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现代生命科学真知探索卷 物质构成之迷-基本粒子的新发现

    ○高重峰

    爱因斯坦后半生的雄心壮志,就是要建立被当时大多数物理学家认为是“完全无望的科学问题”的统一场论。爱因斯坦孤独地在这条寂静甚至偏僻的道路上艰难地走着,一直走了30年,直到他去世,也没有完成他的宏愿。

    i、爱因斯坦的整体宇宙观思想

    因斯坦深挚地崇拜一个最终本质的精神存在,它显露在我们的日常生活中。尽管我们的感官薄弱和不完善,无法感受它。但他直觉地深信,存在有一种本质的思维力量显示于不可思议的宇宙之中。他深邃地感觉到一种超出经验世界的高超智慧,一种“先定的和谐”。这种宇宙完美的和谐体现出的一种高超的理性,同它相比,人类的一切有系统的思想和行为,都只是它的一种微不足道的反映。他追求、信仰宇宙灵畅的律动所表现的彻底的整体的美。这也是他的关于“上帝”的概念。他渴望探索到这种“先定的和谐”,将它从“上帝”的神圣殿堂中请出来,展示给人类。这是他无穷的毅力和耐心的源泉,也是他基本的哲学思想。

    对于爱因斯坦来说,全部的自然界尤其是全部的物理学是统一的整体。他认为在自然界纷繁复杂,千差万别的现象背后,必定具有内在的统一性。他把探索和理解自然界的这种统一性作为自己一生追求的极致,也是他方法论的核心。从1900年写第一篇论文《关于金属溶液的电势差的电动理论》起,到1954年完成关于统一场论的最后一篇论文为止,始终贯彻着这种指导思想。

    对于量子理论,以统计性的观念来理解客观世界的本质,爱因斯坦是坚决拒绝的。这与他对自然规律的基本观点有关。

    现代物理学家执着地信仰支配宇宙万物的最基本、最统一的实质性规律是在其统计性,不再认为物理学规律是关于存在的规律。当一个体系的几率为已知时,它就能算出另一个时间值的几率。于是,按照量子理论,所有物理定律同几率有关,而同客观的实体无关。认为统计性规律代表宇宙的规律,是事物的究竟,即统计性规律比非统计性规律更根本,是规律的本质。这是当代物理学由量子力学、原子核物理、半导体物理等汇合而成的主流所具有的根本的自然观。

    爱因斯坦则认为:统计性即表面性,没有深入到事物的本质。他说:“我对统计性量子的反感,不是针对它的定量内容,而是针对人们现在认为这样处理物理学基础在本质上已是最后方式的这种信仰。”(《爱因斯坦文集》第三卷第478页)又说,“量子力学是令人赞叹的,但我内心有个声音告诉我,这还不是真正的天使。这个理论有很多成功的地方,但并没有命名我们更接近上帝的奥秘。无论如何,我相信,上帝不是在掷骰子。”(《爱因斯坦文集·给玻恩的信》)

    爱因斯坦所要走的路,是要建立一个在连续性概念上的物理学,一个可以构成整个物理实在基础的统一场论,寻找一个无所不包的定律,使整个物理界统一起来,用场的概念来解释物质结构,包括量子现象。

    他在1905年发表的《论动体的电动力学》一文,开头第一句是:“大家知道,麦克斯韦电动力学应用到运动的物体上时,就要引起一些不对称性,而这种不对称性,似乎不是现象所固有的。”所谓不对称性,就是指统一性遭到破坏即牛顿力学的相对性原理不适合电磁场理论。于是,他着手去寻找自然界统一性遭到破坏的原因。经过多年的努力,终于发现了原因在于绝对时间、绝对空间、绝对运动的形而上学的概念上。随即,他用狭义相对论原理把牛顿力学和麦克斯韦电磁理论统一起来,并分别把时间和空间统一起来,把物质与运动统一起来。而广义相对论则进一步把引力同几何联系起来,并把牛顿的力学理论纳入到广义相对论中。

    他十分精辟地指出:由于世界的统一和谐,科学应该是“简单”的,要用尽可能少的基本概念和基本原理来概括尽可能多的客观现象。

    他说:“固然,科学的目标是在发现规律,使人们能用以把各种事实联系起来,并且能够预测这些事实,但这不是它的唯一的目的,它还试图把所发现的联系归结为数目尽可能少的几个彼此独立概念因素。正是在这种把各种各样东西合理地统一起来的努力中,它取得了最伟大的成就。尽管也正是这种企图,使它冒着会成为妄想的牺牲品的最大危险的。”

