《现代物理学与东方神秘主义》（9）

《现代物理学与东方神秘主义》（9）
　　14 空与形
　　不可分的固体粒子在虚空中运动的观念是经典力学的基础。现代物理学已经从根本上改变了这种图景。这不但导致了全新的“粒子”概念，而且深刻地改变了虚空的概念。这种改变是在所谓的场论中发生的。它源自爱因斯坦的思想，即把引力场与空间几何联系起来，而当量子论与相对论结合起来描述亚原子粒子的力场提出之后，就变得更为明确了。在“量子场论”中，粒子及其周围空间原来的根本差别消失了，虚空被认为是最重要的动态量之一。
　　19世纪法拉弟和麦克斯韦引进了场的概念来描述电荷和电流之间的力。在荷电物体周围的空间存在电场是它能对该空间中其他电荷产生力作用的条件。因此，电场是由荷电体产生的，它的效应也只能由荷电体来检测。磁场是由运动的电荷，即电流产生的，它们所产生的磁力只有通过其他的运动电荷才能检测到。在法拉弟和麦克斯韦创立的经典场论中，场就是基本的物理实体，对它的研究可以不涉及有形的物体。振荡的电场和磁场可以以射电波、光波或者其他电磁幅射的形式在空间传播。
　　相对论把电荷和电流、电场和磁场的概念统一起来，从而使得电动力学的结构更加优美。因为任何运动都是相对的，那么在一个相对于观察者运动的参照系中，也可以把电荷看成是电流，它的电场则可以看成是磁场。这两种场就统一为电磁场。
　　场的概念不但与电磁力有关，而且与引力有关。引力场是由所有具有质量的物体产生的，并由它们来检测。它总是一种吸引力、这点和电磁场不同，后者可以产生引力和斥力。适合引力场的场论是广义相对论。根据这种理论，有质物质对其周围空间的影响要比电动力学中荷电物体的相应影响更为深远。物体周围的空间如此“受制约”，其他物体会受到力的作用，这种制约影响到空间的几何，也就是空间的结构。
　　物质和虚无的空间，即充实和虚无是两个根本不同的概念，德漠克利特和牛顿的原子论都是以此为基础的。在广义相对论中，这两个概念无法再区分了。只要有有质物体的存在，也就有引力场，这个场表现为该物体周围空间的弯曲。但是我们不能认为是场充满了空间并使它“弯曲”。场就是弯曲的空间，这两者是不可分割的。在广义相对论中，引力场与空间的结构即空间的几何是等价的。它们在爱因斯坦的场方程中用同一个数学量来表示。按照爱因斯坦的理论，物质无法与它的引力场分开。引力场也无法与弯曲的空间分开。于是，物质与空间就被看成是不可分割、相互依赖的整体。
　　从本质上讲，物质不仅决定了周围空间的结构，而且反过来也受其环境的影响。按照恩斯特·马赫的观点，物体的惯性，即对于加速的阻力，并不是物质固有的属性，而是它与宇宙中其他部分相互作用的量度。马赫认为，物体有惯性完全是因为宇宙中其他物体的存在。马赫指出，当一个物体旋转时，它的惯性就产生离心力。之所以出现这种力完全是因为该物体“相对于固定的恒星”旋转。一旦那些恒星突然消失，那么旋转物体的惯性和离心力也就随之而消失。
　　这种惯性的观念被称为马赫原理。它对爱因斯坦有深刻的影响，也是他建立广义相对论的原动力。由于爱因斯坦理论的数学形式极为复杂，物理学家无法判定它是否真的包含了马赫原理。但是大部分物理学家都相信，一定会有一种完善的引力理论以这种或那种方式把马赫原理包括在内。
　　于是现代物理学再次向我们表明——这次是在宏观水平上——物体并不是彼此分离的实体。而是与它们的环境不可分割地联系在一起。只能根据它们与世界其余部分的相互作用来理解它们的性质。根据马赫原理，这种作用达到广大的宇宙，达到遥远的恒星和银河。因此宇宙的基本统一性不但表现在微小的世界中，也表现在宏大的世界里。现代天体物理学和宇宙学越来越认清了这一事实。用天文学家弗雷德。霍伊尔的话来讲：
　　宇宙学的最新发展明确地指出，我们日常的条件是无法离开宇宙中遥远的部分而存在的，如果脱离宇宙的遥远部分，那么我们关于空间和几何的概念也就完全错了。我们的日常经验，甚至在最小的细节上都是与宇宙的大尺度性质密切联系在一起的，以至于根本不可能设想这两者可以分离。
　　在广义相对论中，在宏观尺度上表现出来的物体及其环境的相互联系，在亚原子的水平上则以更为明显的形式表现出来。经典场论与量子论结合起来描述亚原子粒子间的相互作用。由于爱因斯坦引力理论的复杂数学形式，这种结合对于引力作用还无法做到。但是另外一种经典场论，即电动力学，与量子理论结合，产生了所谓“量子电动力学”的理论。它描述了亚原子敲间的所有电磁作用。这种理论把量子论与相对论结合在一起。它是第一个“量子——相对性的”现代物理学模型，并且仍然是最成功的模型。
