物理学步入禅境：缘起性空

物理学步入禅境：缘起性空 [1]

中国科学技术大学前校长　朱清时院士 [2]

20世纪是人类历史上一个有趣的时期，这个时期的人类一面尽情地享受着自然科学创造的巨大物质财富：核能、激光、电子技术等等，一面却不了解甚至不接受它的一些基本观念。其实这些观念有大量严谨的科学根据，不过真正懂得它们的人太少，因此没有被人们重视和接受。

下面这则消息就说明了这种状况：

（中新网）北京2006年8月19日消息：霍金在昨天的科普报告过程中只赢得了两三次掌声，全场几乎没有会心的笑——他的理论太玄奥，以至于大多数来自北大、清华的学子都说没太听懂。据北京晨报报道，昨天下午，北京国际会议中心排起数百米的长队。门口有人私下兜售门票——最少500元一张。询问退票的人也不少，大家都期待着一睹霍金风采。但两个小时的公众科普报告尚未结束，已有人提前退场——实在听不懂。

霍金这次讲的“宇宙的起源”，其基础是当代自然科学的最新成就——弦论。真正懂得这个理论的人，都会产生一种强烈的敬畏、惊讶和震撼感。本文尝试用大家听得懂的语言，大致解说一下弦论的主要概念，以期让读者体会些许的敬畏和震撼，并一窥宇宙的奥秘。

我们从当代著名的哲学家施太格缪勒（Wolfgang Scegmuller）在《当代哲学上流》 [1] 一书中写的一段名言开始。他写道：“未来世代的人们有一天会问：20世纪的失误是什么呢？对这个问题他们会回答说：在20世纪，一方面唯物主义哲学（它把物质说成是唯一真正的实在）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。但是另一方面，恰恰是这个物质概念始终是使这个世纪的科学感到最困难、最难解决和最难理解的概念。”这就是说，一方面以“唯物主义”为标记的哲学广为流行，而另一方面“物质”究竟是什么？却又说不清。施太格缪勒正是在这里看到了“20世纪的失误” [2] 。

你可能会问，究竟什么是物质？它为什么是科学家感到最困难、最难解决和最难理解的概念？

早在古希腊时代，原子论者就猜想，物质是构成宇宙的永恒的砖块，万物从它所出，最后又复归于它；它不生不灭，不增不减，是世界过程绝对同一的起点和终点。物质作为普通的、不变的东西，必然是绝对的实体和基质。实体者，“实实在在”的客体之谓也。物质及其性质必须独立于人类的意识而存在，是客观的实体。

后来，以牛顿力学为基础的经典物理学，继承了上述古代原子论的观点，把物质归结为具有某些绝对不变属性的质点的集合。质点概念本来是对作整体运动的固体的一种抽象，但它在液体、气体乃至热现象中的应用也获得了成功。对于所有这些能够具有机械运动的物质形态，物理学称之为实物。在当时的自然哲学中，又称之为实体。把物质归结为物体，进而把物质看成实体，这同质量在牛顿力学中的特殊地位和作用有关。牛顿之所以把质量定义为“物质多少”的量度，就是因为在任何机械运动过程中，乃至在化学反应中，质量始终如一。质量被理所当然地看成是物质本身所绝对固有的，被看成物质不灭或实体不变原理的具体表现。

以牛顿力学为代表的经典物理学在19世纪末所取得的巨大成功，使得认为物质是绝对实体的唯物主义成了在20世纪处于支配地位的哲学，正如前面引用的施太格缪勒的名言所讲到的。

然而，20世纪爱因斯坦发明的相对论开始揭示出了物质的实体观的谬误。首先，相对论证明质量与速度有关，同一个物体，相对于不同的参考系，其质量就有不同的值。

想象一个在推一辆没有任何阻力的小板车，只要持续推它，速度就会越来越快；但随着时间的推移，它的质量也越来越大，起初像车上堆满了木柴，然后好像是装着钢铁，最后好像是装着一个地球……当小板车达到光速时，整个宇宙好像都装在了它上面——它的质量达到无穷大。这时，无论施加多大力，它也不能运动得再快一些。

