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什么是量子?

量子是现代物理学里面的一个重要名词。现代物理学是相对于牛顿的古典物理学而言的,又称为微观物理学,高能物理学,或量子力学。

量子属于西方物理学所定义的基本粒子之一,其实质上属于无法通过实验证明认知的形而上的微观领域。人类每一次在观察手段如电子显微镜、隧道扫描显微镜、氢气泡室等方面有所突破的时候,都是会震动世界的大事。诺贝尔物理学奖也多次授予在该领域有所突破的科学家。但对非专业人士,要认知量子却并不容易。

我们可以通过德谟克利特的原子论、西方物理学对基本粒子的定义、曾经被认为是基本粒子的原子、量子、质子和夸克的定义以及其研究发展历程,再结合中国老庄之道对宇宙本体的解读,来深刻了解一下量子世界,了解一下中国优秀传统文化的来源问题。

何为基本粒子?指人们认知的构成物质的最小或/及最基本的单位。现代物理学的这个定义并不严谨和合理。首先,人们认知≠实验证明,人类认知能力除了实验证明之外,尚有理性和逻辑认知、修真入道认知等;

其次,在唯科学主义盛行的时代大潮之下,人们认知被局限于实验证明观察手段的认知能力;再者,物质是笛卡尔“机械自然观”及“精神物质二元本体论”所产生出来的名词定义,机械割裂了精神与物质,而世界上并无纯粹的精神或物质存在,宇宙万物实质上是精神物质浑然一体的一元本体,即道本体或称元气本体。

因此,基本粒子合理的定义是:构成宇宙万物的最小或/及最基本的单位。

神奇的量子世界

德谟克利特的原子论与科学

与西方物理学最接近的宇宙本体论学说是古希腊的原子论。原子论即原子本体论的创始人是留基伯(前500~约前440年),其学生德谟克利特将原子论发展完善。因此德谟克利特被公认为原子论的主要代表。

德谟克利特认为,万物的本原是“原子”和“虚空”。“原子”在希腊文中是“不可分”的意思。德谟克利特用这一概念来指称构成具体事物的最基本的物质微粒。原子的根本特性是“充满和坚实”,即原子内部没有空隙,是坚固的、不可入的,因而是不可分的;而虚空是绝对的空无,是原子运动的场所。原子叫做存在,虚空叫做非存在,但非存在不等于不存在,只是相对于充实的原子而言,虚空是没有充实性的。所以非存在与存在都是实在的。

德谟克利特说:宇宙的一切事物都是由在虚空中运动着的原子构成。所谓事物的产生就是原子的结合。原子处在永恒的运动之中,即运动为原子本身所固有。原子是永恒的、不生不灭的;原子在数量上是无限的;原子的体积微小,是眼睛看不见的,即不能为感官所知觉,只能通过理性才能认识。世界是由原子在虚空的漩涡运动中产生的。宇宙中有无数个世界在不断的生成与灭亡。人所存在的世界,无非是其中正在变化的一个。所以他声称:人是一个小宇宙。

提出原子本体论的德谟克利特

德谟克利特的原子本体论当然不可能源自科学的实验观察,而是来自哲学的理性思考。经过2000多年的探索,一直到了17~18世纪,化学家发现了物理学的根据:对于某些物质,不能通过化学手段将其继续的分解。化学家通过实验,证实了“某种不可分的物质微粒”的真实存在。

1661年,自然哲学家罗伯特·波义耳出版了《怀疑的化学家》(The Sceptical Chymist)一书,他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的,而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。恩格斯认为,波义耳是最早把化学确立为科学的化学家。

英国化学家罗伯特·波义耳

1789年,法国科学家拉瓦锡依据德谟克利特对原子的定义,重新定义了“原子”一词。从此,原子就用来表示化学变化中的最小的单位。当然,从逻辑上来说,拉瓦锡眼中“用化学手段不能分解的最小单位”,与德谟克利特“构成具体事物的最基本、不可分的物质微粒”的定义是不同的。

1803年,英国化学家约翰·道尔顿在进一步总结前人经验的基础上,提出了具有近代意义的原子学说。这种原子学说的提出,开创了化学的新时代,解释了很多物理、化学现象。他认为:原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。原子是化学变化的最小粒子,分子是由原子组成的,许多物质是由原子直接构成的。每一种元素只包含唯一一种原子,而这些原子相互结合起来就形成了化合物。

