2018年的諾貝爾物理獎于10月2日揭曉。美國科學家阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)、法國科學家熱拉爾·穆魯(Gérard Mourou)和加拿大科學家唐娜·斯特里克蘭(Donna Strickland)因為在激光物理學領域做出的杰出貢獻而獲獎。

阿什金今年96歲，成為年齡最大的諾獎得主。他發明了光學鑷子(Optical Tweezers)。這種鑷子可以用來操縱極微小的顆粒，比如抓住一個病毒分子而不破壞它。諾貝爾物理獎評獎委員會稱光學鑷子為觀察和操縱生命這臺“機器”創造了全新的機會。斯特里克蘭是諾獎有史以來第3位物理獎女性得主。穆魯和斯特里克蘭發明了一種叫做啁啾脈沖放大(Chirped Pulse Amplification)的技術。這種技術可以用來產生高強度(將激光的強度提高100萬倍甚至10億倍)超短時的激光。這種技術在精密機械制造和眼科手術等領域有著廣泛的應用。

湯斯教授：科學與信仰并不沖突

眾所周知，激光是科學史上一項極為重要的技術，它的發明深遠地影響著現代人的生活。但鮮為人知的是，激光的發明者之一查爾斯·湯斯(Charles Townes)是一位基督徒科學家，他在科學和信仰的關系上有著非常獨特和深入的思考。

大約半個世紀之前，3位科學家因為提出了激光原理而被授予1964年的諾貝爾物理獎，他們分別是美國科學家查爾斯·湯斯(Charles Townes)、蘇聯科學家尼古拉·巴索夫(Nicolay Basov) 和亞歷山大·普羅霍羅夫(Aleksandr Prokhorov)。其中美國科學家湯斯獲得了一半的獎金。

湯斯1915年出生于美國南卡羅來納州，24歲獲加州理工大學物理學博士，曾擔任過哥倫比亞大學物理系系主任、麻省理工學院教務長和加州大學伯克利分校物理學教授等職位。湯斯教授是一位虔誠的基督徒。他在伯克利的同事曾評價他是上世紀最重要的實驗物理學家之一，他的長處在于他的好奇心和基于基督信仰的不可動搖的樂觀。

很多人認為科學和信仰是不兼容的。隨著科學在宏觀領域和微觀領域的種種突破，信仰更是好像變的可有可無。讓我們來看看諾貝爾物理獎得主湯斯教授是如何理解科學和信仰的關系這個問題的。

湯斯教授認為科學和信仰非但不沖突，而且非常相似。科學試圖研究宇宙的秩序和結構，信仰試圖研究宇宙的目的和意義。理解宇宙的秩序和理解宇宙的目的這兩件事是不等同的，但它們也相差不遠。湯斯教授認為科學和信仰的區別大部分是表面上的，如果我們看它們真正的屬性，這兩者會變得幾乎不可區分(almost indistinguishable)。

▲查爾斯·湯斯和他的研究成果

科學和信仰有哪些相似之處?

湯斯教授主要從以下幾點談到了科學和信仰的相似之處。

科學和信仰都需要信心(Faith)。簡單地說，信心是人對不完全理解或不能證明的事物的一種認定。一般人認為信心只存在于信仰的領域，其實科學也需要信心。科學的發展是建立在我們對宇宙的一種理念的基礎上，即宇宙是由一系列可靠的定律所支配，而且這些定律可以通過人的探索被發現。如果宇宙是無秩序無邏輯的，那科學根本無從談起。很多科學家正是基于這種信心，才會數十年如一日地研究一個問題直至有所突破。

著名英國詩人約翰·濟慈說過：美就是真，真就是美(Beauty is truth, and truth beauty.)。很多偉大的科學家懷有一種對“宇宙規律應該是美的”的強烈信心。海森堡曾經說過：如果大自然讓我們通過科學分析發現了一些既簡單又美麗的數學公式，我們的審美體驗會使我們不可抑制地認為這些公式“必須”是真的，它們“必須”真實地反映了這個世界的某種性質。

在科學里有很多仍未解決的問題，例如物理中著名的量子糾纏問題，兩個粒子可以以超光速的速度影響對方，這在當前物理學的框架下無法做出滿意的解釋。但這并不影響我們對科學的信心，這只是提醒我們人類對宇宙的認識還非常有限。同樣，在信仰里也有很多仍未解決的問題，例如至今我們對“慈愛的神為什么允許這世界上有如此多的苦難?”這個問題還沒有一個令人完全滿意的答案，但這并不影響很多人對神的信心。

科學和信仰都包含非邏輯和不確定。一般人認為科學是純粹講究邏輯和實證的，而信仰才是感性的和非邏輯的。但數學家哥德爾證明了完全邏輯自洽的體系是不存在的，在任何一個邏輯體系里都必然存在不可被證實也不可被證偽的命題。換句話說，邏輯和不確定是“打包出售”的，人們必須同時接受兩者。非邏輯和不確定也存在于物理學領域。19世紀的數學家拉普拉斯曾自信地說，“給我足夠的計算能力和宇宙中每一個粒子的位置和速度，我就能算出整個未來。”但20世紀量子力學的發展和海森堡測不準原理的發現證明拉普拉斯的自信，和阿基米德想要撬動地球的自信一樣，是沒有根據的。

很多研究科學的人和追求信仰的人都有啟示性的體驗。圣經中記載很多基督徒有從上帝而來的啟示性的經驗，很多科學家在做出科學發現的時候，也有類似的啟示性的經驗。例如化學家凱庫勒在夢中發現了苯環的結構，這和圣經中記載神在夢中啟示約瑟很相似。

湯斯教授也描述了他本人在發明激光時的一次啟示性的體驗。有一次湯斯教授去華盛頓特區開會，早上獨自到旅館周圍的一個小公園呼吸新鮮空氣，同時在苦思冥想關于生成激光的一個最關鍵的難題。突然一個“啟示”出現了，他在思想中看到了答案，便趕快用紙筆把一些數字記下來，這些重要的數字成為他發明激光的理論基礎。后來他才知道這個小公園旁邊的一座樓是電話的發明者亞歷山大·貝爾當年工作的地方。貝爾曾經非常努力地研究如何用光來實現通信，但沒有成功。幾十年以后，湯斯教授在同一個地方的經歷導致了激光的發明，從而解決了貝爾當年未能解決的難題。

希望這篇短文可以幫助大家對科學和信仰的關系有更深入地認識。

注：文中的觀點和事實部分出自于湯斯教授的兩篇文章：《科學與信仰的匯合》(The Convergence of Science and Religion)和《在科學與信仰的邏輯和不確定》(Logic and Uncertainties in Science and Religion)。