張首晟
作者簡介︰本文作者來自上海，先在柏林自由大學取得學士及碩士學位（一九
八○∼一九八三），然後在美國紐約州立大學石溪分校（StonyBrook），獲得
博士學位（一九八三∼一九八七）。現任職於美國史丹福大學理論物理專任副
教授。
當代傑出的青年物理學家張首晟，帶領我們進入現代物理學的殿堂︰
一方面與愛因斯坦同聲讚嘆創造的簡潔美麗，
另一方面從「測不準原理」和「哥代爾定理」，
深入瞭解
愛因斯坦的痛苦和遺憾，並解析伽利略的信念為何是錯誤的。
科學實在有永恆的局限，有不能在將來而改變的局限，
科學與信仰不但今天沒有矛盾，將來也永遠不會有矛盾。
人類發展千古至今，科學與信仰的問題一直是一個重大的課題。宗教信仰超
自
然的存在，而科學研究的是自然界的客觀規律。這兩者的關係到底如何，是一
個信徒關心的問題，也是許多科學家朋友走進信仰之門的必經之路。目前的科
學與技術飛速發展，更使我們有必要深思現代科學與信仰問題的關係。
現代科學起始於文藝復興的歐洲。當時發生了一件科學與宗教衝突的重大案子，
每次論科學與信仰的問題時往往會提起這個案子。科學家伽利略通過
許多科學
實驗證明地球的自轉。但是羅馬教皇聲稱地球是宇宙的中心，有永恆不變的地
位。教皇濫用他的權力，加罪於伽利略。但是伽利略在教廷讀完了他的審判之
後，仍然不屈地說道︰「它（地球）依然在轉著。」
四百年後的今天，歷史已毫無疑問地證實了伽利略是正確的。羅馬教廷也正式
向伽利略道歉。但是這一案子引出一個令人深思的問題。教皇加罪於伽利略，
當然很重要的原因是伽利略對教皇個人權威的威脅，但是，任何信仰必然形成
一種世界觀，一種來自於信仰對於自然界的一種觀點。雖然信仰本身是主觀抽
象的，來自於信仰的世界觀，卻與科學研究的問題有共同之處。當時羅馬教廷
的確認為地球是宇宙的中心，形成了與當時科學的衝突。
所以在我們深思科學與信仰的關係時，一定要回答幾個重要的問題︰
什麼是基督教的世界觀？
這世界觀是否與科學知識有衝突，是否與未來的科學知識有衝突？
基督教的世界觀與別的宗教有何不同？
伽利略的對與錯
要了解信仰與現代科學的關係，我們首先要了解現代科學帶來的知識。伽利略
對科學最重大的貢獻，並非是發現地球的自轉，而是奠定了現代科學研究的方
法。伽利略認為一切知識來自於實驗，而不是來自於人主觀的思想。只要有足
夠的時間，有足夠精確的實驗儀器，我們可以測量一切，了解自然界的一切。
伽利略的觀點帶來科學飛速發展。但也深深地帶來一個「信仰危機
」。如果
我們能用實驗手段了解自然界的一切，為什麼我們還需要信仰？
伽利略在地球自轉一事上的確是正確的，但是，他認為實驗能測量自然界的一
切，這項信念已被二十世紀的物理學證明是錯誤的。如果我們要了解一個物體
的位置，我們必須用實驗手段去測量它。但是，測量的過程一定有誤差，使我
們無法了解物體真正的位置。伽利略的觀點認為我們的實驗手段一直會進步，
實驗誤差會越來越小，這樣，我們可以漸漸地逼進物體的真正位置。這一觀點
在宏觀世界中似乎是正確的，但是對原子世界的研究被證明是錯誤的。因為我
們測量的過程會改變物質本身。這種改變在宏觀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。當光源作用在物體上時，雖然物體的位置可以看清許多，但
是它的速度卻改變了，測不準了。
原子物理中的量子力學發現︰不論用多麼精確的實驗儀器，測量物質的位置與
速度的誤差，始終大於一個常數。也就是說，我們永遠無法同時了解物質的位
置與速度，不是今天不可能，明天不可能，而是永遠不可能。
在物理學中，位置與速度是描寫物質的最基本性質。所以這一「測不準原理」
是十分令人震驚的。偉大的物理學家愛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「實驗能夠了解自然界一切」的信念。測量物質的位置
與速度是一個科學問題，但卻不能通過實驗來回答。
理髮師的數學命題
物理學中有這樣的不完備性，數學中也有這樣的不完備性。數學是建立在一些
公理上的。從這些公理出發，可以推導出許多定理，構成數學的結構。判斷數
學的正確不需要實驗，但需要證明數學的結構沒有自相矛盾的定理。數學家們
相信，任何公理系統的命題，最終能夠被證明是正確還是錯誤的。但是，這個
兩千多年來的信念也是錯誤的。在三十年代，數學家哥代爾證明，在任何數學
公理系統中，都存在一些數學命題是無法判斷其正確性的。哥代爾的證明十分
深奧，但是他的原理可以用一個簡單的例子來說明︰一個村裏有位理髮師，他
說︰「我要給這村裏所有自己不理髮的人理髮。」當這句話用於他人時，有很
簡單的答案，但是用於理髮師自己，卻是矛盾的。如果我們假定理髮師給自己
理髮，得出的結論是︰他不應該給自己理髮。如果我們假定理髮師不給自己理
髮，得出的結論是︰他應該給自己理髮。所以理髮師是否要給自己理髮的「命
