盡管我們已經(jīng)了解了有關(guān)宇宙的部分知識，也建立起了龐大的物理體系，但仍然存在大量的未解之謎，甚至存在一些連科學(xué)家都無法回答的問題。那么，上帝會是答案嗎？
現(xiàn)實的真相寫在宇宙本身的表面上，可以通過科學(xué)探究的過程來辨別。至少，這是我們做出的假設(shè)，到目前為止，它已經(jīng)取得了很大的成果。但是，這與所有其他科學(xué)思想一樣，總是會被新的觀察和實驗推翻。
關(guān)鍵要點
科學(xué)的過程，通過探究、實驗、觀察和測量，揭示了關(guān)于我們物理宇宙的一些難以理解的細(xì)節(jié)。
然而，盡管我們知道了所有這些，也學(xué)到了所有這些，但仍有一些問題超出了科學(xué)的回答能力。
如果科學(xué)家不能排除這些問題，難道他們不應(yīng)該承認(rèn)“上帝”是這些問題的可能答案嗎？如果不是，是什么讓它成為如此不科學(xué)的方法？
對于無數(shù)代人來說，我們所知道的“科學(xué)探究”是極其有限和原始的，對最大的存在問題給出的答案沒有經(jīng)過審查。通常，給出和接受的答案植根于未經(jīng)證實的斷言和神話。然而，今天，科學(xué)的進(jìn)程為我們提供了對現(xiàn)實本質(zhì)的最佳近似。但是，我們是否通過將我們的觀點局限于科學(xué)告訴我們的東西來欺騙自己？
“為什么天體物理學(xué)家解決不了上帝可能存在的問題？他們有證據(jù)排除嗎？”
第二個問題的答案當(dāng)然是“不”。但是第一個問題卻很復(fù)雜。
F = ma 是一個三維方程這一事實并不總是會導(dǎo)致維度之間出現(xiàn)復(fù)雜情況。在這里，受重力影響的球僅在垂直方向上加速；只要空氣阻力和撞擊地面的能量損失被忽略，它的水平運動就會保持不變。
讓我們回到為解決方案不明顯的問題提出答案的想法。我們可以提出的此類問題的清單實際上是無窮無盡的，其中包括一些我們可以理解的最大問題:
人類從哪里來？
從根本上說，我們是由什么構(gòu)成的？
地球有多大，它來自哪里？
地球和太陽的年齡是一樣的，還是一個比另一個更老？
宇宙中“其他太陽”周圍是否存在“其他地球”？
空間會持續(xù)多遠(yuǎn)：它是無止境的，它會在某個點后結(jié)束，還是會自行循環(huán)？
宇宙是否已經(jīng)存在了永恒，或者它是否有一個時刻，在某個有限的時間之前，從不存在的狀態(tài)中突然出現(xiàn)？
只要人類對圍繞著所有存在的巨大未解之謎保持好奇，我們就可以提出諸如此類的問題。表面上，有許多可能且令人信服的答案，但實際上，我們假設(shè)每個答案都有一個“正確”的答案。
我們看得越遠(yuǎn)，我們看到的大爆炸時間就越近。隨著我們天文臺的改進(jìn)，我們可能會揭示最早的恒星和星系，并找到超越它們的極限。
對剛剛提到的問題提出正確答案是科學(xué)探究與我們可以采用的所有其他方法的區(qū)別。當(dāng)然，我們可以想出各種可能性，編造故事和論據(jù)來支持它們，貶低或貶低他人，并激勵他人以與我們相同的方式相信；自有記載的歷史出現(xiàn)之前，這就是人類幾千年來的運作方式。
但在科學(xué)中，通過探索可能性來解決問題只是一個開始。你是否科學(xué)地研究某件事完全取決于你下一步做什么：具體來說，取決于你是否愿意梳理出一個特定想法的可觀察、可測量的結(jié)果，然后將這些結(jié)果付諸實踐測試。