　　量子电动力学的突出新特点是两个概念的结合，即电磁场和作为电磁波的粒子形式光子这两个概念的结合。因为光子也是电磁波，而这些波是振荡的场，因此光子也是电磁场的表现形式。因此“量子场”也就是量子或者粒子的场。这确实是一个全新的概念，可以把它推广来描述所有的亚原子粒及其相互作用。这样每一种粒子都对应着一种场。量子场被看成是基本的物理实体，粒子只是场在局部地区的凝聚，是能量的聚合体。爱因斯坦说过：
　　因此，我们可以认为，物质是由场强很大的空间组成的……在这种新的物理学中，并非既有场又有物质，因为场才是唯一的实在。
　　有形的物体和现象只是基本实体的暂时表现。这种思想不仅是量子场论的基本要素，也是古代东方世界观的基本要素。古代东方的神秘主义者也把实体看成唯一的实在，而所有的现象都是暂时的，是一种错觉。我们不能把这种实体等同于物理学家所说的量子场，因为这种实体被看成是世界上一切现象的基础，是超越所有的概念和观念的。但量子场则不同，它是一个严格定义的概念，只是用来说明一些物理现象。不过，在用量子场论解释亚原子世界这点上，物理学家的直觉与东方神秘主义者用终极实在说明他们的经验却极为相似。物理学家企图把各种场都统一为唯一的基本场，它能解释所有的物理现象。爱因斯坦致力于寻求这样的统一场，到了晚年尤其是这样。也许我们可以把印度教徒的梵、佛教徒的法身和道家的道看成是最终的统一场，从这种场产生了物理学所研究的现象，而且还包括其他所有的现象。
　　按照东方神秘主义的观点，作为所有现象基础的实在超越了所有的形式，是无法描述的。它常常被说成是“无形”、“空”、“无”。但这种空并非一无所有，而是所有有形实体的基础，是一切生活的源泉。
　　佛教徒把终极实在叫作“空”（Sunya），表达了同样的思想。他们认为空是有生命的空，它产生了世界上的一切形式。道家则把无穷的创造力归因于道，并且也称之为无。不管使用什么名词，他们都明确地指出，这不是一般的空和无，而是具有无限创造的潜力。
　　这种神秘的空所表现的现象世界不是静止的、永恒的，而是运动的、暂时的，它们在运动与能量永不停止的舞蹈中产生和消失。神秘主义的现象世界与物理学家的亚原子世界一样，是一种轮回，是生死交替的世界。佛教哲学尤其强调否认物质实体的存在。佛教徒常常以水波来比喻物体和自我的虚幻，水的颗粒上下运动，使我们感到好象是水的一部分在沿着水面运动。有趣的是物理学家也使用了同样的比喻，说明由运动粒子产生的物体错觉。赫尔曼·外尔这样写道：
　　按照场论，一个物质粒子，例如电子，只是电场的一个小小区域，其中场强的值很高，这表明在这很小的空间集中了相当大的场能。这样的能节无法与其他部分划出明确的界限，它在空间的传播就象水波一样；事实上，任何时候也不存在构成电子的独立粒子实体。
　　在中国哲学中，道只是隐含着场的观念，而气却明确地表达了场的思想。气在几乎所有的中国自然哲学学派中都是重要的概念，而在融汇儒、释、道三家的新儒家学派中，尤为重要。它在中国古代表示生命力或赋于宇宙以生机的活力。作为中医基础的经络就是人体内气的通道，针灸的目的就是刺激这些气路的畅通。道家的武术，太极拳的基础也是气的运行。
　　新儒家把气看成是一种稀薄的、无法直接感知的物质形式，它存在于空间的每一处。并且可以凝聚成有形的物体。用张载的话说：
　　气聚则离明得施而有形，气不聚则离明不得施而无形。方其聚也，安得不谓之‘客？方其散也，安得邀谓之无？
　　按照量子场论，场是连续的，它在空间中无所不在；但它又是非连续的，具有“粒子性”。这两方面是明显矛盾的，是同一实在的不同方面。这两者的统一是在运动的过程中实现的，物质的这两方面永远在不停地相互转化。与此相似，东方神秘主义也强调“空”与它所产生的“形”之间的动态的统一。
　　“色不异空，空不异色，色即是空，空即是色。”这里的色就是指形。
　　现代物理学的场论还从根本上改变了我们关于亚原子粒子之间力的认识。场的概念从一开始就和力联系在一起，而在量子场论中，这种联系尤为明显。例如电磁场作为“自由场”可以以波和光两种形式传播，它能在电荷之间起力场的作用。象两个电子之间的斥力是通过交换光子而传递的。这种过程用“时空图”来表示就很明：两个电子相互接近，其中一个在A处发射一个光子，另一个则在B处吸收这个光子。第一个电子发射光子时改变了自己的方向和速度，而第二个电子吸收这个光子时，也改变了方向和速度。电子间的相互作用全过程包括一系列的光子交换，其结果是电子沿着光滑的曲线相互偏转。
