宇宙，为什么首先得有时间和空间，然后物质才能从中产生出来，解释这类问题难道只能求助于上帝吗？
那种认为宇宙作为一个整体有一个原因，而这原因就是神的看法，是由柏拉图和亚里斯多德提出来的，经过托玛斯·阿奎那的发展，在18世纪由莱布尼茨和塞缪尔·克拉克使之臻于完善。这种看法，通常称作上帝存在的宇宙论论证。这宇宙论论证有两个变体，一个是我们将在本章里讨论的因果论证，一个是将在下一章里讨论的从偶然性出发的论证。大卫·休谟和伊曼纽尔·康德对宇宙论的论证持怀疑态度，而贝特兰·罗素则对之进行了严厉的攻击。
宇宙论论证的目标有两个。一个是确立“第一推动者”的存在，有了第一推动者就可以解释世界的存在。另一个目标是证明这第一推动者就是通常的基督教教义中的上帝。
宇宙论论证的推理过程是这样的：毫无疑问，每一事件都必有一个原因，但原因的链条不可能是无限的，所以万物必有一个第一因。这第一因就是上帝。必须说明的是，宇宙论论证有很多变体，而且其意义也有很多微妙的解释，因此，多年来关于宇宙论论证的辩论已经变得繁复难解了。在这里，我不想对辩论的各方进行一番公允的评价，我只是想说，宇宙论的论证受到了人类历史上一些最伟大的天才们的注意，但这并没有使辩论的双方避免犯一些逻辑上和哲学上的大错。我们这里要作的，是用现代科学的观点重新研究因果链假说。
我们不妨研究一下宇宙论论证的第一步：每一事件都有一个原因。克拉克曾声言：“最令人百思不解的是，世上竟然有东西，而且与没东西相比，有东西是毫无道理的。”①可以说，人们通常都是假定，每件事的发生都是由另一件事所造成的，一切进入存在的东西都是由一些早已存在的东西造成的。这似乎很有道理，但事情果真如此吗？
在日常生活中，我们很少怀疑一切事件都有原因。一座桥坍塌了，那是因为它负荷过重了；雪融化了，那是因为空气热起来了，一棵树长出来了，那是因为种下了树种；等等等等，不一而足。但是，会不会有些东西没有原因？
考虑考虑上面的断言吧：“一切进入存在的东西都是由某种东西造成的。”假如某种东西从来没有进入存在，而是一直存在着呢？这样的东西确实可以想得到，例如，稳态宇宙中的空间就是。一个永恒存在的东西、一个从来没有不存在的东西是否有一个原因，这样的问题难道有什么意义吗？人们可以追问：“为什么这东西存在？”若是回答：“它一直存在。”这样的回答未免有点蹩脚。因为人们完全可以设想这东酉可能不存在，所以不管其年龄多长，询问它为什么存在而不是不存在似乎也是很合理的。因而，照某些人看来，取消创生（如稳态的宇宙就用不着创生）并不能排除解释宇宙为什么存在的必要性。
我们现在暂且放下永恒存在的东西，专门考虑一下东西开始存在的情况吧。某个东西能从无中产生吗？我们说过如何从空空如也的空间产生出粒子，但是，那是因为有空间弯曲。要想说出粒子的起源，我们就得说出空间是从哪里来的（假如空间不是一直存在的话）。有些人或许会提出疑问：空间算不算一种东西？不错，很难想像托玛斯·阿奎那或莱布尼茨把空间看作是因果链的一部分。不过，我们继续往下想吧。是什么使得空间在大爆炸中突然出现？是奇点？但奇点肯定不是一种东西。奇点只是一种东西（时空）的边界。此路不通。
