編者按
2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)日前揭曉，三名日美科學(xué)家因藍(lán)光LED方面的發(fā)明獲獎(jiǎng)。此前有人推測(cè)可能獲獎(jiǎng)的華裔美國(guó)物理學(xué)家張首晟（見(jiàn)文后簡(jiǎn)介）今年未能摘冠。作為當(dāng)今世界最杰出的科學(xué)家之一的張首晟曾在臺(tái)灣《校園》雜志撰文講述他對(duì)科學(xué)與基督教信仰的看法。以下是他的文章全文。
科學(xué)與信仰
科學(xué)實(shí)在有永恒的局限，有不能在將來(lái)而改變的局限，科學(xué)與信仰不但今天沒(méi)有矛盾，將來(lái)也永遠(yuǎn)不會(huì)有矛盾。
人類發(fā)展千古至今，科學(xué)與信仰的問(wèn)題一直是一個(gè)重大的課題。宗教信仰超自然的存在，而科學(xué)研究的是自然界的客觀規(guī)律。這兩者的關(guān)系到底如何，是一個(gè)信徒關(guān)心的問(wèn)題，也是許多科學(xué)家朋友走進(jìn)信仰之門的必經(jīng)之路。目前的科學(xué)與技術(shù)飛速發(fā)展，更使我們有必要深思現(xiàn)代科學(xué)與信仰問(wèn)題的關(guān)系。
現(xiàn)代科學(xué)起始于文藝復(fù)興的歐洲。當(dāng)時(shí)發(fā)生了一件科學(xué)與宗教沖突的重大案子，每次論及科學(xué)與信仰的問(wèn)題時(shí)往往會(huì)提起這個(gè)案子?？茖W(xué)家伽利略通過(guò)許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明地球的自轉(zhuǎn)。但是羅馬教皇聲稱地球是宇宙的中心，有永恒不變的地位。教皇濫用他的權(quán)力，加罪于伽利略。但是伽利略在教廷讀完了他的審判之后，仍然不屈地說(shuō)道：“它（地球）依然在轉(zhuǎn)著?！彼陌倌旰蟮慕裉?，歷史已毫無(wú)疑問(wèn)地證實(shí)了伽利略是正確的。羅馬教廷也正式向伽利略道歉。但是這一案子引出一個(gè)令人深思的問(wèn)題。教皇加罪于伽利略，當(dāng)然很重要的原因是伽利略對(duì)教皇個(gè)人權(quán)威的威脅，但是，任何信仰必然形成一種世界觀，一種來(lái)自于信仰對(duì)于自然界的一種觀點(diǎn)。雖然信仰本身是主觀抽象的，來(lái)自于信仰的世界觀，卻與科學(xué)研究的問(wèn)題有共同之處。當(dāng)時(shí)羅馬教廷的確認(rèn)為地球是宇宙的中心，形成了與當(dāng)時(shí)科學(xué)的沖突。
所以在我們深思科學(xué)與信仰的關(guān)系時(shí)，一定要回答幾個(gè)重要的問(wèn)題：什么是基督教的世界觀？這世界觀是否與科學(xué)知識(shí)有沖突，是否與未來(lái)的科學(xué)知識(shí)有沖突？基督教的世界觀與別的宗教有何不同？伽利略的對(duì)與錯(cuò)要了解信仰與現(xiàn)代科學(xué)的關(guān)系，我們首先要了解現(xiàn)代科學(xué)帶來(lái)的知識(shí)。伽利略對(duì)科學(xué)最重大的貢獻(xiàn)，并非是發(fā)現(xiàn)地球的自轉(zhuǎn)，而是奠定了現(xiàn)代科學(xué)研究的方法。伽利略認(rèn)為一切知識(shí)來(lái)自于實(shí)驗(yàn)，而不是來(lái)自于人主觀的思想。只要有足夠的時(shí)間，有足夠精確的實(shí)驗(yàn)儀器，我們可以測(cè)量一切，了解自然界的一切。
伽利略的觀點(diǎn)帶來(lái)科學(xué)飛速發(fā)展。但也深深地帶來(lái)一個(gè)“信仰危機(jī)”。如果我們能用實(shí)驗(yàn)手段了解自然界的一切，為什么我們還需要信仰？伽利略在地球自轉(zhuǎn)一事上的確是正確的，但是，他認(rèn)為實(shí)驗(yàn)?zāi)軠y(cè)量自然界的一切，這項(xiàng)信念已被二十世紀(jì)的物理學(xué)證明是錯(cuò)誤的。如果我們要了解一個(gè)物體的位置，我們必須用實(shí)驗(yàn)手段去測(cè)量它。但是，測(cè)量的過(guò)程一定有誤差，使我們無(wú)法了解物體真正的位置。