“量子纠缠”与佛菩萨---提问

物理学步入禅境：缘起性空

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作者：中国科学技术大学 前校长 中国科学院院士 朱清时  

　　　　　　　　　　　　　　　　　序言  
　　二十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。  
　　据北京晨报报导，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 Stegmuller）在《当代哲学主流》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： 二十世纪的失误是什么呢？对这个问题，他们会回答说：在二十世纪，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“二十世纪的失误”。
　　你可能会问，究竟什么是物质？它为什么是科学感到最困难、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。物质作为普遍的、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十九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二十世纪处于支配地位 的哲学，正如前面引用的施太格缪勒的名言所讲的。
　　然而，二十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。

想象一个人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。在本世纪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20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，其它都是瞬息即逝的，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，π±介子的寿命大致为2.6×10-8秒，即π±介子经过一亿分之一秒就衰变成了其它粒子。
　　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。π0介子的寿命是0.84×10-16秒，η介子的寿命是3×10-19秒。比 起π±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Δ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。它们的寿命之短达到了惊人的地步，以致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？
　　在二十世纪的后期，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，由此而展示的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，那末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！
　　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，就像组成交响乐的单本单元 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 粒子都被当作是物质实体，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。
　　我们根据二十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。“现象、实在和存有被限定在一组本质上不可 分离的关系结构中”。
　　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，借用哲学家们熟悉的语言，这是“第一类性质”，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，我们还需要具备一些其它条作，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碍物，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。
　　要得到一棵苹果树，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》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，在二十一世纪开始的时候，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，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“如来藏”）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（如来藏）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。
　　如经文所说：“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，可是当它们形成为万物之后，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。珂佩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。）
　　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！”