每一事件都有一个原因吗？某种东西在没有任何在先的作用力或任何合理的理由的情况下能够出现吗？报纸上常常大肆宣扬“天空中发现无法解释的物体。”然而，这并不是说那些空中的现象没有解释，而只是说目前没有已知的解释。不幸的是，目前难以看到“每一事件都有一原因”这个断言一朝会被确凿地证明是假的，因为若想证明其为假，就不但得找出一个没有原因的事件，而且还得进而证明，不管人们对宇宙的了解有多详尽，不管人们对自然界的知识有多深入，仍是不可能找到任何原因的。这似乎是不可能做到的事。谁能有把握地说，那令人迷惑不解的事件不是由某个完全隐蔽的、极其罕见的、从未出现过的、难以察觉的偶然过程造成的？
在证伪“每一个事件都有一原因”这一说法方面，进展最大的学科是量子力学。我们在第八章就可以看到，在亚核世界里，粒子的行为通常是不可预测的。你不可能确切知道，一个粒子在这一时刻和下一时刻之间要干什么。假如人们要选择一亚核粒子到达某一具体位置作为一个事件，那么，根据量子论，该事件就是无原因的，意思是说，它本质上是不可预测的。不管我们对作用于该粒子的所有的力以及所有的影响了解多深，我们仍无法说该粒子到达规定的位置是由某种其他的东西“造成”的。该粒子的运行轨迹本质上是随机的。它只是毫无节奏又毫无理由地突然在那里蹦出来。
某些（少数）物理学家对量子论的这一观点不以为然。爱因斯坦用一句名言反驳它道：“上帝不掷骰子。”在这些物理学家的心目中，每一事件都应该是由这种事或那种事造成的。即便是在亚核层面上也是如此。令人吃惊的是，现在已能够进行一项试验，证明原子系统在本质上的确是不可预测的，除非影响的运行速度超过光速。“上帝”确实掷骰子。只要大自然没有玩弄异常的把戏来搞乱这些试验结果，那么，上帝掷骰子的说法就近乎有相当坚实的理由。
因而，假如人们承认，量子事件个别地来看是没有直接的原因的，那么，物质创生这一量子过程的经典例子也能说是没有物理原因的吗？从某种意义上说，是没有物理原因。一个单个的粒子会以不可预测的方式突然出现，你没法知道它在哪个时刻、哪个位置出现。然而，该粒子的行为尽管放荡不羁，却仍然受制于概率的规则。假如有某一程度的空间弯曲，那么某个粒子就很可能在某一时间出现在某一空间区域。但谁也说不准它什么时候、在哪里出现。反过来说，那个粒子也有确定的机会现在就在你的起居室里突然蹦出来，尽管这几率非常之小。在量子世界里，这种事随时都有发生。粒子创生的几率决定于空间弯曲的度数，这一事实就意味着某种大致的因果关系。空间弯曲使得粒子的出现更为可能了。是否应严格地把这看成是粒子出现的原因，这在很大程度上是个语义学问题。
有人或许会提出异议，说我们讨论的中心问题是“整个宇宙是否有个原因”，而不是电子的创生或电子到达某一位置是否有个原因。某些物理学家无疑会回答说，整个宇宙也是受量子原理的制约的。但这么一来，我们就得扎进那令人心烦的量子宇宙学，而这门学科本身也有一大堆自恰的问题（在第十六章里才能进一步讨论这一问题，我将提出一个量子方案，或许可以解出宇宙起源的难题）。现在，我们暂且撇开量子论，承认整个宇宙可以说有一个原因，那么，其原因是什么呢？是上帝吗？
现在，我们往下来研究一下宇宙论论证的第二步：不可能有一个无限长的因果链。链条总有个头。星系是由旋转的星系形成的，星系是由原初的氢气形成的，氢是由大爆炸的一瞬间产生的质子形成的，质子是由空间弯曲形成的。人们总是认定这因果序列一定有第一项。阿奎那写道：
