『量子糾纏』與佛菩薩---提問

物理學步入禪境：緣起性空

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作者：中國科學技術大學 前校長 中國科學院院士 朱清時  

　　　　　　　　　　　　　　　　　序言  
　　二十世紀是人類歷史上一個有趣的時期，這個時期的人類一面盡情地享受着自然科學創造的巨大物質財富： 核能、激光、電子技術， 等等，一面卻不了解甚至不接受它的一些基本觀念。其實這些觀念有大量嚴謹的科學根據，不過真正懂得它們的人太少，因此沒有被人們重視和接受。  
　　下面這則消息，就說明了這種狀況：  
　　中新網北京2006年8月19日消息：霍金在昨天的科普報告過程中只贏得了兩三次掌聲，全場幾乎沒有會心的笑——他的理論太玄奧，以至於大多數來自北大、清華的學子都說沒太聽懂。  
　　據北京晨報報導，昨天下午，北京國際會議中心排起數百米的長隊。門口有人私下兜售門票--最少500元一張。詢問退票的人也不少，大家都期待着一睹霍金風采。但兩個小時的公眾科普報告尚未結束，已有人提前退場——實在聽不懂。  
　　霍金這次講的【宇宙的起源】，其基礎是當代自然科學的最新成就-弦論。真正懂得這個理論的人，都會產生一種強烈的敬畏、驚訝和震撼感。本文嘗試用大家聽得懂的語言，大致解說一下弦論的主要概念，以期讓讀者體會些敬畏和震撼，並一窺宇宙的奧秘。  
　　我們從當代著名的哲學家施太格繆勒（Wolfgang Stegmuller）在【當代哲學主流】一書中寫的一段名言開始。  
　　他寫道：『未來世代的人們，有一天會問： 二十世紀的失誤是什麼呢？對這個問題，他們會回答說：在二十世紀，一方面唯物主義哲學(它把物質說成是唯一真正的實在)不僅在世界上許多國家成為現行官方世界觀的組成部分，而且即使在西方哲學中，譬如在所謂身心討論的範圍內，也常常處於支配地位。  
　　『但是另一方面，恰恰是這個物質概念始終是使這個世紀的科學感到最困難、最難解決和最難理解的概念。』
　　這就是說，一方面以『唯物主義』為標記的哲學廣為流行，而另一方面『物質』究竟是什麼？卻又說不清。施太格繆勒正是在這裏看到了『二十世紀的失誤』。
　　你可能會問，究竟什麼是物質？它為什麼是科學感到最困難、最難解決和最難理解的概念？
　　早在古希臘時代，原子論者就猜想，物質是構成宇宙的永恆的磚塊，萬物從它所出，最後又復歸於它，它不生不滅，不增不減，是世界過程絕對同一的起點和終點。物質作為普遍的、不變的東西，必然是絕對的實體和基質。實體者，『實實在在』的客體之謂也。物質及其性質必須獨立於人類的意識而存在，是客觀的實體。
　　後來，以牛頓力學為基礎的經典物理學，繼承了上述古代原子論的觀點，把物質歸結為具有某些絕對不變屬性的質點的集合。質點概念本來是對作整體運動的固體的一種抽象，但它在液體、氣體乃至熱現象中的應用也獲得了成功。
　　對於所有這些能夠具有機械運動的物質形態，物理學稱之為實物。在當時的自然哲學中,又稱之為實體。把物質歸結為物體，進而把 物質看成實體，這同質量在牛頓力學中的特殊地位和作用有關。
　　牛頓之所以把質量定義為『物質多少』的量度，就是因為在任何機械運動過程中，乃至在化學反應中，質量始終如一。質量被理所當 然地看成是物質本身所絕對固有的，被看成物質不滅或實體不變原理的具體表現。
　　以牛頓力學為代表的經典物理學在十九世紀末所取得的巨大成功，使得認為物質是絕對實體的唯物主義成了在二十世紀處於支配地位 的哲學，正如前面引用的施太格繆勒的名言所講的。
　　然而，二十世紀愛因斯坦發明的相對論開始揭示出了物質的實體觀的謬誤。首先，相對論證明質量與速度有關，同一個物體，相對於不同的參考系，其質量就有不同的值。