可測試性的概念，即你允許自然決定一個問題的答案，并有多種可能的結(jié)果，這是科學(xué)與非科學(xué)努力的區(qū)別。
球在加速火箭（左）和地球（右）中落到地板上的相同行為證明了愛因斯坦的等效原理。測量單點加速度表明重力加速度與其他形式的加速度沒有區(qū)別；除非你能以某種方式觀察或獲取有關(guān)外部世界的信息，否則這兩種情況將產(chǎn)生相同的實驗結(jié)果。
例如，如果物體掉落是因為地球引力，那么我們應(yīng)該能夠?qū)⑽矬w帶到我們可以想象的任何位置，放手，然后看著它掉落到地球上。然而，一旦我們離地球足夠遠(yuǎn)——足夠遠(yuǎn)以至于我們星球的引力不再是作用在物體上的主導(dǎo)力我們就會發(fā)現(xiàn)情況不再如此。因此，從科學(xué)的角度來看，我們可以得出結(jié)論，“地球是物體的'自然'家園”并不是對數(shù)據(jù)的有效科學(xué)解釋。通過實驗、觀察和測量，我們可以證偽或推翻一個經(jīng)不起科學(xué)審查的想法。
然而，如果我們推斷物體墜落是因為宇宙中的所有物體只要有質(zhì)量就會對彼此施加一種看不見的、有吸引力的引力，那將使我們走得更遠(yuǎn)。我們可以對不同質(zhì)量的物體進(jìn)行實驗，并測量它們的距離、速度和加速度如何隨時間變化和演變。我們可以將它們放置在不同的相對位置并測量它們之間的力。我們可以進(jìn)行各種調(diào)查，從地球上的地面實驗到在整個宇宙中發(fā)現(xiàn)的各種物體之間的天文觀測。對于幾乎所有的人，你從這個理論中梳理出來的預(yù)測將與你從你的調(diào)查中觀察到和/或測量到的精確匹配。
所有主要行星都以接近圓形的橢圓形圍繞太陽運行，即使是最偏心的行星也只有百分之幾的偏差。任何行星的自轉(zhuǎn)速度與其軌道速度相比都是微不足道的，但行星的軌道速度與太陽系在銀河系中的運動相比也是微不足道的。
這是否意味著我們可以明確地說“物體下落是因為所有大質(zhì)量物體都對彼此施加引力？”
回答是不完全是。科學(xué)是一種非常強大的工具，但它不能讓你在某種絕對意義上斷定一個想法是正確的還是不正確的。相反，當(dāng)您將特定想法應(yīng)用于一組特定的物理條件時，它會告訴您該想法是否有效。所有大質(zhì)量物體相互施加引力的想法是牛頓引力的基石，它是一個非常成功的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域：從落在地球上的物體到太陽系及更遠(yuǎn)地區(qū)天體的運動。
但它的成功并不普遍。在很多情況下，牛頓引力的預(yù)測已被證明是不正確的，并且與觀察結(jié)果不一致。如果牛頓引力準(zhǔn)確無誤，水星的軌道就不會像我們觀察到的那樣進(jìn)動。如果牛頓萬有引力是絕對正確的，那么時鐘在不同的高度不會以不同的速度運行。如果牛頓引力總是正確的，那么沒有質(zhì)量的物體，比如光波，在經(jīng)過其他大質(zhì)量物體附近時就不會“彎曲”。
此圖顯示行星繞太陽軌道的進(jìn)動。極少量的進(jìn)動是由于我們太陽系中的廣義相對論造成的；水星每世紀(jì)進(jìn)動 43 角秒，這是我們所有行星中最大的值。OJ 287 的次級黑洞每軌道進(jìn)動 39 度。