当物体运动接近光速时，不断地对物体施加能量，可物体速度的增加越来越难，那施加的能量去哪儿了呢？其实能量并没有消失，而是转化为了质量。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和链式反应，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。

既然质量不再是不变的属性，那种认为质量是物质多少的量度的概念就失去了意义。既然物质与能量是可以相互转化的，能量并非“实体”，物质也就不能再被看作是实体。

与此同时，科学家对物质结构的认识也迅速深入发展。在20世纪30年代以前，经典物理学一直认为：物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是组成物质的最小“砖块”。1932年，科学家经过研究证实：原子是由电子、中子和质子组成的。以后，科学家们把比原子核次一级的小粒子，如质子、中子等看作是物质微观结构的第三个层次，统称为基本粒子。1964年，美国物理学家马雷·盖尔曼大胆地提出新理论：质子和中子并非是最基本的颗粒，它们是由一种更微小的东西——夸克构成的。为了寻找夸克，全世界优秀的物理学家奋斗了二十年，虽然一些实验现象证实了夸克的存在，然而单个的夸克至今未找到，人们始终不识庐山真面目。对此，粒子学家们的解释是：夸克是极不稳定的、寿命极短的粒子，它只能在束缚态内稳定存在，而不能单个存在。

不仅如此，迄今人们所知道的300多种基本粒子中，除少数寿命特别长的稳定粒子（如光子、中微子、电子和质子）外，其他都是瞬息即逝的，也就是说，它们往往在诞生的瞬间就已夭折。例如，通过弱相互作用衰变的粒子有20余种。其中，丌±介子的寿命大致为2.6×10 -8 秒，即丌±介子经过一亿分之一秒就衰变成了其他粒子。通过电磁相互作用衰变的粒子共两种，它们的寿命就要短得多了。丌±介子的寿命是0.84×10 -16 秒，门介子的寿命是3×10 -19 秒。比起丌±介子来，它们的寿命竟分别要短8～11个数量级。寿命最短的，则要算通过强相互作用衰变的“共振态粒子”（如△粒子、∑粒子等）。它们的伙伴特别多，占基本粒子家族成员的一半以上，共200多种。它们的寿命之短到了惊人的地步，以至于人们很难用确切的形容词来描述它们的衰变过程；粒子物理学家即使利用最优的实验手段也已无法直接测量它们，而只能用间接的方法推算出它们的寿命。它们只能生活一千万亿亿分之一秒左右，即寿命大致是10 -28 秒。

为什么绝大多数基本粒子都如此短命？如何理解我们的物质世界就是建立在这些瞬息即逝的“砖块”上？

在20世纪的后期，物理学的一个前沿领域——弦论的发展又使我们对物质的看法更进了一步。

什么是弦论呢？爱因斯坦在后半生中，一直在寻找统一场论，即一个能在单独的包罗万象的数学框架下描写自然界所有力的理论。他渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭示宇宙活动的奥秘，由此而展示自然界的动人美丽和优雅。爱因斯坦未能实现他的梦，因为当时人们还不知道自然界的许多基本特征。但在他去世以后的半个世纪中，人们已构筑起越来越完整的有关自然界的理论。如今，相当一部分物理学家相信他们终于发现了一个框架，有可能把这些知识缝合成一个无缝的整体——一个单一的理论，一个能描述一切现象的理论，这就是弦论。它正在实现当年爱因斯坦满怀热情追求的统一理论的理想。

弦论可以用来描述引力和所有基本粒子。它的一个基本观点就是自然界的基本单元，如电子、光子、中微子和夸克等等，看起来像粒子，实际上都是很小很小的一维的弦的不同振动模式。正如小提琴上的弦，弦理论中的宇宙弦（我们把弦论中的弦称作宇宙弦，以免与普通的弦混淆）可以作某些模式的振动。每种振动模式都对应有特殊的共振频率和波长。小提琴弦的一个共振频率对应于一个音阶，而宇宙弦的不同频率的振动对应于不同的质量和能量。所有的基本粒子，如电子、光子、中微子和夸克等等，都是宇宙弦的不同振动模式或振动激发态。每条宇宙弦的典型尺度约为长度的基本单位，即普朗克长度（10 -33 厘米）。简言之，如果把宇宙看作是由宇宙弦组成的大海，那么基本粒子就像是水中的泡沫，它们不断在产生，也不断在湮灭。我们现实的物质世界，其实是宇宙弦演奏的一曲壮丽的交响乐 [3] ！

