再谈物理学步入禅境.docx

1、再谈物理学步入禅境再谈物理学步入禅境朱清时( 院士 , 南方科技大学前校长 , 中国科学技术大学前校长)编者按 : 审辩式思维(criticalthinking)就是一种思维方式。具有审辩式思维的人理解 , 世上并没有客观的“真理”, 只有主观的“真理”。世上并没有众人的“真理”, 只有个人的“真理” 。她们在坚持自己的“真理”的同时, 也能包容别人的“真理” 。她们能够对语言、理性、形式逻辑与数学的局限性保持警觉。在科学的领域之内, 她们对一切“科学理论”进行不懈地追问, 坚持对她人与对自己进行双向的质疑; 在科学以外的领域, 对于“宗教真理” , 她们会“适时闭嘴” 。审辩式思维方式的形成

2、 , 主要基于现代科学、 主要就是现代物理学的研究成果之上。为了帮助网友理解审辩式思维赖以形成的科学基础 , 本号在 7 月 23 日摘编了朱清时院士的文章物理学步入禅境 : 缘起性空。日前 , 朱清时院士发表了此文 , 进一步介绍了现代物理学的新发现。 曾经先后担任中国科学技术大学与南方科技大学校长的朱清时院士就是一个物理学家 , 在本文中 , 她用尽可能通俗的语言 , 说明了这样一些主要观点 :物质不能再被视为实体。虚空可以产生物质。能量就是无中生有产生的。意识就是物质世界的基础。一、佛学的空性智慧佛法认为 , 万事万物并没有一个固定不变的本质 , 都就是变化无常、 因缘生灭的 , 没有实

3、体 , 皆无自性。这个问题最直接、最到位的解释就是鸠摩罗什在指月录中说的 : “众微聚曰色 , 众微无自性曰空。”这即就是 说, 众多微尘聚合起来组成了物质世界的万有, 众多微尘却无自性 , 空无所有。具备一点现代科技知识的人都容易理解“众微聚曰色”, 物质都就是由分子 , 原子 ,基本粒子聚合而成 , 分子 , 原子 , 基本粒子等可以瞧作就是不同层次的“微尘”, 然而它们怎么会就是无自性 , 空无所有呢？这个问题一直很难解释, 它太远离人类的经验了, 我们甚至无法想像 , 历来的解释都很难让人真懂。直到今天, 现代物理学的最新成果才为这个问题提供了直接而又彻底的解释。再谈物理学步入禅境下面

4、我尝试介绍现代物理学的这些最新成果, 希望能帮助您理解并开悟。二、物理学中的物质观当代著名的哲学家施太格缪勒在当代哲学主流一书中写道: “未来世代的人们有一天会问 :20 世纪的失误就是什么呢？对这个问题她们会回答说 : 在 20 世纪 , 一方面唯物主义哲学 ( 它把物质说成就是唯一真正的实在 ) 不仅在世界上许多国家成为现行官方世界观的组成部分 , 而且即使在西方哲学中 , 譬如在所谓身心讨论的范围内 , 也常常处于支配地位。但就是另一方面 , 恰恰就是这个物质概念始终就是使这个世纪的科学感到最困难、最难解决与最难理解的概念。 ”这就就是说 , 一方面以“唯 物主义”为标记的哲学广为流行

5、, 而另一方面“物质”究竟就是什么？却又说不清。施太格缪勒正就是在这里瞧到了“ 20 世纪的失误”。20 世纪爱因斯坦的相对论开始揭示出了物质的实体观的谬误。 爱因斯坦在说明物体的质量与能量之间的相互转化关系时 , 提出了著名的质能方程 : 能量等于质量乘以光速的平方。不久后 , 科学家们发现了核裂变与链式反应 , 把部分质量变成巨大能量释放出来。现在知道原子弹的人 , 都相信质量可以转化成能量。既然物质与能量就是可以相互转化的 , 能量并非“实体” , 物质也就不能再被瞧作就是实体。当相对论与量子力学结合起来 , 又进一步证明虚空可以产生物质。 20 世纪 30 年代 , 狄拉克把相对论与量

