道家之“道”與粒子物理學(xué)

http://www.　 2010年12月29日 12:05:30 新疆哲學(xué)社會(huì)科學(xué)網(wǎng)

    道家思想源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，內(nèi)容豐博,。其闡宇宙之奧妙,，明人生之指歸，包羅宏廣,，蔚為大觀,，決非中外哲人、百家學(xué)者所能發(fā)掘無余,。道家之“道”和當(dāng)代亞核粒子學(xué)說正發(fā)生著千絲萬縷的聯(lián)系,，充分而深刻地展示了物理學(xué)的又一個(gè)前沿尖端知識(shí)成果對(duì)于老子哲學(xué)的回歸,，即把變化看成是自然界最本質(zhì)的的東西,。

    一、“道生物”與基本粒子的轉(zhuǎn)化

    老子“道生物”的“道”是“自本自根”的實(shí)存性本體,，是宇宙的本原,，即天地萬物最初由“其中有物，其中有精，其中有信”的“道”所生成,。在“道生物”的過程中,，老子強(qiáng)調(diào)變化是“產(chǎn)生”和“消滅”或者“轉(zhuǎn)化”。天地萬物皆“負(fù)陰而抱陽(yáng)”,。由相反相成的對(duì)立面(陰陽(yáng))構(gòu)成,，即“陰陽(yáng)對(duì)立”、“陰陽(yáng)互根”,。不僅如此,，陰陽(yáng)兩個(gè)方面還在對(duì)立運(yùn)動(dòng)中不斷地互相消長(zhǎng)，相互轉(zhuǎn)化,，也就是“陰陽(yáng)合一”,，“陰陽(yáng)消長(zhǎng)”?？芍^是“約而能張,，幽而能明,，弱而能強(qiáng)，柔而能剛,，橫四維而含陰陽(yáng),，紘宇宙而章三光”[1]1-53，“有二神混生,，經(jīng)天營(yíng)地,。孔乎莫知其終極,，滔乎莫知其所止息,。于是乃別為陰陽(yáng)，離為八極,。剛?cè)嵯喑?，萬物乃形。……故曰一生二,，二生三,，三生萬物，萬物背陰而抱陽(yáng),，沖氣以為和”[2]301-337,。

    古代道家這種“生成論”宇宙觀與古希臘德謨克利特在原子論中所倡導(dǎo)的“構(gòu)成論”宇宙觀不同。因?yàn)楣畔ＥD的原子論主張變化是不變的要素之結(jié)合的形式的不同,。

    雖然構(gòu)成論宇宙觀經(jīng)由德謨克利特的原子論在近代科學(xué)中的復(fù)活而深遠(yuǎn)地影響著科學(xué)思維,，成為西歐自然哲學(xué)的基礎(chǔ),。通過近代原子論，構(gòu)成論的方法論原則在自然學(xué)科中曾結(jié)出了累累碩果,。但是,，隨著物理學(xué)的前沿向著微觀領(lǐng)域的延伸，構(gòu)成論的宇宙觀受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn),。當(dāng)代粒子物理學(xué)所面臨的本質(zhì)困難就在于：由一組有限的物質(zhì)“基本組元”所構(gòu)成的復(fù)合“物體”的經(jīng)典概念對(duì)于亞核粒子是不適用的,。

    高能物理實(shí)驗(yàn)表明：在能量足夠大的條件下，相互碰撞的基本粒子能夠發(fā)生分解,，然而這樣所得到的部分決不是比原來粒子“更小的部分”,。例如下式：

    表示的是兩個(gè)質(zhì)子通過高速撞擊后，所分裂成的許多不同的碎片,，這些碎片都是由碰撞質(zhì)子的動(dòng)能和質(zhì)量所產(chǎn)生的完整強(qiáng)子,，并且質(zhì)子分裂成它的“組成部分”不是確定的，隨強(qiáng)相互作用過程中質(zhì)子碰撞能量的強(qiáng)弱而異,。此外撞擊后生成的三組強(qiáng)子的總質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相互碰撞的兩個(gè)質(zhì)子的總質(zhì)量,。因?yàn)榘凑諓垡蛩固沟南鄬?duì)論，在兩個(gè)質(zhì)子的相互撞擊中,，能量的模式被互解并重新組合,。因而關(guān)于復(fù)合物體及其組成部分的概念不再適用于亞核粒子領(lǐng)域。關(guān)于亞核粒子的“結(jié)構(gòu)”只能在動(dòng)態(tài)意義上,，用過程和相互作用的術(shù)語(yǔ)來描述,。