在可观测的世界中，人们发现因果是排列有序的；我们从未观察到，也永远不会观察到某种东西是它自己的原因，因为真是它自己的原因的话，这就是说它先于它自己，而这是不可能的。然而，因果序列必有一尽头，因为在一因果序列中，前一项是中间项的原因，中间项是末项的原因（中间项是一项还是多项无所谓）。若消除一个原因，这原因引起的结果也就消除了。因此，假如没有第一项原因，就不可能有末项原因，也就不可能有中间项原因。假如该因果序列是没有尽头的，因而也没有第一项原因，那么，也就不会有中间项原因，不会有最后的结果，而这显然是错误的。因而，人们就只有设想有个第一因，大家都把它称作“上帝”。②
在争辩说因果链不可能没有尽头的过程中，阿奎那和克拉克都没有以因果链本身是无限的为理由进行反驳。这两位思想家提出他们的论点的背景是，当时的人们认为宇宙是永恒的，年龄是无限的，大家都愿意把宇宙创生的证据寄托在“神的启示”上，而不愿为此进行理性的探讨。相反，他们提出的异议似乎是，一条把整个宇宙也贯穿其中的无限长的因果链据信是不可能的：
假如我们思考一下一个这样的无穷序列……显然，这整个一系列的实在物不可能有外部的原因；因为这序列据认为是包括了宇宙中一切现有的和已有过的东西；再者，这序列的存在显然不可能有内部的原因，因为这无限序列中的每个实在物都不能被认为是独立存在的或必然的……而是每个实在物都要依存于前一实在物……。因而，一个相互依赖的实在物的无限序列，若没有任何原初的独立原因，它就没有必然性，也没有有内部或外部原因的一系列实在物：这就是说，它是一个显然的矛盾体，是不可能的事。③
由相互依赖的实在物构成的无限序列，不那么严格地说就是一个无限的因果链，它的存在需要有个解释（这因果链包括了一切存在的东西，因而就找不到解释），这种看法，受到了哲学家们的激烈攻击，攻击最力的是休谟和罗素。罗素与柯普莱斯顿神父在英国广播公司电台上进行了一场有名的辩论。罗素这样陈述他的论点：“每个存在的人都有一个母亲……但人类显然没有一个母亲。”简单地说，他认为只要解释了序列中的每个个别成员，那么，根据事实本身，也就解释了整个序列。因为因果链的任何一环的存在，都依存于某个或某些前面的链，这样，无限因果链的每一环都得到了解释。要求说出整个宇宙的一个原因与要求说出宇宙中某一个别物体或事件的原因，这二者在逻辑上不是一回事。
事实上，“集合的集合”这个题目难对付是有名的。假如一集合被无害地定义为任何（具体或抽象的）事物的集，那么，就象罗素用他那有名的悖论所表明的，一个由集合构成的集合根本就算不上是个集合！比如，我们可以把某一图书馆的书的总目录看作是一个集合，但是，目录本身要不要列入目录？有时候要。我们把这种目录本身也列入目录的目录，叫作“TypeⅠ”，把目录本身不列入目录的目录叫做“TypeⅡ”。我们再把存在中心图书馆的主目录看作由集合构成的一个集合。这主目录的功用是，列出一切TypeⅡ目录，主目录是目录的集合。这够合理的吧？不幸得很，那由所有TypeⅡ目录组成的集合是自相矛盾的。我们只要问一问“主目录本身是TypeⅠ还是TypeⅡ，”我们马上就可以发现其自相矛盾。假如主目录是TypeⅡ，那它就不包括它自己。但主目录按其定义是列出了一切不包括自己（TypeⅡ）的目录的。因此，主目录包括它自己，因而它是TypeⅠ。但这也不可能，因为主目录只是列出TypeⅡ目录，因而，假如主目录是TypeⅠ它就不能列上它自己。因而，它没有列上它自己，它是TypeⅡ，结果：自相矛盾的废话。
上述的要点是，由现存事物构成的整个宇宙这一概念是微妙的。目前不清楚宇宙是不是个事物，假如把它定义为事物的集合，就不会有悖论的危险。这一类的问题布下的陷井，等待着所有试图从逻辑上证明上帝的存在是一切事物的原因的人。