英国化学家约翰·道尔顿

量子、质子与夸克

1897年,在研究关于阴极射线的工作中,英国物理学家约瑟夫·汤姆生打开了原子的大门,发现了电子以及它的亚原子特性,粉碎了一直以来认为原子不可再分、原子是基本粒子,“原子=宇宙本体”的设想信条。

1900呢,一位谨慎的德国物理学家马克斯·普朗克首先提出了量子的概念,掀起了20世纪初量子物理学的帷幕。

量子一词来自拉丁语quantus,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”,高能物理学对量子基本定义为:“量子是最小的不可分割的物理量”。

年轻时的普朗克真是一个洋帅哥

1905年,德国物理学家爱因斯坦把量子概念引进光的传播过程,提出“光量子”(光子)的概念,并提出光同时具有波动和粒子的性质,即光的“波粒二象性”。

1918年,英国物理学家欧内斯特·卢瑟福任卡文迪许实验室主任时,用α粒子轰击氮原子核,注意到在使用α粒子轰击氮气时他的闪光探测器纪录到氢核的迹象,发现了质子,并预言了不带电的中子存在。质子命名为proton,这个单词是由希腊文中的“第一”演化而来的。卢瑟福因此提出:原子序数为1的氢原子核即质子是一个基本粒子。

20世纪20年代,法国物理学家德布罗意提出“物质波”概念,即一切物质粒子均具备波粒二象性;德国物理学家海森伯等人建立了量子矩阵力学;奥地利物理学家薛定谔建立了量子波动力学。量子理论的发展进入了量子力学阶段。

1928年,英国物理学家狄拉克完成了矩阵力学和波动力学之间的数学等价证明,将两大理论体系——相对论和量子力学成功地结合起来,揭开了量子场论的序幕。

20世纪30年代中期发明了粒子加速器,科学家们能够把中子打碎成质子,把质子打碎成为更重的核子。发现核子之后,卢瑟福“质子是基本粒子”的主张不攻自破!

发现质子的远古科学家卢瑟福

20世纪50年代,唐纳德·格拉泽发明了“氢气泡室”,将亚原子粒子加速到接近光速,然后抛出这个充满氢气的低压气泡室。这些粒子碰撞到质子(氢原子核)后,质子分裂为一群陌生的新粒子。这些粒子从碰撞点扩散时,都会留下一个极其微小的气泡,暴露了它们的踪迹。科学家无法看到粒子本身,却可以看到这些气泡的踪迹。

1964年,美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——Quark组成的。夸克是夸克的空间尺度是微观粒子中最小的,大约小于10-^19次方米。

可以观察夸克运动痕迹的氢气泡室

普朗克的“量子”=庄子的“小一”吗?

古希腊哲学家德谟克利特的原子论是一种哲学本体论主张,拉瓦锡借用德谟克利特的原子概念,把“用化学手段不能分解的最小单位”称为“原子”。汤姆生打开了原子的大门,发现了电子以及它的亚原子特性,原子不在是基本粒子。普朗克提出了最小的不可分割的“量子”概念,但却并无实验证明。卢瑟福发现了质子的痕迹,认为“质子”是基本粒子。格拉泽发明了“氢气泡室”,观察到质子分裂后的新粒子;盖尔曼和茨威格各自将这种新粒子命名为是“夸克”,提出质子和中子是有3个夸克组成的夸克模型,荣获1969年诺贝尔物理学奖。

右侧是提出夸克模型荣获1969年诺贝尔物理学奖的默里·盖尔曼

之所以学术界极端重视微观粒子的发现,是因为西方物理学家试图用微观粒子来解读整个宇宙自然的规律,这种逻辑是源于基本粒子=宇宙本体。人类一旦能够认知和解读基本粒子,代表着已经揭示出了宇宙自然之奥!但西方物理学用人为力的视角来解读自然,把基本粒子定义为是人们认知并能实证的构成物质的最小或/及最基本的单位。