    對(duì)于上述高能物理學(xué)中基本粒子的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化，猶如“龍生鳳,，鳳生龍”一樣,，是構(gòu)成論宇宙觀所無能為力的，因?yàn)樗鼜?qiáng)調(diào)變化是恒定要素的結(jié)合形式的不同,。在構(gòu)成論者看來,，龍只能生龍，鳳只能生鳳,。但卻能為道家所倡導(dǎo)的生成論宇宙觀所理解并得到圓滿的解釋,。因?yàn)榈兰以诟爬?span lang="EN-US">“道生物”時(shí)，在指出了萬物的陰陽(yáng)兩個(gè)方面相互依存,，互相對(duì)立的同時(shí),，著重強(qiáng)調(diào)了“陰陽(yáng)合一”、“陰陽(yáng)消長(zhǎng)”和“陰陽(yáng)轉(zhuǎn)化”,。這個(gè)道理,，可以簡(jiǎn)單地歸為“相生相尅”,。在道家眼里,，龍鳳可互生,，基本粒子能夠相互轉(zhuǎn)化。

    二,、陰陽(yáng)相感與費(fèi)曼圖

    道家學(xué)術(shù)流派的主要代表人物,，明末清初偉大的唯物主義思想家王夫之(1619-1692)，繼承了道家以氣解道,、道氣相通的觀點(diǎn),，并發(fā)展了“元?dú)庹?span lang="EN-US">”。在他所創(chuàng)立的“太虛即氣”的學(xué)說中,，提出的“陰陽(yáng)相感而動(dòng)”的精辟見解，恰恰切中了當(dāng)今費(fèi)曼圖所描述的粒子間相互作用的動(dòng)態(tài)模式——虛實(shí)有異產(chǎn)生交感,。

    量子場(chǎng)論已經(jīng)表明，一切相互作用都是通過交換粒子來實(shí)現(xiàn)的,。在電磁相互作用中,，光子作為電磁場(chǎng)的量子，是作用的媒介,；在強(qiáng)相互作用中，核子間交換的是質(zhì)量大約等于電子質(zhì)量的200倍的玻色子,，即π介子；弱相互作用也是通過一種中間矢量玻色子來傳遞的,，盡管這還只是停留在理論上的推測(cè)階段,，但最終將證實(shí)中間矢量玻色子的存在。

    為了描述粒子間的相互作用,，美國(guó)理論物理學(xué)家里查德·費(fèi)曼借助一種“時(shí)空?qǐng)D”來描述,，每一個(gè)圖都與一種數(shù)學(xué)表示之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，人們可以用它來計(jì)算相應(yīng)反應(yīng)過程的概率,。我們稱之為費(fèi)曼圖,。它是粒子物理學(xué)中簡(jiǎn)化計(jì)算、揭示問題本質(zhì)的有力工具,，它能使最抽象的微觀過程直觀化,。費(fèi)曼理論的顯著特點(diǎn)是粒子的產(chǎn)生和消失。這種過程與相對(duì)論是完全符合的,。因?yàn)橄鄬?duì)論把粒子看成含有確定能量的動(dòng)態(tài)模式,，在形成新的模式時(shí),，能量將重新分配。

    圖1表示的是核子發(fā)射光子的費(fèi)曼圖,。其意是原來一個(gè)處于激發(fā)態(tài)的核子,，后來通過電磁作用，放出一個(gè)光子,，而自己變成基態(tài)核子,。圖中由下而上的方向代表時(shí)間流逝的方向，每一個(gè)粒子都用一根帶箭頭的直線(實(shí)線或虛線,，也可以是曲線)來表示,，箭頭向上的代表正常粒子(如箭頭向下則代表反粒子)，涂有陰影的部分表示的是相互作用的區(qū)間,。