有人会说，把物质世界看是宇宙弦演奏的一曲交响乐，不正是与物质的对立面——意识有些相同了吗？是的。按照当前流行的观点，意识是完全基于物质基础（我们的脑）而存在，但意识不是一种具体的物质实在，因为没有人在进行脑科手术时在颅骨内发现过任何有形的“意识”的存在。我们都知道贝多芬的交响乐，可以用一套乐器把它们演奏出来，但这套乐器本身并不是交响乐。意识是大脑演奏的交响乐。这个图像为理解“心物一元”，即意识和物质的统一，开辟了新途径。

有人还可能说，无论宇宙弦多小，无论人们能否观察到它们，宇宙弦总归是客观实在，它们是组成物质世界的基本单元，因此物质世界也应该是客观实在。此话不准确。组成物质世界的基本单元是宇宙弦的各种可能的振动态，而不是宇宙弦自身，就像组成交响乐的基本单元是乐器上发出的每一个音符，而不是乐器自身一样。

在弦论之前，物质的实在性体现在组成客观世界的砖块是上百种原子，这些原子都是由质子、中子和电子等基本粒子组成。这些基本粒子都被当做是物质实体，都是组成物质世界的“超级砖块”，因而可以把物质世界看作是物质实体。在弦论之中，情况发生了根本变化。过去认为是组成客观世界的砖块的基本粒子，现在都是宇宙弦上的各种“音符”。多种多样的物质世界，真的成了“一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观”。（《金刚经》）物理学到此已进入了“自性本空”的境界！

有人会想，天啊！物质都不是客观实在了，那么世界上还有什么东西是实在的吗？回答是，有的。事物之间的关系就是实在的。我们根据20世纪自然科学的进展，可以用关系实在来取代绝对的物质实体，即主张事物不是孤立的、由固有质构成的实体，而是多种潜在因素缘起、显现的结果。每一存有者都以他物为根据，是一系列潜在因素结合生成的。“观象、实在和存有被限定在一组本质上不可分离的关系结构中”。 [4]

哲学家们在论述“关系实在”时使用的哲学词汇对你可能生涩难懂，我们还是用例子来解说。

我们看见一束红光，这是一个事件，是一个“果”。这个果是由多种因缘聚合而产生的。首先是光的波长值，这是“第一性质”，这类性质还有如物体的广延性等，是物体自身内在所固有，它既不依赖于观察者，也不依赖它物，也就是说，它是无对而自行确立的。我们把这些第一性质又称为“因”。其次，我们还需要具备其他一些条件，如眼睛正好睁开，没有色盲，往正确方向看，以及眼与光源之间无障凝物，等等。我们把这些条件称为“关系参量”，又称为“缘”。这些因缘聚合产生了红光这个果。“红色”这类颜色性质是“第二类性质”，其存在至少部分地依赖于观察者。“关系实在论”就是说，关系参量是不可消除的，没有它们，就不会有“看见红光”这个果，因而是实在的。

再举一个更清楚的例子。要得到一颗苹果树，首先要有一粒苹果的种子，这是“因”。但是单靠这粒种子也不会长成一棵苹果树，比如把种子放在仓库里，无论放多久也不会长出树来，所以单有因是结不出果的。一定要将种子放在土壤中，并且要有适当的水分、阳光、温度、肥料等等的配合，种子才会发芽长大，最后长成一棵苹果树，结出苹果来。这里的土壤、水分、阳光、温度、肥料等等，就是“缘”。所以“因”一定要配合适当的“缘”，在因缘和合之下，才能生出果来。