即便承认宇宙论论证，承认宇宙肯定有一个原因，但把原因说成是上帝却仍有一个逻辑困难，因为人们接着可以问：“什么是上帝的原因？”对这样的问题，通常的回答是：“上帝不需要原因。上帝是必然的存在，其原因要在其内部寻找。”宇宙论论证的基础，就是设定一切事物都必有一原因，然而其结论则是至少有一个事物（上帝）不需要原因。因此，宇宙论论证似乎是自相矛盾的。而且，假如人们准备承认某个事物（上帝）可以在没有外在原因的情况下存在，那还有什么必要去唠叨那无穷无尽的因果链？宇宙为什么就不能在没有外在原因的情况下存在？设想宇宙是其自身的原因比起设想上帝是其自身的原因来，难道还需要更大的巧思吗？
假如我们停下来，不再往前走（走得比上帝还远），那又何必走到这一步呢？为什么不在物质世界处停下来？……我们设想它在其自身内部包含了它的秩序原理，我们实际上就是断言它是上帝。④
休谟的这段话使人想起许多科学家所持有的模糊信念：“上帝就是大自然”或“上帝就是宇宙。”
或许，对因果变体的宇宙论论证最厉害的反驳是这一事实，即因与果是牢固地嵌入时间概念中的概念。然而，正如我们已经看到的那样，现代宇宙学提出，宇宙的出现牵涉到时间本身的出现。通常公认，原因在时间上总是先于结果。例如，放了枪之后，靶标才破碎。这样，按照通常的因果意义谈论上帝创造宇宙显然是无意义的。假如创造宇宙的行为牵涉到创造时间本身的话，如果没有“以前”，大爆炸就不可能有自然的或超自然的原因（通常意义上的）。
圣奥古斯丁（354—430）似乎很明白这一点。有人认为，上帝等待了一段无限长的时间，后来挑了个吉祥的时刻创造了宇宙。圣奥古斯丁嘲笑了这种观点。他写道：“世界与时间都有一个开始。世界并不是在时间中被创造出来的，而是与时间一起被创造出来。”⑤考虑到在奥古斯丁的时代，人们对时间空间的各种错误看法，那么，奥古斯丁的确了不起，他预言了现代科学宇宙学的观点。
奇怪的是，奥古斯丁对创世纪的深刻见解，在13世纪基督教会接受了古希腊传统的影响之后，却受到了挑战。在后来的争议中，第四次拉特兰会议（1215）反驳了亚里斯多德关于宇宙年龄无限的哲学，认定宇宙在时间上确有开始，并以此作为基督教的一个信条。但即使在今天，神学家们对圣经的创世纪仍是见解不一。
有一个超越时间的上帝存在的假定所带来的问题是，尽管这么假定会使上帝来到“此地此时”，但大部分人认为是上帝所具有的很多美质只有在时间的框架中才有意义。难道上帝不能作计划，应答祷告，对人类行进的路程表示喜悦或担忧，然后再进行审判吗？难道他不是不停地在世界上活动，做工作，“给宇宙机器的齿轮上油”，以及干诸如此类的事吗？上帝的这一切活动，若不是在时间的构架里就全无意义。若是不在时间之中，上帝怎么能计划、行动？假如上帝真是超越了时间，因此预知了未来，他为什么还关注人类的进步或关注与罪恶的斗争？结果他早就知道了的（我们将在第九章里再来讨论这个问题）。
事实上，正如我们已经看到的那样，上帝创造了宇宙这一观念本身，就指的是一个发生在时间之中的行动。我上课讲宇宙学时，常有人问我大爆炸之前发生了什么事。我的回答是，没有大爆炸的“之前”，因为大爆炸就代表了时间本身的出现。我的回答受到怀疑——“肯定是什么事引起了大爆炸。”但因果是时间概念，是不能应用于其中不存在时间的状态的。因而，大爆炸之前发生了什么事之类的问题是没有意义的。