    圖1　 核子發(fā)射光子的費(fèi)曼圖

    現(xiàn)僅以兩個(gè)電子之間交換虛光子而實(shí)現(xiàn)電磁作用為例,，應(yīng)用“費(fèi)曼圖”的語(yǔ)言，作一剖析,。

    圖2表明,，一個(gè)電子(e-)放出一個(gè)虛光子(γ)，然后這個(gè)虛光子被另一個(gè)電子所吸收,，于是這兩個(gè)電子之間就實(shí)現(xiàn)了電磁相互作用,。由于這種交換光子的過程本身是不可觀察的“虛過程”，因而它并沒有違反能量守恒定律,，在這種“虛過程”中交換的“虛”光子,，它本身也是不可觀察到的。按照量子電動(dòng)力學(xué)的解釋,，每個(gè)帶電粒子的周圍都有一層由它自己不斷發(fā)射,，又不斷回收的虛光子云，一直延伸到無窮遠(yuǎn),。當(dāng)其中某個(gè)虛光子被其它粒子所吸收時(shí),，就實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)粒子之間的電磁相互作用。

    圖2　　電子——電子的散射

    當(dāng)然,，運(yùn)用“費(fèi)曼圖”語(yǔ)言,，我們可對(duì)兩個(gè)核子之間交換虛π介子而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)作用、兩個(gè)弱荷為g的粒子之間交換“中間玻色子”而實(shí)現(xiàn)弱作用的過程作相類似的分析和推測(cè),。

    所以,，在量子場(chǎng)論中，一切相互作用都是通過交換粒子(粒子的產(chǎn)生和湮滅)來實(shí)現(xiàn)的,，作用越強(qiáng),，交換過程產(chǎn)生的概率越大，虛粒子的產(chǎn)生和湮滅也越頻繁,，并且虛粒子的產(chǎn)生和湮滅并不僅限于相互作用,，一個(gè)單獨(dú)的粒子可以發(fā)射一個(gè)虛粒子,，隨后又很快地吸收它；甚至在某些特殊的條件下,，虛介子也可轉(zhuǎn)化成實(shí)介子,。

    總之，在量子場(chǎng)論中,，粒子間所謂的力表現(xiàn)為粒子的內(nèi)在特性,。力和物質(zhì)這兩個(gè)在希臘原子論和牛頓原子論中截然不同的概念,，都被歸結(jié)為我們所謂之的粒子的動(dòng)態(tài)模式,。

    耐人尋味的是，費(fèi)曼圖所描述的粒子間的相互作用,，將力和物質(zhì)均歸結(jié)為粒子所固有的動(dòng)態(tài)模式,，和王夫之所建立和發(fā)展的“元?dú)獗驹?span lang="EN-US">”思想是何等的相吻合。

    元?dú)庹撜邔饪醋魇菢?gòu)成宇宙萬物的本原,；氣的變化運(yùn)動(dòng)規(guī)律是陰陽(yáng)分合,，“精”“形”交變。在王夫之“太虛即氣”的學(xué)說中,，就包含著氣只有聚散,、并無生滅，以及運(yùn)動(dòng)守恒,、運(yùn)動(dòng)不滅和相互轉(zhuǎn)化的思想,。在王夫之看來，世界是物質(zhì)的,，而物質(zhì)是永恒運(yùn)動(dòng)著的,。他指出：“虛空即氣，氣則動(dòng)者也”[3]99-108,；“一氣之中,，二端既肇，摩之蕩之,，而變化無窮”,；“陰陽(yáng)二殊，故以異而相感”,；“聚而成形,，散而歸之太虛”而“不曰生滅”[4]。對(duì)于相感而動(dòng),，王夫之還進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)說：“蓋陰陽(yáng)者氣之二體,，動(dòng)靜者氣之二幾，體同而用異則相感而動(dòng),，動(dòng)而成像則靜”[4],。他這里所說的“感”就是指矛盾對(duì)立面的相互作用,，正是這種相互作用構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)。由于太虛元?dú)獗倔w包含了固有的陰陽(yáng)兩個(gè)對(duì)立面,，而陰陽(yáng)兩個(gè)對(duì)立面有異,，有異就產(chǎn)生交感，從而引起元?dú)獗倔w的無窮的永恒的運(yùn)動(dòng)變化,，其中氣凝聚而為有形的萬物,，萬物散而為氣又復(fù)歸于無形的太虛。這里王夫之所描述的這副栩栩如生的動(dòng)態(tài)圖景,，與上述用“費(fèi)曼圖”語(yǔ)言所示的兩個(gè)實(shí)粒子之間通過交換虛粒子而實(shí)現(xiàn)電磁作用或強(qiáng)作用,，以及一個(gè)單獨(dú)實(shí)粒子發(fā)射并快速吸收虛粒子的動(dòng)態(tài)模式，相似乃爾,！貌似不同的是：前者陰陽(yáng)有異相感而動(dòng),，后者虛實(shí)有別交感而動(dòng)，前者“精”“形”交變,，后者“虛”“實(shí)”互變,；前者符合王夫之“天地本無起滅”[4]85-99的物質(zhì)不滅的思想，后者嚴(yán)格遵守能量守恒定律,。