6、子力学整合在一起 , 研究电子在与电场与磁场相互作用时表现的行为时 , 发现电子必须有其反粒子 ( 叫正电子 ) 才能存在。两年后 , 物理学家们就在宇宙射线中发现了正电子。随后这个现象成了一个原理 : 质子必有反质子 , 中子必有反中子 , 几乎所有基本粒子都必须有反粒子它们才能存在。粒子与反粒子相遇就会彼此湮灭 , 化为纯辐射能量。只要测不准关系正确 , 一般的基本粒子都存在反粒子 , 虚空各处都不断进行着粒子反粒子对的瞬间生灭！您可能想 , 既然粒子 反粒子对的生灭只在短得无法直接测量的时间瞬间内出现, 那有什么意义呢？有 , 意义重大。尽管粒子反粒子对的生灭时间短得无法直接测量, 但它

7、们的间接效应 , 如它们造成的原子光谱线的精细结构, 却已经在非常非常高的精度上测量证实。现代物理学家们都相信, 物质以粒子 反粒子对的形式自发从虚空中无中生有地产生这种诡异的现象不仅就是真的, 而且可以说整个物质世界就就是建立在它的基础之再谈物理学步入禅境上！有人会说 , 这不就是无中生有 , 而就是虚空中的能量转化成物质。此话不错, 然而下面要讲的物理学更新的成就, 已经揭示出 , 虚空中的能量也就是无中生有产生的。三、物质世界就是无中生有产生的20 世纪 30 年代 , 哈勃通过天文观测发现 , 宇宙中存在许多星系 , 不同星系之间的距离一直在增加着 , 任何两个星系互相离开的速度与它们

8、之间的距离成正比。这表明宇宙在膨胀 , 这正好与爱因斯坦广义相对论的预言一致。宇宙膨胀 , 准确地说 , 就是宇宙中的任何两点之间的距离在变大 , 而非空间在延续其自身。这个图像就像宇宙的整体就是在一个膨胀着的巨大的气球表面上。宇宙在膨胀意味着 , 在过去的某一时刻 ( 现已确定为 137、2 亿年之前 ) 邻近星系之间的距离为零。这一时刻被称之为大爆炸。综合今天所有的观测证据 , 我们可以得出下面这个宇宙演化景象。 在大爆炸时 , 宇宙体积被认为就是零 , 所以就是无限热。早期宇宙存在过一个非常快速膨胀的时期 , 即“暴涨” , 在最初的一万亿亿亿分之一 (10-35) 秒的时间里 , 宇宙

9、的半径增大了 100 万亿亿亿 (1 后面跟 30 个 0) 倍。这时宇宙的体积从比原子还小 , 急剧胀大到宇观尺度。随着宇宙的膨胀 , 温度在降低 , 宇宙的尺度大一倍 , 它的温度就降低到一半。大爆炸后的一秒钟 , 温度降低到约为 100 亿度 , 此刻宇宙主要包含光子、 电子与中微子与它们的反粒子 , 还有一些质子与中子。 随着宇宙的继续膨胀 , 温度继续降低 , 电子 反电子对在碰撞中的产生率就落到它们湮灭率之下。这样只剩下很少的电子 , 而大部分电子与反电子相互湮灭 , 产生出更多的光子。在大爆炸后的大约 100 秒 , 温度降到了 10 亿度 , 在此温度下 , 质子与中子开始结合

10、产生氘 ( 重氢 ) 的原子核 , 然后 , 氘核与更多的质子中子相结合形成氦核 , 它包含二个质子与二个中子 , 还产生了少量的两种更重的元素锂与铍。大爆炸后的几个钟头之内 , 氦与其她元素的产生就停止了。 之后的 100 万年左右 , 宇宙仅仅只就是继续膨胀 , 开始形成原子 , 然后原子凝聚成星系 , 星系被分割成更小的星云 , 形成恒星与行星 , 一个行星地球上逐步演化出了人类 , 演出了许多悲壮的活剧。宇宙还要继续膨胀 , 温度不断降低。经过大冻结 , 人类与所有智慧生命死亡。然后质子中子等基本粒子衰变 , 万物消逝。最后 , 按照弦论的预言 , 宇宙向内塌缩成一点 , 就像当初乍现

11、那样骤然消失。再谈物理学步入禅境在上千年的 里 , 物理学家 千辛万苦得到的 个宇宙真相, 震惊了她 自己。 物理 得主温伯格在其名著最初三秒 中 : “宇宙越就是瞧来可以理解, 就越 得毫无意 人生就是 。 ”四、意 就是物 世界的基 量子力学的一个基本原理 , 就是 成物 世界的微 粒子 , 如 子 , 子 , 中子或原子 , 等等 , 可能 在叠加 , 种状 就是不确定的。 为简单计 , 以下我 只以两个状 的叠加 例 , 些 不 推广到多个状 的叠加。例如一个粒子可以同 于两个不同地点 , 既在 A 点存在 , 又在 B 点存在 , 子的状 就是在 A 点又在 B 点的不同状 的叠加