缘是许多的配合条件。缘有好缘，也有不好的（“恶”）缘。因此即使是同样的种子，结出的果也就很不相同了。比如，把种子放进贫瘠的泥土里，或者施肥不够，苹果树必然长得不大，结出的苹果也不会好吃。假如把种子放在肥沃的土壤中，加上细心照料，结出的果实就会香甜好吃。由此可见，同样的因遇到不同的缘，结出的果便会很不相同。同时，由于缘是由很多条件配合而成的，所以缘会不停地变化着。既然缘会影响果，而缘又在那么多条件配合下产生作用，假如某个条件改变了，甚至消失了，那么果便可能不再存在。在苹果的例子中，如果天旱缺水，苹果树便会因之枯萎。所以当因缘散尽之时，果就会灭。换句话说：“因缘和合而生，因缘散尽而灭。”

有的读者可能已经发现，以上这些关于苹果的文字，是转述潘宗光《佛教与人生》 [5] 一书有关缘起法内容。所谓“关系”者，“缘”也，“关系实在论”其实与佛学缘起说的基本思想一致。

总之，在21世纪开始的时候，以弦论为代表的物理学真正步入缘起性空的禅境了。回头再看一下本文起头的那则消息，不难明白为何人们难以听懂霍金的那么生动的报告了，原因就是物质是实体的观念在人们的心中太执着了！

佛学认为物质世界的本质就是缘起性空。藏识海（又名如来海）是宇宙的本体。物质世界的万事万物都是风缘引起的海上波涛，换言之，物质世界就是风缘吹奏宇宙本体产生的交响乐。

《入楞伽经》云：“譬如巨海浪。斯由猛风起。洪流鼓冥壑。无有断绝时。藏识海常住。境界风所动。种种诸识浪。腾跃而转生。”

这句偈语说：譬如一个大海，风平浪静，澄然湛寂，当阵阵烈风吹来时，使平静的大海，生起重重无尽的浪波，从此便如万壑怒号，天地晦冥，再没有停息澄清的时候了。宇宙的本体——藏识海（如来海）本是澄然湛寂，随缘常住而不变的。因内外境风的吹荡，便使寂然清净的本体，随变为浪潮起伏，跟着生起前面七识的种种作用。由此波浪互相撞击，奔腾澎湃，便转生一切境界，而无有止境了。

青赤种种色。珂乳及石蜜。淡味众华果。日月与光明。

非异非不异。海水起波浪。七识亦如是。心俱和合生。

这句偈语说：须知世间种种色相，乃至如地下的矿物，林中的植物，与天上的日月光华等等，追溯根源，也都是由如来藏识一体的变相。这些物体和藏识，在本质上并非相异，可是当它们形成万物之后，却不能说与心识的作用是无异的了。譬如海水既然转变成为波浪，波浪的形式与作用，和整个的海水便不同了；可是波浪的根本，还是由海水所转变而来的。由物的方面来说，万类的分齐差别（分化和归类）也都是从此一体所化生。由心的方面来说，七种识的分别作用，也都是由如来藏识所转生。又因心与物的和合，发生世间种种事情，于是本来澄清的识海，便永无宁日了（按：青赤等种种物色，是指眼根色尘的对象。珂珮是指耳根声尘的对象。乳及石蜜，是指鼻根香尘的对象。淡味众华果，是指舌根味尘的对象。日月与光明，是指身根触尘的对象）。 [6]

这里海水与波浪的关系，正是弦与音乐的关系。它们也正是物质世界与宇宙本体的关系。当我弄懂了这个道理的时候，心里充满了敬畏和震撼。读到这里，你可能感到：“科学家千辛万苦爬到山顶时，佛学大师已经在此等候多时了！”