    即使沒有核子,，也無任何其他相互作用的粒子，虛粒子也能從虛空中自行產(chǎn)生,，然后又消失在虛空中,。例如一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)反質(zhì)子和一個(gè)π介子——從無而生又消失于真空之中(圖3),。這樣的物理事件在量子場(chǎng)中隨時(shí)都在發(fā)生,。量子場(chǎng)論再一次表明：真空不空，它包含著無數(shù)的粒子,，它們不停地在產(chǎn)生和湮滅,，因此，真空是“有生命的空”,，是無休止的以產(chǎn)生和湮滅為其節(jié)奏和韻律的“空”,。許多物理學(xué)家都把發(fā)現(xiàn)真空的動(dòng)態(tài)性質(zhì)看成是現(xiàn)代物理學(xué)最重大的發(fā)現(xiàn)之一。而中國(guó)古代道范疇理論的集大成者王夫之,，則以他的“虛空者,，氣之量”、“一動(dòng)一靜,、一聚一散”[4],，生動(dòng)逼真地描繪了真空的動(dòng)態(tài)性質(zhì)。

    圖3　真空?qǐng)D

    三、八卦圖與重子(介子)八重圖

    在亞核粒子學(xué)說中,，物理學(xué)家推廣了關(guān)于對(duì)稱性的一般概念,，除了反射和旋轉(zhuǎn)之外，對(duì)稱性和許多其他運(yùn)算有關(guān),。這些運(yùn)算不僅可以在普通的空間里完成,。而且還可以在抽象的數(shù)學(xué)空間里完成。所謂對(duì)稱,，用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言來說就是,，若某一現(xiàn)象(或系統(tǒng))在某一變換下不改變，則該現(xiàn)象(或系統(tǒng))具有該變換所對(duì)應(yīng)的對(duì)稱性,。那些和對(duì)稱性息息相關(guān)的其他多種運(yùn)算,，不但適用于粒子、粒子組,，而且因?yàn)榱Ｗ拥男再|(zhì)是不可分割地與它們相互之間的反應(yīng)聯(lián)系在一起的,，因此對(duì)稱性也適合于它們的相互作用,，即與這些粒子有關(guān)的過程相聯(lián)系,。這些對(duì)稱運(yùn)算之所以有用，是因?yàn)楦鶕?jù)內(nèi)特爾定理——如果運(yùn)動(dòng)規(guī)律在某變換下具有不變性,，必然相應(yīng)存在一個(gè)守恒定律,。因此，它們與“守恒定律”緊密地聯(lián)系在一起,，每一個(gè)過程都與一組守恒衡量有關(guān),，粒子的對(duì)稱性質(zhì)表現(xiàn)為它們反應(yīng)中的守恒律。

    在所有的過程中,，亞核粒子似乎都遵守動(dòng)量守恒,、能量守恒、旋轉(zhuǎn)量守恒,，電荷守恒四個(gè)基本的守恒定律,，此外，還有其它一些守恒定律,。相應(yīng)的運(yùn)算盡管也是在抽象的數(shù)學(xué)空間里進(jìn)行,，但其中有些對(duì)于我們所知道的所有反應(yīng)都成立，另外一些只對(duì)某些反應(yīng)才成立,。這樣就可以把相應(yīng)的守恒量看成是粒子所帶的“抽象荷載”,。因?yàn)樗鼈兛偸侨≌麛?shù)值或者“半整數(shù)”值，也可將它們稱為量子數(shù),，這頗類似于原子物理學(xué)中標(biāo)志電子態(tài)的五個(gè)量子數(shù),。因此，每個(gè)粒子的特性可以用一組量子數(shù)來表示,，再加上質(zhì)量,，就完整地描述了它們的性質(zhì),。

