http://www.xjass.com 2010年12月29日 12:05:30 新疆哲學社會科學網(wǎng)
道家思想源遠流長，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、百家學者所能發(fā)掘無余。道家之“道”和當代亞核粒子學說正發(fā)生著千絲萬縷的聯(lián)系，充分而深刻地展示了物理學的又一個前沿尖端知識成果對于老子哲學的回歸，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，老子強調(diào)變化是“產(chǎn)生”和“消滅”或者“轉(zhuǎn)化”。天地萬物皆“負陰而抱陽”。由相反相成的對立面(陰陽)構(gòu)成，即“陰陽對立”、“陰陽互根”。不僅如此，陰陽兩個方面還在對立運動中不斷地互相消長，相互轉(zhuǎn)化，也就是“陰陽合一”，“陰陽消長”?？芍^是“約而能張，幽而能明，弱而能強，柔而能剛，橫四維而含陰陽，紘宇宙而章三光”[1]1-53，“有二神混生，經(jīng)天營地?？缀跄浣K極，滔乎莫知其所止息。于是乃別為陰陽，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，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的“構(gòu)成論”宇宙觀不同。因為古希臘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中的復活而深遠地影響著科學思維，成為西歐自然哲學的基礎(chǔ)。通過近代原子論，構(gòu)成論的方法論原則在自然學科中曾結(jié)出了累累碩果。但是，隨著物理學的前沿向著微觀領(lǐng)域的延伸，構(gòu)成論的宇宙觀受到了嚴重的挑戰(zhàn)。當代粒子物理學所面臨的本質(zhì)困難就在于：由一組有限的物質(zhì)“基本組元”所構(gòu)成的復合“物體”的經(jīng)典概念對于亞核粒子是不適用的。
高能物理實驗表明：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)子的動能和質(zhì)量所產(chǎn)生的完整強子，并且質(zhì)子分裂成它的“組成部分”不是確定的，隨強相互作用過程中質(zhì)子碰撞能量的強弱而異。此外撞擊后生成的三組強子的總質(zhì)量都遠遠大于相互碰撞的兩個質(zhì)子的總質(zhì)量。因為按照愛因斯坦的相對論，在兩個質(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)”只能在動態(tài)意義上，用過程和相互作用的術(shù)語來描述。
對于上述高能物理學中基本粒子的產(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，因為它強調(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的生成論宇宙觀所理解并得到圓滿的解釋。因為道家在概括“道生物”時，在指出了萬物的陰陽兩個方面相互依存，互相對立的同時，著重強調(diào)了“陰陽合一”、“陰陽消長”和“陰陽轉(zhuǎn)化”。這個道理，可以簡單地歸為“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、陰陽相感與費曼圖
道家學術(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，并發(fā)展了“元氣論”。在他所創(chuàng)立的“太虛即氣”的學說中，提出的“陰陽相感而動”的精辟見解，恰恰切中了當今費曼圖所描述的粒子間相互作用的動態(tài)模式——虛實有異產(chǎn)生交感。
量子場論已經(jīng)表明，一切相互作用都是通過交換粒子來實現(xiàn)的。在電磁相互作用中，光子作為電磁場的量子，是作用的媒介；在強相互作用中，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階段，但最終將證實中間矢量玻色子的存在。
為了描述粒子間的相互作用，美國理論物理學家里查德·費曼借助一種“時空圖”來描述，每一個圖都與一種數(shù)學表示之間有嚴格的對應關(guān)系，人們可以用它來計算相應反應過程的概率。我們稱之為費曼圖。它是粒子物理學中簡化計算、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。費曼理論的顯著特點是粒子的產(chǎn)生和消失。這種過程與相對論是完全符合的。因為相對論把粒子看成含有確定能量的動態(tài)模式，在形成新的模式時，能量將重新分配。
圖1表示的是核子發(fā)射光子的費曼圖。其意是原來一個處于激發(fā)態(tài)的核子，后來通過電磁作用，放出一個光子，而自己變成基態(tài)核子。圖中由下而上的方向代表時間流逝的方向，每一個粒子都用一根帶箭頭的直線(實線或虛線，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)射光子的費曼圖
現(xiàn)僅以兩個電子之間交換虛光子而實現(xiàn)電磁作用為例，應用“費曼圖”的語言，作一剖析。
圖2表明，一個電子(e-)放出一個虛光子(γ)，然后這個虛光子被另一個電子所吸收，于是這兩個電子之間就實現(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。按照量子電動力學的解釋，每個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。當其中某個虛光子被其它粒子所吸收時，就實現(xiàn)了這兩個粒子之間的電磁相互作用。
圖2 電子——電子的散射
當然，運用“費曼圖”語言，我們可對兩個核子之間交換虛π介子而實現(xiàn)強作用、兩個弱荷為g的粒子之間交換“中間玻色子”而實現(xiàn)弱作用的過程作相類似的分析和推測。
所以，在量子場論中，一切相互作用都是通過交換粒子(粒子的產(chǎn)生和湮滅)來實現(xiàn)的，作用越強，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，一個單獨的粒子可以發(fā)射一個虛粒子，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)化成實介子。
總之，在量子場論中，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態(tài)模式。
耐人尋味的是，費曼圖所描述的粒子間的相互作用，將力和物質(zhì)均歸結(jié)為粒子所固有的動態(tài)模式，和王夫之所建立和發(fā)展的“元氣本原論”思想是何等的相吻合。