　　用经典物理学的语言可以说一个电子受到另一个电子的斥力。然而现在已经认识到这种说法是不精确的。当两个电子接近时，没有一个电子能“感觉”到一种力，而是电子通过交换光子而相互作用。所谓力不过是这一系列交换光子的总体效果。因此力的概念在亚原子世界中是无用的。物理学家在这里讨论相互作用而不是力。
　　根据量子场论，一切相互作用都是通过交换粒子。电磁作用交换的是光子，核子间的相互作用交换介子。在质子与中子之间可以交换不同类型的介子。距离越近，交换的介子越重，越多。同样，介子之间也是通过交换粒子而相互作甩。因此只有了解亚原子粒子的谱系才能从本质上认识核力。
　　在量子场论中，所有粒子的相互作用都可用“时空图”来描述，每一个图都与一种数学表示相对应，人们可以根据它来计算相应反应过程的概率。这些图与数学表示之间的严格对应关系由理查德·费曼完成，因此这些图被称为费曼图。费曼理论的显著特点是粒子的产生和消失。这种过程与相对论是符合的，相对论把粒子看成是含有确定能量的动态模式，在形成新的模式时，能量就重新分配。
　　只有在提供的能量与粒子的质量相等时，这种有质粒子才能产生。但是在强相互作用中，这种能量并不是总能得到的。例如两个质子可以交换一个π介子，其质量大约是质子的六分之一。尽管能量不足以产生这种介于，但是这种交换过程仍然能够产生，其原因就是与测不准原理有关的量子效应。介子的交换，即它的产生和湮灭，发生在如此短的时间内，以至于能量的不确定性足以使这种介子产生。这些介子被称为“虚粒子”，它们与碰撞过程中产生的“实粒子”不同，只能存在于测不准原理所容许的时间范围内。介子越重，这个时间越短。因此核子必须靠得很近才能交换重介于。而虚光子却能在无限远的距离内交换，因为无限小的能量就能产生无质量的光子。
　　这样，在量子场论中把所有的相互作用都描述成为粒子的交换。作用越强，交换过程发生的概率越大，虚粒子的交换也越频繁。而且虚粒子的交换并不限于相互作用。例如一个单独的粒子可以发射一个虚粒子，然后又很快地吸收它。所产生的介子必须在测不准原理许可的时间内消失。没有什么可以禁止这样的过程发生。
　　由于核子间的强作用，核子这种“自我作用”的概率是很高的。这意味着核子实际上总是在发射和吸收虚粒子。按照场论，把核子看成是虚粒子云所围绕的连续运动的中心。这种虚粒子产生后很快就会消失，这就是说它们无法离开核子而运动到远处。因此这种介子云的范围很小。介子越重，它被吸收的时间越短，也就越被束缚在云的内部。
　　但是在特殊的环境中，虚介子也可以转化为实介于。当一个核子被另一个高速运动的粒子撞击时。那个粒子的一部分动能可以传递给虚介子，从而使它以介予云中被释放出来。此外，当两个粒子相互接近时，它们的介子云发生重迭。一些虚介子可以发生“跃迁”而被另一个核子所吸收，这就是形成强相互作用的交换过程。
　　这种描述清楚地说明了粒子间的相互作用，即粒子间的“力”，取决于虚粒子云的构成。作用的范围取决于虚粒子的广延，而相互作用的具体形式则取决于云中粒子的性质。在场论中。粒子间的力表现为粒子的内在特性。因此力和物质这两个在希腊原子论和牛顿原子论中截然不同的概念，都被归结于我们称为粒子的动态模式。
　　这样看待力也是东方神秘主义的特点，它们认为运动和变化是事物根本的固有属性，张载就说过。“凡圆转之物，动必有机；既谓之机，则动作自外也。”
　　中国古代对于体现事物内部和谐运动的力所作的描述，在量子场论看来是非常贴切的。粒子间的力被看成是这些粒子所固有的动态模式（虚粒子云）的体现。在量子场论中，场被看作是一切粒子及其相互作用的基础。沃尔夫·瑟林说过：“场无时不在、无处不有，它永远无法去除，一是一切物质现象的载体。质子就是在‘虚空’中产生了π介子。粒子的存在和消失只是场的运动形式而已。”
　　即使在没有核子，也没有任何其他相互作用的粒子，虚粒子也能从虚空中自行产生，然后又消失在虚空之中。这已成为明显的事实，因此物质与空间的区别必须彻底抛弃。按照场论，这样的事件随时都在发生，真空并不空，它包含着无数的粒子，它们不停地产生和湮灭。
　　现代场理学的这种“真空”与东方神秘主义者的“空”极为相似。它潜在地蕴含着粒子世界的所有形式。反之，这些形式并不是独立的物理实在，而是作为其基础的“空”的瞬时表现。恰如佛经所说，“色即是空，空即是色。”
　　虚粒子与真空本质上是一种动态关系。真空是“有生命的空”，是无休止地以产生和湮灭的节奏脉动的“空”。许多物理学家把发现真空的动态性质看成现代物理学最重大的发现之一。现代物理学的结果看来进一步证实了张载的话：知太虚即气，则无无。