    爱因斯坦在表述基于这种思想而创建的相对论的思想过程时说:“十分有力地吸引我的特殊目标,是物理学统计领域中的逻辑的统一。开头使我烦恼的是电动力学必须挑选一种比别种运动状态都优越的运动状态,而这种优先选择在实验上却没有任何根据。这样就出现了狭义相对论。而且,它还把电场和磁场融合成一个可理解的统一体。对于质量和能量,以及动量和能量也都如此。后来由于力求理解惯性和引力的统一性质而产生了广义相对论。它也避免了那些在表述基本定律的过程中由于使用了特殊坐标系而隐蔽着的暗含的公理。”(《爱因斯坦文集》第299页)

    这种追求趋于完善的统一的信念和努力,使爱因斯坦的前半生取得了伟大的成就,并由此坚信,自己走的路是一条成功之路。

    下一个目标就是要建立他的统一场论,即把由广义相对论来描述的引力场和电动力学的电磁场用一个统一的理论概括起来,用场的概念来解释物质结构和量子现象,建立爱因斯坦科学宫的第三层。

    科学宫的第一层是狭义相对论:物理方程适用于真空中的光速对之不变的一切坐标系。

    第二层是广义相对论:物理方程适用于彼此由连续的坐标变换相联系的一切坐标系。

    第三层是统一场论,爱因斯坦认为:广义相对论远没有达到依据相对论观点来解释原子论和量子现象。此外,它并未把电磁场和引力场的现象包括在一个共同的数学公式中,广义相对论虽然决定了引力场的本性和规律,但却给电磁场的理论留下很大余地。统一场的目的,就是要使整个宇宙在科学理论中和谐一致起来,将量子理论纳入到一个基于因果性原理的总场论中去。按照爱因斯坦的思路,总的物理场由引力场和电磁场组成,构成物理学的基础,并且能够透彻地描叙自然界的物理实在,包括四维空间在内。

    但是,爱因斯坦终究没有完成他的宏愿,悲剧性地失败了。毛病出在哪儿呢?是爱因斯坦的路走错了吗?不是,但具体的目标未必准确,认识事物的高度未必是在正确位置。

    2、爱因斯坦的局限性

    因斯坦当年只知道引力和电磁力,并试图将这两种自然力统一起来,建立无所不包的统一场。但实际上自然界岂止这两种力,到现在为止可供选择的至少还有弱力和强力。

    但最根本的原因,就是爱因斯坦以常态思维的认识高度希望了解多维时空的真实存在,以期解释和把握宇宙的本质和规律。就如同在二维空间生存的蚂蚁希冀知道三维空间的蜻蜓的活动情况一样。

    正如庞明老师所说的那样:“拿我们现在偏执意元体最最好的那些人,最最高明的那些人来说,他们能客观处理事物,能够不要主观性,就拿这些人来说,他也是偏执。……因为人的功能有常态思维和超常思维,现在一般人脑子里建立的参照系都是根据常态智能建立起来的,眼睛看东西,接收的是事物的电磁波特性,耳朵听声音,接收的是声波、机械振动的特性广……而这些特性都是属于事物的局部特性。……可是事物不仅仅是这个样子的,它还有它的整体特性,整体特性不是各个局部的联合,不是仅仅局部特性相加,整体特性大于各个局部特性相加的和。对于整体特性现代科学还不认识。整体特性是事物的刚体特性、状态、形象、质量、信息的总和。”(《智能气功科学刊授辅导材料》之三第10页)

    处在常态思维状态下要想体会到宇宙的这种深幽的“先定的和谐”,是多么困难。正如爱因斯坦不无感慨地说:“在我漫长生涯中,我学到了一点,要接近他(thm,指上帝,即世界的本质和规律)是万分困难的,如果不想停留在表面的话。”(《爱因斯坦文集》第三卷第480页)

    爱因斯坦毕生所希望看到的宇宙最终本质的精神存在,就是在超常思维层次上对世界整体特性的真实把握,即智能气功科学关于物质的第三层理论,以信息为主要运动形式的对宇宙本质的诠释。这种闪耀着几千年中华文化光辉的对宇宙统一性的最高概括,就是他直觉地隐隐感觉到的、越出一般经验世界的高超智慧,是物理学乃至大自然的本底和源泉。

    庞明老师说:“人要认识某一层次的物质,认识者的认识能力必须高于这个层次的物质才行,一般人之所以能够认识周围客观事物,就是由于人的生命活动高于周围客观事物。因为人的意识活动是高级的运动形式。”(《简明智能气功学》
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