引文

[1]施太格缪勒：《当代哲学主流》，第536页，商务印书馆，1992年。

[2]罗嘉昌：《从物质实体到关系实在》，序言，中国社会科学出版社，1996年。

[3]B.格林：《宇宙的琴弦》，李泳译，湖南科学技术出版社，2005年。

[4]罗嘉昌：《关系实在论：纲要和研究纲领》，载《场与有》（一），第78页，东方出版社，1994年。

[5]潘宗光：《佛教与人生》，复旦大学出版社，2005年。

[6]南怀瑾：《南怀瑾选集》，第九卷《愣伽大义今译》，第三章，复旦大学出版社，2005年。

附：

朱清时院士：“荣休”之际 [3]

对于朱清时院士个人来说，2008年是个重要年份，不久后他就要在中国科技大学校长的位置上“光荣退休”了。今年仅62岁的朱清时，已经做了2年副校长，10年校长。

他似乎永远是走在前面的人：1974年，“文革”还未结束，他已经开始大科研项目的组织实施。1978年，科学的春天刚刚来临，他已经准备走出国门，接受最前沿的科研浸染。1991年，在他45岁的时候，当选为当时最年轻的中国科学院院士。

他的选择有时异乎常人，他的做法有时违背潮流，他的思想有时也不那么主流。甚至，他的追求也不那么“与时俱进”。

其实，他成长的年代并非英才辈出的年代，他所处时世也并非“时势造英雄”的时世。有人说人生重要的就那么几步。朱清时说，人生的确有几步是非常重要的。但他每一步都认真走好。

追寻他的内心世界，若不是他对自然科学轻而易举地驾驭，或许他更应该是个诗人、思想家、哲学家。在他还是一个少年时，他就被柳宗元“千山鸟飞绝，万径人踪灭。孤舟蓑笠翁，独钓寒江雪”的简约与气度吸引，从此，他都在追求这种美。

燕雀安知鸿鹄之志，谁解雪芹红楼之味？

[作者注：老子所说的“道”不是孔子讲的“一阴一阳谓之道”的“道”，不是二，是三。“三生万物”，三是道冲，是盅、是三、是中，是造成阴阳的“中”，是“缘”，是时间、条件、地点；不同的“缘”就是在不同的境界中，不同的条件是相生、相克、相辅相成的，“道”是结合阴阳的“中”，是零物质，在内丹修炼中就叫真土、真信、真意、刀圭，它有三界九个规律。三界在有界的规律是有无、相待、化生流行始终；在有无界的规律有三个：自然、无为、返本；在无界只有一个规律：无无。当我们完全悟到前五个规律，我们在有界；如果还未进入有无界，我们是无法悟到什么叫自然、返还、有无三个规律的。不到无为境界，也无法理解这一规律，等将来进入了有无界和无界时，我们才敢说什么是老子说的“道”了。道是“三界九律”，也是连接“三界九律”的“缘”，不练功是不可能完全理解什么是“道”的。练内丹就叫“修大道”，其教科书就是《道德经》，是老子修炼经验的总结，但是后来被人们随意解读得面目全非了。所以公元124年，千古“丹经王”魏伯阳才不得不写了《周易参同契》，认为周易、大道（内丹）、黄帝老子学说是契同的、契合的。此书后来被纪晓岚收编入《四库全书》的“子部”，使此书得以流传，我们今天才有缘得以亲睹。]

[1] 本文是朱清时院士2006年12月在香港九大高校联手合办的“学艺兼修·汉学大师——饶宗颐教授九十华诞国际学术研讨会”上所做的学术报告。

[2] 朱清时，化学家、教授、博士生导师、中国科学院院士，曾任中国科学技术大学校长、高等研究院院长。1991年当选为中国科学院院士。曾在美国加州大学圣巴巴拉分校和麻省理工学院做访问学者，美国布鲁克海文实验室和加拿大国家研究院的客座科学家，法国格林罗布尔、帝戎和巴黎大学的客座教授，并作为英国皇家学会客座研究员在剑桥、牛津和诺丁汉大学工作。曾获1994年海外华人物理学会亚洲成就奖和1994年国际著名学术杂志《光谱化学学报》（Spcctrochemica Acta）设立的汤普逊纪念奖。

[3] 本文是《科技时报》记者杨虚杰对朱清时院士的采访报道，刊于2008年7月8日《科学时报》。