但所有這些事情確實發(fā)生了，甚至更多。水星的軌道確實有進(jìn)動，并且進(jìn)動的量比牛頓引力預(yù)測的要大。不同高度的時鐘確實以不同的速率運行，它們運行速率之間的差異不能僅用狹義相對論和兩個時鐘的相對速度來解釋。天生沒有質(zhì)量的光會因質(zhì)量的存在而彎曲，無論是在太陽系內(nèi)還是在大宇宙尺度上。
為什么？
牛頓引力理論是一個在廣泛應(yīng)用中取得巨大成功的理論，但其預(yù)測與各種實驗之間并不一致，這意味著什么？
從科學(xué)的角度來看，這實際上是一個好消息：這是一個千載難逢的晉升機會。每當(dāng)一種科學(xué)理論——尤其是在這個特定時刻之前一直如此成功的理論——無法做出與觀察或?qū)嶒炏喾念A(yù)測時，這就是一個信號，表明你已經(jīng)達(dá)到了你的理論適用范圍的極限。突然間，你已經(jīng)冒險超出了你的理論的有效性范圍，你需要一個更新、更好、更全面的理論來取代它。
一個遙遠(yuǎn)的背景星系被中間充滿星系的星團(tuán)嚴(yán)重地透鏡化，以至于可以看到三個獨立的背景星系圖像，光傳播時間明顯不同。理論上，引力透鏡可以揭示比沒有這種透鏡時所能看到的星系暗很多倍的星系，但所有引力透鏡只占據(jù)天空中非常狹窄的位置范圍，位于單個質(zhì)量源周圍。
在萬有引力的例子中，有許多相互競爭的想法被提出作為牛頓引力的潛在繼承者。這很好，因為這意味著隨著提出的每一個新想法，都可以從中提取理論預(yù)測，然后我們可以測試和測量將它們付諸實踐的各種現(xiàn)象。
它最終成為愛因斯坦的廣義相對論，它取代了牛頓關(guān)于所有大質(zhì)量物體之間存在普遍引力的想法，認(rèn)為空間和時間本身構(gòu)成了一個結(jié)構(gòu)——時空——不僅存在質(zhì)量，還存在所有類型的能量。此外，所有物體，無論是有質(zhì)量的還是無質(zhì)量的，都將穿過這個彎曲的時空，而時空的曲率將決定物體的運動。
這張照片經(jīng)受住了時間的考驗，通過了我們對它進(jìn)行的每一次觀察和實驗測試，從以阿秒精度測量時間流逝的原子鐘到激發(fā)脈沖星，再到從合并的黑洞中帶走能量的引力波。在每一種可檢驗的方式中，愛因斯坦的理論在引力已被探索的整個范圍內(nèi)仍然有效。
兩個黑洞的吸氣和并合所發(fā)射的引力波的數(shù)值模擬。每個黑洞周圍的彩色輪廓代表引力輻射的幅度；藍(lán)線代表黑洞的軌道，綠色箭頭代表它們的自旋。雙黑洞合并的物理學(xué)與質(zhì)量無關(guān)。
所有科學(xué)理論背后的思想，盡管引力的故事得到了驚人的例證，但都是一樣的。我們可以為現(xiàn)實建立一個模型，但該模型的好壞取決于支持它的科學(xué)測試。只要理論的預(yù)測與我們的實驗/觀察結(jié)果一致，我們就仍然處于理論有效性的范圍內(nèi)。當(dāng)結(jié)果不一致時，我們就超出了有效性范圍，這告訴我們需要一個新的、更高級的理論。
那個新的、優(yōu)越的理論會是什么樣子？
為了取代和取代我們已經(jīng)達(dá)到其有效性極限的理論，一個新理論需要做三件事。
它需要重現(xiàn)舊理論的所有成功；在舊理論給出正確預(yù)測的地方，新理論需要給出至少同樣好的預(yù)測。
它需要解釋以前的理論無法解釋的觀察結(jié)果。它更像是一種事后解釋而不是預(yù)測，但無論觀察結(jié)果阻礙了先前的想法，新理論都需要對其進(jìn)行完美的解釋。
而且最重要的是，它需要做出新穎的、從未測試過的預(yù)測，這些預(yù)測在定量方面與舊理論有所不同。