拉瓦锡把原子当成是基本粒子,卢瑟福把质子当成是基本粒子,盖尔曼和茨威格又把夸克当成是基本粒子。后来的研究又发现,夸克内部本身也很复杂,仅仅种类就有6种,称其为基本粒子不符合逻辑。美籍华裔物理学家丁肇中,就是因为其领导的布鲁克黑文国家实验室于1974年发现了6种夸克之一的璨夸克,而荣获了1976年的诺贝尔物理学奖。

丁肇中在台湾大学介绍实验物理的宣传海报

极端重视实验物理的倾向,源自自然科学始祖、近现代哲学之父笛卡尔“普遍怀疑”的认识论主张。从逻辑上来说,人类可以借助于科学仪器用实验观察的方式证明微小粒子的存在,代表的是人为现有的认知能力,而非宇宙自然实质上的基本粒子。人为无法通过实验证明来进行认知的并非不存在。

科技的进步可以拓展人类能够实验观察证明的范围,但一方面这种进步是有度的,从分辨率的角度来看,从肉眼0.1-0.2毫米,光学显微镜0.2微米,电子显微镜0.2纳米,到最尖端的隧道扫描显微镜0.1埃米,即10^-11次方米,也只能观察到原子,对更加微小的“原子核”、“质子”和“夸克”则只能是间接观察,即通过痕迹来确定其存在;另一方面,不管是宏观宇宙,还是微观粒子,认知的永远是圆圈内的部分,圆圈越大,外面未知的领域就更大。

《中庸》第13章,子曰:“道不远人。人之为道而远人,不可以为道。”道=宇宙本体,道不远人,就在我们的身边。高能物理学用实验证明手段研究和观察微观粒子的手段,不管是粒子加速器也罢,气泡室也罢,隧道扫描显微镜也罢,还是实验证明研究者的素质也罢,其研究宇宙本体之路是远离芸芸众生的,因此不可以为道。

儒家始祖、先秦文献整理集大成者孔子

相反,道即宇宙本体并非不能实验证明,只是其实证的手段并不借助于高科技设备,而是芸芸众生就可以为之的,而且在中国至少已经历经6500-7000年以上,从人文始祖伏羲开启,黄帝、文王、周公、管子、老子、孔子、墨子、宋钘、尹文、孟子、庄子、惠子、王充、张载等等思想界的大咖们全部都是通过修真入道的方式,实证了道即元气存在的。他们的传世之作都是在证悟。

中国历朝历代的修真者不计其数,在这个高度文明的信息时代,茫茫人海之中的修真者也如恒河沙数。中国哲学的三大理论:元气论、阴阳律和五行论,奠基于元气本体论基础之上的中医理论,乃至于中国传统文化之中的优秀精华,绝大多数都是来自于通过修真实证了元气存在,并能将元气与表象运用理性逻辑手段相结合的可以证悟的思想家。

为何说修真入道方式不是远人之道呢?因为人人可为,不需要什么外在的苛刻条件限制。何为修真?修,修炼、修行;真,真气,真理,本体。修真可以简单理解为是修炼真气、修行真气、观看本体。其方式就是通过调息导引、静心净心、抑识神、兴元神,就可以实证元气存在了。

老子“致虚极,守静笃”

《老子》第16章“致虚极,守静笃。万物并作,吾以观其复。”识神即自我意识可以感知的“我”,抑识神达至虚极之后,人进入入静入定态之后,掌控自然力系统的潜意识主宰者元神兴奋起来,就可以实证宇宙万物内部元气本体循环往复的发展变化规律了。从人文始祖伏羲在7000年前开启华夏文明之后,历朝历代的修真者实乃中国文化可以一脉相承地延续发展至今的中坚力量!

当今世界的人文舞台上是西方文化一枝独秀在独领风骚,以自然科学为代表的西方文化确实给人类生活带来了极大的便利,科学也确实是一个好东西。但西方文化对本体无解,使自然科学把人为力研究到了极致,却根本就没有认知自然力!因为本体=自然,元气力=自然力!

在全面复兴中国优秀传统文化的时代背景之下,把中国文化最光辉灿烂的一面——由伏羲-黄帝-文王-老子-庄子开启、传承和发展而来的道本体论,发掘之、传承之,中西文化交流互鉴、互相印证、取长补短,并与时俱进地予以创新,实乃是当代文人学者所肩负的最重要的历史使命!