元氣論者將氣看作是構(gòu)成宇宙萬物的本原；氣的變化運動規(guī)律是陰陽分合，“精”“形”交變。在王夫之“太虛即氣”的學說中，就包含著氣只有聚散、并無生滅，以及運動守恒、運動不滅和相互轉(zhuǎn)化的思想。在王夫之看來，世界是物質(zhì)的，而物質(zhì)是永恒運動著的。他指出：“虛空即氣，氣則動者也”[3]99-108；“一氣之中，二端既肇，摩之蕩之，而變化無窮”；“陰陽二殊，故以異而相感”；“聚而成形，散而歸之太虛”而“不曰生滅”[4]。對于相感而動，王夫之還進一步強調(diào)說：“蓋陰陽者氣之二體，動靜者氣之二幾，體同而用異則相感而動，動而成像則靜”[4]。他這里所說的“感”就是指矛盾對立面的相互作用，正是這種相互作用構(gòu)成了運動。由于太虛元氣本體包含了固有的陰陽兩個對立面，而陰陽兩個對立面有異，有異就產(chǎn)生交感，從而引起元氣本體的無窮的永恒的運動變化，其中氣凝聚而為有形的萬物，萬物散而為氣又復歸于無形的太虛。這里王夫之所描述的這副栩栩如生的動態(tài)圖景，與上述用“費曼圖”語言所示的兩個實粒子之間通過交換虛粒子而實現(xiàn)電磁作用或強作用，以及一個單獨實粒子發(fā)射并快速吸收虛粒子的動態(tài)模式，相似乃爾！貌似不同的是：前者陰陽有異相感而動，后者虛實有別交感而動，前者“精”“形”交變，后者“虛”“實”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。例如一個質(zhì)子、一個反質(zhì)子和一個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中隨時都在發(fā)生。量子場論再一次表明：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”。許多物理學家都把發(fā)現(xiàn)真空的動態(tài)性質(zhì)看成是現(xiàn)代物理學最重大的發(fā)現(xiàn)之一。而中國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”、“一動一靜、一聚一散”[4]，生動逼真地描繪了真空的動態(tài)性質(zhì)。
圖3 真空圖
三、八卦圖與重子(介子)八重圖
在亞核粒子學說中，物理學家推廣了關(guān)于對稱性的一般概念，除了反射和旋轉(zhuǎn)之外，對稱性和許多其他運算有關(guān)。這些運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)學空間里完成。所謂對稱，用數(shù)學的語言來說就是，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))具有該變換所對應的對稱性。那些和對稱性息息相關(guān)的其他多種運算，不但適用于粒子、粒子組，而且因為粒子的性質(zhì)是不可分割地與它們相互之間的反應聯(lián)系在一起的，因此對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。這些對稱運算之所以有用，是因為根據(jù)內(nèi)特爾定理——如果運動規(guī)律在某變換下具有不變性，必然相應存在一個守恒定律。因此，它們與“守恒定律”緊密地聯(lián)系在一起，每一個過程都與一組守恒衡量有關(guān)，粒子的對稱性質(zhì)表現(xiàn)為它們反應中的守恒律。
在所有的過程中，亞核粒子似乎都遵守動量守恒、能量守恒、旋轉(zhuǎn)量守恒，電荷守恒四個基本的守恒定律，此外，還有其它一些守恒定律。相應的運算盡管也是在抽象的數(shù)學空間里進行，但其中有些對于我們所知道的所有反應都成立，另外一些只對某些反應才成立。這樣就可以把相應的守恒量看成是粒子所帶的“抽象荷載”。因為它們總是取整數(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中標志電子態(tài)的五個量子數(shù)。因此，每個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，我們還可以將八個介子排列成同樣高度有序的對稱圖式，稱之為介子八重圖。
古代中國《周易》中的八卦圖則是由六道陰爻或陽爻組成的卦象。陽爻用連續(xù)的一道(——)表示，陰雙用斷裂的符號(— —)表示。三道爻的八種不同組合就表示八卦。其中陰陽爻互錯配成四對：乾與坤、兌與艮、離與坎、震與巽(圖五)。這種按照互錯兩卦處于相對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、火、山、澤，還和方位以及一年的季節(jié)息息相關(guān)，等等?？傊?，八卦圖是人對自然規(guī)律認識總結(jié)的高度意象化形式。所以《周易·系辭》曰：“是故剛?cè)嵯嗄?，八卦相盪，鼓之以雷霆，潤之風雨。日月運行，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，凡是相對的卦圖都是把陰爻與陽爻對換一下，因此這種排列顯示出高度有序的對稱性。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-負陰抱陽，陽奇陰偶。這是由于八卦圖還用“——”代表陽(奇)，用“— —”代表陰(偶)。無獨必有偶，有偶必有奇，有強便有弱，有盛便有衰，陰陽消長，變化無窮；陽盛則陰衰，陰盛則陽衰。古代中國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。因為重子(或介子)八重圖，實質(zhì)上是我們根據(jù)粒子的量子數(shù)、守恒定律或?qū)ΨQ性對粒子所作出的科學分類，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)部運動)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)，即注重于用動態(tài)的觀點來剖析微觀世界的內(nèi)部的變化。
本文無意考證道家學說直接影響了現(xiàn)代粒子物理學。因為它們之間并不存在著任何“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古代哲學匯入當代科學之潮流中，并從中吸取其智慧與啟示。在為科學推波助瀾的同時，發(fā)掘神州瑰寶，弘揚華夏文化。
【參考文獻】
[1]陳廣忠注譯.淮南子·原道訓[M]//南子譯注.長春：吉林文史出版社，1990.
[2]陳廣忠注譯.淮南子·精神訓[M]//淮南子譯注.長春：吉林文史出版社，1990.
[3][宋]張載撰，[清]王夫之注，湯勤福導讀.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】《南通大學學報：社會科學版》2010年1期
【作者簡介】程民治(1945-)，男，安徽績溪人，巢湖學院物理系教授
聯(lián)系客服