12、, 或者 , 粒子的状 就是“在”与“不在”的叠加。粒子的 种混合状 , 叫做“叠加 ”。学 大学物理的人都知道 个原理, 然而有几个真正懂得它的含 呢？您真正懂得了 , 一定会感受到 念上的巨大震撼。 里我 就来 剖析它的含 。首先 , 不同状 的 种叠加就是很 异的。 例 , 昨天我 身上手机没了。 因 昨天晚上在家里用 , 今天在 公室没用 ,所以它可能在家里 , 也可能在 公室。究竟手机在哪呢？大家凭 会 : 它“要么在家里 , 要么在 公室” , 或者 种表述方法 ,“它要么在家里 , 要么不在家里” , 之二者只能其一。 然而量子力学却 : 它“既在家里 , 又在 公室” , 或者

13、 种表述方法 , “它既在家里 , 又不在家里” , 之两个状 同 存在。它 于“在家里”与“在 公室”两个 的叠加 , 或者“在家里”与“不在家里”两个 的叠加。有人会 , “在家里与不在家里” , 或者“在家里与在 公室”就是两 互相冲突的状 , 怎么可以“既在家里又不在家里” , 或者“在家里又在 公室”呢？回答就是 , 这正就是微 粒子的 异之 , 她 的两个冲突的状 , 可能同 存在。您会想 : 手机就是否在家里 , 粒子就是否在A 点, 您一瞧不就明白了不？瞧的 果只能就是“在与不在”二者取一呀！量子力学更 异之 在于 , 您只要去瞧它在不在 , 您就 施了有意 的 察 作。 您一

14、有意 地 察 , 它的存在状 就从原来的“在 A 点又在 B 点”的叠加状 , 一下子 成“在 A 点”或者“在 B 点”的唯一的状 了。 明的人会反 : 既然您不 察它 , 您怎么知道它既在A点又在 B 点呢？ 就是在微再谈物理学步入禅境观世界中被大量实验确证的事实, 其中一个最著名的实验就就是干涉实验。2002 年 , 物理世界杂志评出十大经典物理实验, “杨氏双缝实验用于电子”名列第一名。费曼认为 , 杨氏双缝电子干涉实验就是量子力学的心脏, “包括了量子力学最深刻的奥秘”。双缝实验结果表明电子的行为既不等同于经典粒子, 也不等同于经典波动, 它兼有粒子与波动的某些特性 , 这就就是波粒

15、二象性。 实验发现电子同时穿过了两条狭缝 , 即处于一种叠加态 , 既在位置 A, 又在位置 B。如果我们设法去观察电子的位置 , 那么它马上改变自己的行为 , 只出现在位置 A 或位置 B。所有微观粒子的行为都与电子一样。微观世界的这个诡异之处震动了人类最聪明的大脑, 在 20 世纪爆发了人类思想史上最深刻的关于物质世界本质的论战。爱因斯坦提出了一些深刻的问题, 波尔用量子力学做出了回答。这场论战并未结束 , 爱因斯坦深邃的思想揭示出物质世界的令人瞠目结舌的本质。冯诺伊曼 (John VonNeumann)就是现代计算机的奠基人之一 , 她也为量子物理学建立了严格的数学基础。 她指出 , 我

16、们在测量中使用的那些仪器 , 本身也就是由状态不确定的粒子组成的 , 因此仪器也有自己的量子状态。 当我们用仪器去观察时 , 就把仪器本身也卷入到这个模糊叠加态中去了。例如 , 我们想测量一个电子就是通过了左边的狭缝还就是右边的。我们用一台仪器去测量 , 并用指针摇摆的方向来报告这一结果。但就是 , 因为这台仪器 ( 记为 A)本身也有自己的量子状态 , 如果我们不观测这台仪器 , 它的量子状态也可能就是一种模糊的叠加态。在用这台仪器测量电子之后 , 虽然电子的量子叠加状态坍缩了 , 但左与右的叠加却被转移到了仪器 A 那里。现在就是仪器 A 又处于指针指向左还就是右的叠加状态。假如我们再用仪