想像一個人在推一輛沒有任何阻力的小板車，只要持續推它，速度就會越來越快，但隨着時間的推移，它的質量也越來越大，起初像車上堆滿了木柴，然後好像是裝着鋼鐵，最後好像是裝着一個地球……當小板車達到光速時，整個宇宙好像都裝在了它上面——它的質量達到無窮大。這時，無論施加多大力，它也不能運動得再快一些。
　　當物體運動接近光速時，不斷地對物體施加能量，可物體速度的增加越來越難，那施加的能量去哪兒了呢？其實能量並沒有消失，而是轉化為了質量。愛因斯坦在說明物體的質量與能量之間的相互轉化關係時，提出了著名的質能方程：能量等於質量乘以光速的平方。
　　不久後，科學家們發現了核裂變和鏈式反應，把部分質量變成巨大能量釋放出來。現在知道原子彈的人，都相信質量可以轉化成能量 。
　　既然質量不再是不變的屬性，那種認為質量是物質多少的量度的概念就失去了意義。既然物質與能量是可以相互轉化的，能量並非『 實體』，物質也就不能再被看作是實體。
　　與此同時，科學家對物質結構的認識也迅速深入發展。在本世紀30年代以前，經典物理學一直認為：物質是由分子構成的，分子是由原子構成的。原子是組成物質的最小『磚塊』。1932年，科學家經過研究證實：原子是由電子、中子和質子組成的。
　　以後，科學家們把比原子核次一級的小粒子，如質子、中子等看作是物質微觀結構的第三個層次，統稱為基本粒子。
　　1964年，美國物理學家馬雷。蓋爾曼大膽地提出新理論：質子和中子並非是最基本的顆粒，它們是由一種更微小的東西——夸克構成 的。
　　為了尋找夸克，全世界優秀的物理學家奮鬥了20年，雖然一些實驗現象證實了夸克的存在，然而單個的夸克至今未找到，人們始終不識廬山真面目。
　　對此，粒子學家們的解釋是：夸克是極不穩定的、壽命極短的粒子，它只能在束縛態內穩定存在，而不能單個存在。
　　不僅如此，迄今人們所知道的300多種基本粒子中，除少數壽命特別長的穩定粒子（如光子、中微子、電子和質子）外，其它都是瞬息即逝的，也就是說，它們往往在誕生的瞬間就已夭折。
　　例如，通過弱相互作用衰變的粒子有20餘種。其中，π±介子的壽命大致為2.6×10-8秒，即π±介子經過一億分之一秒就衰變成了其它粒子。
　　通過電磁相互作用衰變的粒子共兩種，它們的壽命就要短得多了。π0介子的壽命是0.84×10-16秒，η介子的壽命是3×10-19秒。比 起π±介子來，它們的壽命竟分別要短8～11個數量級。
　　壽命最短的，則要算通過強相互作用衰變的『共振態粒子』（如Δ粒子、∑粒子等）。它們的夥伴特別多，占基本粒子家族成員的一半以上，共200多種。它們的壽命之短達到了驚人的地步，以致於人們很難用確切的形容詞來描述它們的衰變過程；粒子物理學家即使利用最優的實驗手段也已無法直接測量它們，而只能用間接的方法推算出它們的壽命。它們只能生活一千萬億億分之一秒左右，即壽命大致是10-28秒 。
　　為什麼絕大多數基本粒子都如此短命？如何理解我們的物質世界就是建立在這些瞬息即逝的『磚塊』上？
　　在二十世紀的後期，物理學的一個前沿領域-弦論的發展又使我們對物質的看法更進了一步。
　　什麼是『弦論』呢？
　　愛因斯坦在後半生中，一直在尋找統一場論，即一個能在單獨的包羅萬象的數學框架下描寫自然界所有力的理論。他渴望以前人從未 成功達到過的清晰來揭示宇宙活動的奧秘，由此而展示的自然界的動人美麗和優雅。愛因斯坦未能實現他的夢，因為當時人們還不知道自然界 的許多基本特徵。但在他去世以後的半個世紀中，人們已構築起越來越完整的有關自然界的理論。
　　如今，相當一部分物理學家相信他們終於發現了一個框架，有可能把這些知識縫合成一個無縫的整體——一個單一的理論，一個能描述一切現象的理論，這就是弦論。它正在實現當年愛因斯坦滿懷熱情追求的統一理論的理想。