    按照相同的方法，我們還可以將八個(gè)介子排列成同樣高度有序的對(duì)稱圖式,，稱之為介子八重圖,。

    古代中國(guó)《周易》中的八卦圖則是由六道陰爻或陽(yáng)爻組成的卦象。陽(yáng)爻用連續(xù)的一道(——)表示,，陰雙用斷裂的符號(hào)(— —)表示,。三道爻的八種不同組合就表示八卦。其中陰陽(yáng)爻互錯(cuò)配成四對(duì)：乾與坤,、兌與艮,、離與坎、震與巽(圖五),。這種按照互錯(cuò)兩卦處于相對(duì)位置的原則而排列的八卦,，則代表了宇宙和人的各種情況。它們的名稱反映了所代表的基本性質(zhì),，它們與自然界及社會(huì)生活中的許多現(xiàn)象緊密地聯(lián)系在一起,。如它們可以代表天、地,、雷,、風(fēng)、火,、山,、澤，還和方位以及一年的季節(jié)息息相關(guān),，等等,。總之,，八卦圖是人對(duì)自然規(guī)律認(rèn)識(shí)總結(jié)的高度意象化形式,。所以《周易·系辭》曰：“是故剛?cè)嵯嗄Γ素韵啾U,，鼓之以雷霆,，潤(rùn)之風(fēng)雨。日月運(yùn)行,，一寒一暑”,，“富有之謂大業(yè)，日新之謂盛德,，生生之謂易”,。

    圖5　八卦圖

    在圖5中可以看出，凡是相對(duì)的卦圖都是把陰爻與陽(yáng)爻對(duì)換一下，因此這種排列顯示出高度有序的對(duì)稱性,。這與重子(或介子)八重圖大致相仿,。更重要的是，圖五還充分表示了《周易》的太極原理-負(fù)陰抱陽(yáng),，陽(yáng)奇陰偶,。這是由于八卦圖還用“——”代表陽(yáng)(奇)，用“— —”代表陰(偶),。無獨(dú)必有偶,，有偶必有奇，有強(qiáng)便有弱,，有盛便有衰,，陰陽(yáng)消長(zhǎng)，變化無窮,；陽(yáng)盛則陰衰,，陰盛則陽(yáng)衰。古代中國(guó)這種把變化看成是自然最本質(zhì)的東西,，其自然觀的核心思想是變易,，恰恰與現(xiàn)代粒子物理學(xué)相通。而這正是八卦圖與重子(或介子)八重圖相仿的第一位重要的東西,。因?yàn)橹刈?span lang="EN-US">(或介子)八重圖,，實(shí)質(zhì)上是我們根據(jù)粒子的量子數(shù)、守恒定律或?qū)ΨQ性對(duì)粒子所作出的科學(xué)分類,，他們不僅能夠反映粒子之間的表面上的聯(lián)系，而且還在一定程度上揭示出粒子的內(nèi)在性質(zhì)(內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動(dòng))以及粒子之間的內(nèi)在聯(lián)系,，這是一種唯象的分析方法,，它強(qiáng)調(diào)的是亞核粒子的內(nèi)在性質(zhì)及粒子間相互作用的本質(zhì)，即注重于用動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)來剖析微觀世界的內(nèi)部的變化,。

    本文無意考證道家學(xué)說直接影響了現(xiàn)代粒子物理學(xué),。因?yàn)樗鼈冎g并不存在著任何“血緣關(guān)系”，也不可能互相取代,。但是,，兩者確實(shí)存在著如上所描述的某些方面的可以比較之處。這樣我們完全有理由將中國(guó)古代哲學(xué)匯入當(dāng)代科學(xué)之潮流中,，并從中吸取其智慧與啟示,。在為科學(xué)推波助瀾的同時(shí)，發(fā)掘神州瑰寶,，弘揚(yáng)華夏文化,。

    【參考文獻(xiàn)】

    [1]陳廣忠注譯.淮南子·原道訓(xùn)[M]//南子譯注.長(zhǎng)春：吉林文史出版社，1990.

    [2]陳廣忠注譯.淮南子·精神訓(xùn)[M]//淮南子譯注.長(zhǎng)春：吉林文史出版社，1990.

    [3][宋]張載撰,，[清]王夫之注,，湯勤福導(dǎo)讀.張子正蒙注·參兩篇[M]//張子正蒙.上海：上海古籍出版社，2000.

    [4][宋]張載撰,，[清]王夫之注,，湯勤福導(dǎo)讀.張子正蒙注·太和篇[M]//張子正蒙.上海：上海古籍出版社，2000.

    【原文出處】《南通大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版》2010年1期

    【作者簡(jiǎn)介】程民治(1945-),，男,，安徽績(jī)溪人，巢湖學(xué)院物理系教授