17、器 B去测量那台仪器 A,A 的量子叠加状态又坍缩了 , 它的状态变成确定 , 可就是 B 又陷入模糊不定中。总之 , 当我们用仪器去测量仪器 , 这整个链条的最后一台仪器总就是处在不确定叠加状态之中, 这叫做“无限后退”(infinite regression)。换句话说 ,假如我们把用于测量的仪器也加入到整个系统中去, 这个大系统的量子状态从未彻底坍缩过。可就是 , 当我们瞧到了仪器报告的结果后, 不确定状态“无限后退”的过程就结束了 ,我们的意识不会处于叠加状态。难道人类意识(Consciousness) 的参与才就是量子状态坍缩的原因？难道只有当电子的随机选择结果被“意识到了”, 它才

18、从各种量子状态的再谈物理学步入禅境几率叠加变成一个确定的状态？而只要它还没有“被意识到”, 电子便总就是留在不确定的状态 , 只不过从一个地方不断地往最后一个测量仪器那里转移罢了。造成“坍缩”的原因 , 难道就是我们的意识？一台仪器无法“意识”到自己的指针就是指向左还就是指向右, 所以它必须陷入左与右的混合态中。但就是 , 我们可以“意识”到电子究竟就是左还就是右, 我们就是生还就是死 , 所以一旦我们的意识参与后, 混合叠加态彻底坍缩了, 世界就变成了现实, 以免给我们的意识造成混乱。自然科学总就是自诩为最客观、最不能容忍主观意识的, 现在量子力学发展到这个地步 , 居然发现意识与物质世界不

19、可分开 , 意识促成了物质世界从不确定到确定的转移！科学家们受到的震撼正如爱因斯坦的名言中说的 :“就好像人的脚下被抽空 , 瞧不到哪里有什么可靠的基础 , 没办法在那上面建立什么。 ”整个宇宙也就是一样。在没有人类的意识观测之前, 宇宙在百亿年中都处于浑沌状态 , 每个粒子都以波函数的形式存在 , 并无确定的状态与清晰的图像。 好比近视眼瞧到的周围世界只就是模糊不清的一片那样。在人类有意识地观测之时 , 万物突然从不确定坍塌到确定的状态 , 宇宙才突然呈现出清晰的图像。就像戴上眼镜 , 外界突然清晰呈现那样。五、物理学步入禅境真正懂得了现代物理学的这些成就 , 您就会相信 , 包括我们人类在

20、内的整个物质世界的确就是无中生有地从虚空中产生的 , 可以说就是“梦幻泡影” , 物理学已步入禅境。物质世界真的就是 : “凡所有相 , 皆就是虚妄” , “一切有为法 , 如梦幻泡影 , 如露亦如电 ,应作如就是观” ( 金刚经 ) 。然而 , 在被我们称之为大爆炸的那一时刻, 空间 时间曲率都就是无穷大, 该处理论自身失效。这表明 , 即使在大爆炸前存在事件, 人们也不可能用之去确定之后所要发生的事件 , 因为可预见性在大爆炸处失效了。相应地 , 如果我们只知道在大爆炸后发生的事件,我们也不能确定在这之前发生的事件。因此, 我们宣称宇宙就是无中生有地从大爆炸开始的 , 这里的“无”并非绝对

21、地什么都没有, 准确地说 , 就是没有目前科学理论知道的东西。也就就是说 , 如果我们的宇宙就是某种 “东西”通过大爆炸产生的 , 那么这种“东西”,不就是物质 , 也不就是能量 , 既没有空间 , 也没有时间。它究竟就是什么？再谈物理学步入禅境有人会说 , 科学就是唯物主义的 , 佛学就是唯心主义的, 二者怎能混为一谈？这个问题正就是本文想商榷的。前面已讲过, 唯物主义哲学的依据就是“物质不灭定律”, 它就是 19 世纪科学的最高成就。然而 20 世纪的物理学已经表明 , 物质乃至整个物质世界都就是“梦幻泡影” , 它们都就是“无中生有”地从虚空中产生的。如果这个“无”并非什么都没有 , 而就是存在某种东西 , 那么这种东西没有时间与空间 , 不就是物质或能量 ,它与佛学所说的法身或“心”不谋而合。在20 世纪 , 哲学的发展远落在科学之后, 现在也许就是认真思考科学的新成就并建立一种新哲学的时候了。