題」是一個自相矛盾的命題。也許讀者會覺得這不過是一個文字遊戲，這矛盾
來自於人類語言的不精確。但是，令人驚訝的是，在最嚴格、精確的數學語言
中也有同樣自相矛盾的問題。
以上的兩個例子說明了什麼呢？這兩大發現根本改變了我們的世界觀。
以前我們認為科學的知識、實驗的手法一直可以無限地發展，今日的無知可以
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
學之外的，是與今日科學無矛盾的；但是，當科學發展後，今日的信仰會成為
明日的迷信，會形成信仰與科學的矛盾，使羅馬教廷與伽利略的悲劇重演。但
以上的兩個例子根本改變了我們對科學的觀念。測不準原理告訴我們︰測量物
質的位置與速度，誤差永遠大於一個常數。並非是今日的儀器不夠精確，而是
永遠無法精確。同樣哥代爾的定理告訴我們︰數學中一些命題不能證明或證否。
並非是我們今日的數學知識不夠，而是永遠不可能被證明或證否。這兩個原理
告訴我們，科學有永恆的局限，有不能在將來而改變的局限。
局限之外有無意義？
這兩個原理就是告訴了我們科學有永恆的局限。由於它們是科學的原理，它們
當然不能告訴我們在這局限以外是什麼。許多科學家認為，這局限之外的問題
是毫無意義的。但是人類始終追求高一層次的統一和完備。這兩個原理本身不
能告訴我們這高一層次的原理是什麼，但是卻能告訴我們這高一層的原理不但
不會與今日的科學發生衝突，也不會與未來的科學發生衝突，因為這高一層的
原理建築在科學永恆的局限之外的。
這高一層的原理是什麼？我們可以看到，科學的成功，是由於主觀與客觀的分
離。但是科學的最大局限，也是由於主觀與客觀的分離。測不準原理是由於觀
察者（主觀）對被觀察者（客觀）的影響。同樣當理髮師把他的命題用於他人
（客觀）時，並無矛盾。當他把本用於他人（客觀）的命題用於自己（主觀）
時，才發生矛盾。所以我們可以理解，在科學的局限之外的，一定是主觀與客
觀的統一。科學的發展，追求統一是最高的目標，過去人們認為物質與能量是
兩個不同的量，而愛因斯坦E＝MC2的公式卻把它們統一起來了。愛因斯坦終
生的夢想就是把宇宙所有的作用力統一起來。所以追求主觀與客觀的統一，雖
然不一個科學問題，卻是科學追求統一的理想的延伸。
什麼叫做主觀與客觀的統一？當然這個問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，莫過於「真善美」三字。科學可以
回答真與否之別，而唯有主觀意念才能判斷善與美。追求這三者的統一，便是
追求主觀與客觀的統一。愛因斯坦E＝MC2這一公式是科學的真理，是可以用
實驗來判決的。但是，科學家們看到能量與物質的統一，看到宇宙之宏偉，卻
能被這樣一個簡潔的公式來描寫，不禁拍案叫絕，看到這真理之美麗無窮。這
種感覺是主觀的，是不能用實驗來證實的。但是它卻來自於科學，超之於科學，
是主觀與客觀的統一，也是真與美的統一。
真善美的統一
如果宇宙是無序無主的，很難想像會有如此簡單的公式可以描寫宇宙運動的規
律。如果宇宙的存在毫無目的，為什麼客觀的真理會引起如此奇妙的主觀美感
。基督教的聖經告訴我們︰「太初有道，道與神同在，道就是神。」宇宙的存
在與運動的規律乃是神創世之道，這道既是客觀的真理，又是至美的主觀感受
，乃是因為神是真與美的統一，是主觀與客觀的統一，因為道就是神。
真帶出美，美帶出愛，愛帶出善。神創世之道的簡潔美麗，包羅萬象，使我們
深深相信神必愛他所創之宇宙，所創之人類，也使我們深信，神救世之道，也
必像祂創世之道一樣的簡單，一樣的包羅萬象，基督教的聖經告訴我們，神救
世之道乃是「因信稱義」四字。人的得救，並非是靠行為，乃是靠信心，此道
何等的簡單，何等的包羅萬象﹗神愛世人，要救一切世人，非這樣包羅萬象的
救世之道不可﹗因為行為是有時代標準的，這標準是非永恆的，非每人所能及
的，但是信心的標準是個人的，是永恆的，是人所能及的。看神救世之道，正
像神創世之道一樣，簡單而包羅萬象，在創世之道中我們看出真與美的統一，
在救世之道中我們看出善與美的統一。可見求神之道，正是我們所追求的主觀
與客觀的高層統一，是真善美的結合，是科學追求的自然延伸。
所以我們看到科學與信仰不但今天沒有矛盾，將來也永遠不會有矛盾。科學有
永恆的局限，永遠被主觀與客觀的分離而限制。信仰是建築在這一局限之上的
原理，是主觀與客觀的統一。在這高一層的原理中，我們可以看到真善美的統
一神創世之道，與他救世之道一樣，簡潔美麗，包羅萬象。追求科學局限之外
的道理，本身並不是科學，卻來自於科學而超之於科學。作為一個科學家，觀
宇宙之宏偉，悟神創世之真道，見萬象之包羅，念神愛世之偉心，醒失落之痛
楚，謝神救世之至善，其樂無窮也﹗
是的，信仰是超於科學的選擇，是每個人主觀的選擇，但這是何等奇妙美麗的
選擇﹗