伽利略的觀點(diǎn)認(rèn)為我們的實(shí)驗(yàn)手段一直會(huì)進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)誤差會(huì)越來(lái)越小，這樣，我們可以漸漸地逼進(jìn)物體的真正位置。這一觀點(diǎn)在宏觀世界中似乎是正確的，但是對(duì)原子世界的研究被證明是錯(cuò)誤的。因?yàn)槲覀儨y(cè)量的過(guò)程會(huì)改變物質(zhì)本身。這種改變?cè)诤暧^世界中是微不足道的，但在微觀世界卻很明顯。例如，我們要測(cè)量物體的位置，我們可以用顯微鏡；但顯微鏡一定要用光源。當(dāng)光源作用在物體上時(shí)，雖然物體的位置可以看清許多，但是它的速度卻改變了，測(cè)不準(zhǔn)了。
原子物理中的量子力學(xué)發(fā)現(xiàn)：不論用多么精確的實(shí)驗(yàn)儀器，測(cè)量物質(zhì)的位置與速度的誤差，始終大于一個(gè)常數(shù)。也就是說(shuō)，我們永遠(yuǎn)無(wú)法同時(shí)了解物質(zhì)的位置與速度，不是今天不可能，明天不可能，而是永遠(yuǎn)不可能。
在物理學(xué)中，位置與速度是描寫物質(zhì)的最基本性質(zhì)。所以這一“測(cè)不準(zhǔn)原理”是十分令人震驚的。偉大的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦臨死都為此深感痛苦。這一原理從根本上限制了伽利略“實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛄私庾匀唤缫磺小钡男拍?。測(cè)量物質(zhì)的位置與速度是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，但卻不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)回答。
理發(fā)師的數(shù)學(xué)命題物理學(xué)中有這樣的不完備性，數(shù)學(xué)中也有這樣的不完備性。數(shù)學(xué)是建立在一些公理上的。從這些公理出發(fā)，可以推導(dǎo)出許多定理，構(gòu)成數(shù)學(xué)的結(jié)構(gòu)。判斷數(shù)學(xué)的正確不需要實(shí)驗(yàn)，但需要證明數(shù)學(xué)的結(jié)構(gòu)沒(méi)有自相矛盾的定理。數(shù)學(xué)家們相信，任何公理系統(tǒng)的命題，最終能夠被證明是正確還是錯(cuò)誤的。但是，這個(gè)兩千多年來(lái)的信念也是錯(cuò)誤的。在三十年代，數(shù)學(xué)家哥代爾證明，在任何數(shù)學(xué)公理系統(tǒng)中，都存在一些數(shù)學(xué)命題是無(wú)法判斷其正確性的。哥代爾的證明十分深?yuàn)W，但是他的原理可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明：一個(gè)村里有位理發(fā)師，他說(shuō)：“我要給這村里所有自己不理發(fā)的人理發(fā)?！碑?dāng)這句話用于他人時(shí)，有很簡(jiǎn)單的答案，但是用于理發(fā)師自己，卻是矛盾的。如果我們假定理發(fā)師給自己理發(fā)，得出的結(jié)論是：他不應(yīng)該給自己理發(fā)。如果我們假定理發(fā)師不給自己理發(fā)，得出的結(jié)論是：他應(yīng)該給自己理發(fā)。所以理發(fā)師是否要給自己理發(fā)的“命題”是一個(gè)自相矛盾的命題。也許讀者會(huì)覺(jué)得這不過(guò)是一個(gè)文字游戲，這矛盾來(lái)自于人類語(yǔ)言的不精確。但是，令人驚訝的是，在最嚴(yán)格、精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言中也有同樣自相矛盾的問(wèn)題。
以上的兩個(gè)例子說(shuō)明了什么呢？這兩大發(fā)現(xiàn)根本改變了我們的世界觀。
以前我們認(rèn)為科學(xué)的知識(shí)、實(shí)驗(yàn)的手法一直可以無(wú)限地發(fā)展，今日的無(wú)知可以成為明日的可知。果真如此的話，雖然一方面我們可以證明今日的信仰是在科學(xué)之外的，是與今日科學(xué)無(wú)矛盾的；但是，當(dāng)科學(xué)發(fā)展后，今日的信仰會(huì)成為明日的迷信，會(huì)形成信仰與科學(xué)的矛盾，使羅馬教廷與伽利略的悲劇重演。但以上的兩個(gè)例子根本改變了我們對(duì)科學(xué)的觀念。測(cè)不準(zhǔn)原理告訴我們：測(cè)量物質(zhì)的位置與速度，誤差永遠(yuǎn)大于一個(gè)常數(shù)。并非是今日的儀器不夠精確，而是永遠(yuǎn)無(wú)法精確。同樣哥代爾的定理告訴我們：數(shù)學(xué)中一些命題不能證明或證否。