夸克在氢气泡室中的“鬼”迹.

奉行逻辑实证主义的自然科学的特质是定义明确、概念具体、数据、实证。而高能物理学发展到今天,夸克的轨迹却看似杂乱无章,毫无秩序的“鬼”迹;量子力学对微观粒子的认知局限于测不准、不确定、模糊、量子纠缠和波粒二象性等。可见,量子世界并不适合于用追求明确、具体、数据和实证的科学手段来进行解读。

量子领域的研究之所以被拔高到终极科学的高度,因为其目标是为了解读宇宙自然之奥。《老子》第62章曰:“道者,万物之奥。”老子的道本体论就是在解读宇宙自然之奥的,有关宏观宇宙及微观粒子领域的学问属于宇宙的终极问题,是哲学本体论的研究领域。宇宙太浩瀚,粒子太渺小,“大一”和“小一”领域的问题是无法通过科学手段来认知的!将老庄之道与高能物理学做一些比较和研究,是不是可以找到解读量子世界的路径呢?

量子有多大?德国物理学家普朗克曾经提出过“普朗克长度”,其数值为1.6×10^-35米。普朗克长度又被称为是“长度的量子”。夸克的直径约为10^-19米,夸克比量子大了10^16方倍。地球直径12756千米,即1.2756×10^7次方米,一个大蚂蚁的长度约1.7-1.8cm,即1.7-1.8×10^-2次方米,地球直径充其量是蚂蚁长度的10^7次方倍。

量子的定义是最小的、不可分割的物理量,量子的定义与《庄子-天下》对“小一”的定义是相同的:“至大无外,谓之大一;至小无内,谓之小一。”即普朗克“量子”=庄子“小一”!

既然“量子”的定义与“小一”的定义相同,我们可以用老庄之道来解读量子世界。西方科学家无法用科学定律、数学公式和分子式来解读量子世界,量子发展变化“测不准、不确定和模糊”不正是宇宙本体元气形而上的自然属性吗?但看似无序,事实上宇宙本体元气的运动是有序的,但这个“序”不是科学定律、数学公式或分子式,因此不适合用科学手段来进行研究;而是适合于用哲学手段来抽象概括!

战国时期道家大师庄周

这种解读宇宙之奥的方式,可以用《易经》的“变易”、“简易”和“不易”——“三易”来理解,宇宙万象错综复杂、千姿万态,处在不断的发展变化之中——“变易”,无法用明确、具体、精准的科学语言来进行解读,但却可以用“简易”的哲学语言,将宇宙本体“不易”的本质抽象出来。如《庄子-知北游》对宇宙本体的命题“通天下一气耳!”西方物理学所研究的基本粒子,包括原子、量子、质子、夸克等等,全部都是元气的产物,其发展变化是由其内部元气聚散消长的变化决定的!

中国文化包括中国医学就是源自中国道本体的三大哲学定律——元气论、阴阳律和五行论!高能物理学研究出来的“量子纠缠”和“波粒二象性”,是在说明宇宙本体元气发展变化的有序性。

量子世界的大咖们

西方自然科学是用笛卡尔“机械自然观”的立场解读宇宙自然规律的。爱因斯坦所说的光的“波粒二象性”,德布罗意所说的“物质波”与“物质粒子的波粒二象性”,事实上是在说明元气的物质能量与精神智慧浑然一体、密不可分的特质。其中“粒”反映的是元气的物质属性;“波”意味着“动”,反映的是微观粒子依托于元气的能量属性;“波”的形式反映的是元气运动存在的形式,属于精神智慧属性范畴。

而狄拉克的量子场论则属于宇宙本体的存在场,这个存在场也就是元气场。由伏羲-黄帝-文王-老子-庄子开启、传承和发展而来的道本体论,是用元气自然观的立场解读宇宙自然规律的。天有天的元气场,地有地的元气场,人有人的元气场,万物有万物的元气场,粒子有粒子的元气场。这些全部都在庄子“通天下一气耳!”的宇宙本体元气的范畴之内!

有人说,中国文明就是修真文明!向从伏羲开始,开启、传承和发展完善中国道本体、中医等优秀传统文化的古圣先贤的修真者致敬!

文喜有话说 2012.12.30.

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