假如时间的确有一个开始，那么，谁要想用原因来解释时间的开始，就必须求助于一种更广泛的原因概念，这概念与我们日常生活中所熟悉的原因概念是不同的。一个可能就是不再要求原因总是先于结果。原因能够逆时间而动，造出先于它的结果吗？当然，改变过去，这种概念是充满了悖论的。比如，设想你能够影响19世纪的事件来阻止你自己的出生，这岂不荒唐？然而，现代物理学确有若干理论涉及逆动因果关系。假设的超过光速的粒子（叫“速子”）就能有这种逆动的因果。为了避免悖论，人们可以设想原因和结果之间的联系是非常松的，而且是不可控制的，或者，其联系是难以捉摸的。我们就要看到，量子论需要一种反过来的时间因果关系。比如，今天进行的一项观测可以影响到遥远的过去的实在建构。约翰·惠勒曾对此强调说：“量子原理表明，从某种意义上看，一个观测者在将来做的事就决定了过去发生的事，甚至那过去是如此遥远，远到连生命都不存在。”⑥
这里，就象人们在量子论中不得不做的那样，惠勒给了精神（“观测者”）一种重要意义，因而涉及到了宇宙演化后期出现的精神与宇宙的创生的关系问题：
假如宇宙在其未来的历史中，不能保证在某处及某一小段时间里产生生命、意识以及观测者，那么，宇宙诞生的机制岂不是无意义或不可探测、或既无意义又不可探测的吗？⑦
惠勒希望，我们可在物理学的构架中，发现一个使宇宙能“自动”诞生的原理。在探索这样的理论的过程中，他说：“任何指导性原理似乎都不如要原理为宇宙诞生提供一种方式这种要求更为有力。”⑧惠勒把这种“自发”宇宙比作电子学中的自激电路。
即便是能从某种晚近的自然能动性（不管它是精神还是物质）里发现时空创生的原因，也难以明白宇宙怎么能自然地从无中创造出来。仍然得要有一些“原材料”，来供精神或其他什么东西进一步进行追溯性工作。惠勒指出，空间和时间都是合成的结构，就是说，二者都是由他叫作前几何（pregeometry）的构件构成的。其他许多物理学家也指出，空间与时间不是基本的概念，而是些近似值。正如表面上看去是连续的物质实际是由原子构成的那样，时空或许也可能是由一些更基本、更抽象的实体构成的。这可能是试图发现引力的量子论的一个结果（引力只不过是时空几何而已）。在某些极端的物理条件下，假如在大爆炸之初，时空可能“分离开来”，从而暴露出其内部构件。用时间之前的语言说就是，大爆炸可能就是一个事件，在该事件中，那些“齿轮”紧密地结合起来组成一种外表看来是连续的时空。根据这种观点，大爆炸是空间、时间及物质的开端，但不是物理学的界限。在大爆炸之外（不是在其“之前”，因为没有之前），存在着一些没有装配起来的“齿轮”，一些形而下的东西，但不在时间或空间中。
宇宙如何诞生，询问宇宙是否有某种原因这类问题是否有意义，在这些话题结束之前，我们必须考虑回答是“是”的可能性，但宇宙的某种原因不一定是上帝。正如我们早先说过的，宇宙论论证的第二部分是想论证宇宙的创造者就是上帝。但现代物理学却发现了两个新的可能性，这是宇宙论论证辩护者从未能想到的。
前一章解释过，物质的创生如何用膨胀的空间（空间弯曲）就可以予以充分的说明。而且，空间伸缩力现在似乎不存在界限。最微小的区域能无限地膨胀。在宇宙创生后的10亿分之1秒，我们目前所观测到的宇宙（共1027立方光年）蜷缩在大约太阳系大小的体积里。在更早些的时刻里，宇宙的体积更小。因而，空间可能是从无中产生出来的，物质则可能是从空间产生出来的。但人们觉得，肯定是个什么东西使无限小的微粒一样的宇宙开始爆炸性地膨胀开来，而这就是我们追寻奇点、因果关系等等的所在。