并非是我們今日的數(shù)學(xué)知識(shí)不夠，而是永遠(yuǎn)不可能被證明或證否。這兩個(gè)原理告訴我們，科學(xué)有永恒的局限，有不能在將來(lái)而改變的局限。
局限之外有無(wú)意義？這兩個(gè)原理就是告訴了我們科學(xué)有永恒的局限。由于它們是科學(xué)的原理，它們當(dāng)然不能告訴我們?cè)谶@局限以外是什么。許多科學(xué)家認(rèn)為，這局限之外的問(wèn)題是毫無(wú)意義的。但是人類始終追求高一層次的統(tǒng)一和完備。這兩個(gè)原理本身不能告訴我們這高一層次的原理是什么，但是卻能告訴我們這高一層的原理不但不會(huì)與今日的科學(xué)發(fā)生沖突，也不會(huì)與未來(lái)的科學(xué)發(fā)生沖突，因?yàn)檫@高一層的原理是建筑在科學(xué)永恒的局限之外的。
這高一層的原理是什么？我們可以看到，科學(xué)的成功，是由于主觀與客觀的分離。但是科學(xué)的最大局限，也是由于主觀與客觀的分離。測(cè)不準(zhǔn)原理是由于觀察者（主觀）對(duì)被觀察者（客觀）的影響。同樣當(dāng)理發(fā)師把他的命題用于他人（客觀）時(shí)，并無(wú)矛盾。當(dāng)他把本用于他人（客觀）的命題用于自己（主觀）時(shí)，才發(fā)生矛盾。所以我們可以理解，在科學(xué)的局限之外的，一定是主觀與客觀的統(tǒng)一?？茖W(xué)的發(fā)展，追求統(tǒng)一是最高的目標(biāo)，過(guò)去人們認(rèn)為物質(zhì)與能量是兩個(gè)不同的量，而愛(ài)因斯坦E＝MC2的公式卻把它們統(tǒng)一起來(lái)了。愛(ài)因斯坦終生的夢(mèng)想就是把宇宙所有的作用力統(tǒng)一起來(lái)。所以追求主觀與客觀的統(tǒng)一，雖然不一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，卻是科學(xué)追求統(tǒng)一的理想的延伸。
什么叫做主觀與客觀的統(tǒng)一？當(dāng)然這個(gè)問(wèn)題的答案有一定的主觀性。以下所談，乃是筆者自己的感受。人類的最高追求，莫過(guò)于“真善美”三字?？茖W(xué)可以回答真與否之別，而唯有主觀意念才能判斷善與美。追求這三者的統(tǒng)一，便是追求主觀與客觀的統(tǒng)一。愛(ài)因斯坦E＝MC2這一公式是科學(xué)的真理，是可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)判決的。但是，科學(xué)家們看到能量與物質(zhì)的統(tǒng)一，看到宇宙之宏偉，卻能被這樣一個(gè)簡(jiǎn)潔的公式來(lái)描寫，不禁拍案叫絕，看到這真理之美麗無(wú)窮。這種感覺(jué)是主觀的，是不能用實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)的。但是它卻來(lái)自于科學(xué)，超之于科學(xué)，是主觀與客觀的統(tǒng)一，也是真與美的統(tǒng)一。
如果宇宙是無(wú)序無(wú)主的，很難想像會(huì)有如此簡(jiǎn)單的公式可以描寫宇宙運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。如果宇宙的存在毫無(wú)目的，為什么客觀的真理會(huì)引起如此奇妙的主觀美感?；浇痰氖ソ?jīng)告訴我們：“太初有道，道與神同在，道就是神?！庇钪娴拇嬖谂c運(yùn)動(dòng)的規(guī)律乃是神創(chuàng)世之道，這道既是客觀的真理，又是至美的主觀感受，乃是因?yàn)樯袷钦媾c美的統(tǒng)一，是主觀與客觀的統(tǒng)一，因?yàn)榈谰褪巧瘛?/p>