只有當(dāng)你的新理論能夠清除所有這三個相當(dāng)大的障礙時，它才有希望成為新的科學(xué)共識：作為所有未來科學(xué)研究的“默認(rèn)起點”。
這種圖片生動地觀察時空在質(zhì)量移動時如何響應(yīng)有助于從質(zhì)量上準(zhǔn)確地展示它不僅是一塊織物，而且整個空間本身都因宇宙中物質(zhì)和能量的存在和特性而彎曲。請注意，只有當(dāng)我們不僅包括大質(zhì)量物體的位置，而且還包括該質(zhì)量在整個時間內(nèi)所處的位置時，才能描述時空。物體所在位置的瞬時位置和過去的歷史決定了物體在宇宙中移動時所受的力，這使得廣義相對論的微分方程組比牛頓的更復(fù)雜。
從根本上講，這就是科學(xué)事業(yè)的運作方式，從最小的亞原子粒子到可觀測宇宙中最大的結(jié)構(gòu)。正是出于這個原因，在科學(xué)探究中沒有提出上帝的存在：因為它從根本上與科學(xué)過程對立。
科學(xué)植根于這樣一種觀念，即關(guān)于宇宙的真相——或者至少是我們可以獲得的最接近“真相”的近似值最好通過探索宇宙本身來揭示，并讓我們從調(diào)查中得到的答案引導(dǎo)我們走向我們對現(xiàn)實真實情況的最佳描述的構(gòu)建。
求助于上帝，或者更籠統(tǒng)地說，求助于超自然現(xiàn)象，無異于放棄對我們在宇宙中觀察到的現(xiàn)象的自然解釋。事實上，自然法則似乎如此一致：
從一個時刻到下一個時刻，
從一個地點到另一個地點，
在所有溫度和能量范圍內(nèi)，
并且無論我們?nèi)绾卧O(shè)置我們的實驗，
種種現(xiàn)象向我們表明，這種關(guān)于科學(xué)探究如何運作的假設(shè)在任何情況下都沒有達(dá)到其有效性范圍的盡頭。
在膨脹過程中，量子尺度上時空本身的波動在整個宇宙中被拉伸，導(dǎo)致密度和引力波的缺陷。雖然膨脹空間在很多方面都可以被稱為“無”，但并不是每個人都同意。
當(dāng)你在做天體物理學(xué)時，斷言天體物理學(xué)家不考慮上帝存在的可能性是不正確的。事實上，斷言天體物理學(xué)家不考慮上帝在塑造宇宙中發(fā)揮積極作用的可能性甚至是不正確的。然而，我們在天體物理學(xué)中所做的，就像我們在所有科學(xué)中所做的一樣，是試圖自然地解釋宇宙：通過定律、關(guān)系、相關(guān)性、理論、模型，以及通過將預(yù)測與實驗、測量和觀察進(jìn)行比較。
上帝在文學(xué)作品中沒有被頻繁提及的原因是，當(dāng)涉及到解釋我們可以觀察和測量的東西時，“自然”的解釋已經(jīng)證明自己是完全足夠的。如果我們在我們的實驗設(shè)備或我們的觀察數(shù)據(jù)中找到某種超自然干預(yù)的證據(jù)——這是我們可以量化的，而且它的發(fā)現(xiàn)將是革命性的。
然而，就目前而言，從大爆炸之前到現(xiàn)在，“自然”似乎都能很好地完成這項工作。天體物理學(xué)仍未檢驗上帝存在的問題。然而，所有天體物理學(xué)家，在嘗試自然地解釋宇宙中的每一種物理現(xiàn)象時，都必須認(rèn)識到這些嘗試可能會失敗。但只要它仍然是合理的，甚至是可能的，我們放棄科學(xué)方法就會對自己造成極大的傷害。這就是為什么天體物理學(xué)家不認(rèn)為上帝是我們觀察到的現(xiàn)象的解釋：不是因為這是不可能的，而是因為科學(xué)探究仍然是揭示支配宇宙的物理真理的最成功途徑！