真帶出美，美帶出愛(ài)，愛(ài)帶出善。神創(chuàng)世之道的簡(jiǎn)潔美麗，包羅萬(wàn)象，使我們深深相信神必愛(ài)他所創(chuàng)之宇宙，所創(chuàng)之人類，也使我們深信，神救世之道，也必像他創(chuàng)世之道一樣的簡(jiǎn)單，一樣的包羅萬(wàn)象，基督教的圣經(jīng)告訴我們，神救世之道乃是“因信稱義”四字。人的得救，并非是靠行為，乃是靠信心，此道何等的簡(jiǎn)單，何等的包羅萬(wàn)象！神愛(ài)世人，要救一切世人，非這樣包羅萬(wàn)象的救世之道不可！因?yàn)樾袨槭怯袝r(shí)代標(biāo)準(zhǔn)的，這標(biāo)準(zhǔn)是非永恒的，非每人所能及的，但是信心的標(biāo)準(zhǔn)是個(gè)人的，是永恒的，是人所能及的?？瓷窬仁乐?，正像神創(chuàng)世之道一樣，簡(jiǎn)單而包羅萬(wàn)象，在創(chuàng)世之道中我們看出真與美的統(tǒng)一，在救世之道中我們看出善與美的統(tǒng)一?？梢?jiàn)求神之道，正是我們所追求的主觀與客觀的高層統(tǒng)一，是真善美的結(jié)合，是科學(xué)追求的自然延伸。
所以我們看到科學(xué)與信仰不但今天沒(méi)有矛盾，將來(lái)也永遠(yuǎn)不會(huì)有矛盾?？茖W(xué)有永恒的局限，永遠(yuǎn)被主觀與客觀的分離而限制。信仰是建筑在這一局限之上的原理，是主觀與客觀的統(tǒng)一。在這高一層的原理中，我們可以看到真善美的統(tǒng)一神創(chuàng)世之道，與他救世之道一樣，簡(jiǎn)潔美麗，包羅萬(wàn)象。追求科學(xué)局限之外的道理，本身并不是科學(xué)，卻來(lái)自于科學(xué)而超之于科學(xué)。作為一個(gè)科學(xué)家，觀宇宙之宏偉，悟神創(chuàng)世之真道，見(jiàn)萬(wàn)象之包羅，念神愛(ài)世之偉心，醒失落之痛楚，謝神救世之至善，其樂(lè)無(wú)窮也！
是的，信仰是超于科學(xué)的選擇，是每個(gè)人主觀的選擇，但這是何等奇妙美麗的選擇！
補(bǔ)充信息：
張首晟簡(jiǎn)介
張首晟祖籍江蘇高郵，出生于上海，1978年考入復(fù)旦大學(xué)。1980年赴德國(guó)柏林自由大學(xué)留學(xué)，1983年獲碩士學(xué)位。后赴美國(guó)紐約州立大學(xué)石溪分校深造，1987年獲博士學(xué)位。畢業(yè)后在加州大學(xué)圣芭芭拉分校從事博士后研究。后前往IBM擔(dān)任高級(jí)研究人員。1993年起任教于斯坦福大學(xué)。1999年被聘為長(zhǎng)江學(xué)者講座教授，任清華大學(xué)高等研究院客座教授。2004年出任IBM－斯坦福自旋電子學(xué)研究中心主任。
他領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)于2006年提出的量子自旋霍爾效應(yīng)被《科學(xué)》評(píng)為2007年“全球十大重要科學(xué)突破”之一。北京時(shí)間2013年3月15日，《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)文，宣布由清華大學(xué)物理系、中科院物理和斯坦福大學(xué)（張首晟）等組成的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上首次發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)。
張首晟1992年獲全球華人物理學(xué)會(huì)杰出青年科學(xué)家獎(jiǎng)，1993年獲IBM研究部杰出創(chuàng)新獎(jiǎng)。由于他在拓?fù)浣^緣體等領(lǐng)域上的杰出貢獻(xiàn)，他先后獲得過(guò)古根海姆基金獎(jiǎng)（2007年）、洪堡研究獎(jiǎng)（2009年）、歐洲物理獎(jiǎng)（2010年）、古登堡研究獎(jiǎng)（2010年）、求是杰出科學(xué)家獎(jiǎng)（2011年）、奧利弗·巴克利凝聚態(tài)物理獎(jiǎng)（2012年）、狄拉克獎(jiǎng)?wù)拢?012年）、基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)“物理學(xué)前沿獎(jiǎng)”（2013年）、湯森路透引文桂冠獎(jiǎng)（2014年）等獎(jiǎng)項(xiàng)。被視為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的有力人選。
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