弦論可以用來描述引力和所有基本粒子。它的一個基本觀點就是自然界的基本單元，如電子、光子、中微子和夸克等等，看起來像粒子，實際上都是很小很小的一維弦的不同振動模式。正如小提琴上的弦，弦理論中的宇宙弦（我們把弦論中的弦稱作宇宙弦，以免與普通的弦混淆）可以作某些模式的振動。每種振動模式都對應有特殊的共振頻率和波長。小提琴弦的一個共振頻率對應於一個音階，而宇宙弦的不同頻率的振動對應於不同的質量和能量。
　　所有的基本粒子，如電子、光子、中微子和夸克等等，都是宇宙弦的不同振動模式或振動激發態。每條宇宙弦的典型尺度約為長度的基本單位，即普朗克長度（10-33厘米）。
　　簡言之，如果把宇宙看作是由宇宙弦組成的大海，那末基本粒子就像是水中的泡沫，它們不斷在產生，也不斷在湮滅。我們現實的物質世界，其實，是宇宙弦演奏的一曲壯麗的交響樂！
　　有人會說，把物質世界看是宇宙弦演奏的一曲交響樂，不正是與物質的對立面-意識有些相同了嗎？是的。按照當前流行的觀點，意識是完全基於物質基礎(我們的腦)而存在，但意識不是一種具體的物質實在，因為沒有人在進行腦科手術時在顱骨內發現過任何有形的『意識』 的存在。
　　我們都知道貝多芬的交響樂，可以用一套樂器把它們演奏出來。但這套樂器本身並不是交響樂。意識是大腦演奏的交響樂。這個圖像為理解『心物一元』，即意識和物質的統一，開闢了新途徑。
　　有人還可能說，無論宇宙弦多小，無論人們能否觀察到它們，宇宙弦總歸是客觀實在，它們是組成物質世界的基本單元，因此物質世 界也應該是客觀實在。此話不準確。組成物質世界的基本單元是宇宙弦的各種可能的振動態，而不是宇宙弦自身，就像組成交響樂的單本單元 是樂器上發出的每一個音符，而不是樂器自身一樣。
　　在弦論之前，物質的實在性體現在組成客觀世界的磚塊是上百種原子，這些原子都是由質子、中子和電子等基本粒子組成。這些基本 粒子都被當作是物質實體，都是組成物質世界的『超級磚塊』，因而可以把物質世界看作是物質實體。
　　在弦論之中，情況發生了根本變化。過去認為是組成客觀世界的磚塊的基本粒子，現在都是宇宙弦上的各種『音符』。多種多樣的物 質世界，真的成了『一切有為法，如夢幻泡影，如露亦如電，應作如是觀。（【金剛經】）』物理學到此已進入了『自性本空』的境界！
　　有人會想，天啊！物質都不是客觀實在了，那麼，世界上還有什麼東西是實在的嗎?
　　回答是，有的。事物之間的關係，就是實在的。
　　我們根據二十世紀自然科學的進展，可以用關係實在來取代絕對的物質實體，即主張事物不是孤立的、由固有質構成的實體，而是多種潛在因素緣起、顯現的結果。每一存有者，都以他物為根據，是一系列潛在因素結合生成的。『現象、實在和存有被限定在一組本質上不可 分離的關係結構中』。
　　哲學家們在論述『關係實在』時，使用的哲學詞彙，對你可能生澀難懂，我們還是用例子來解說。
　　我們看見一束紅光，這是一個事件，是一個『果』。這個果，是由多種因緣聚合而產生的。
　　首先，是光的波長值，借用哲學家們熟悉的語言，這是『第一類性質』，這類性質還有如物體的廣延性等，是物體自身內在所固有，它既不依賴於觀察者，也不依賴它物，也就是說，它是無對而自行確立的。我們把這些第一性質，又稱為『因』。
　　其次，我們還需要具備一些其它條作，如眼睛正好睜開，沒有色盲，往正確方向看，以及眼與光源之間無障礙物，等等。我們把這些 條件稱為"關係參量"，又稱為"緣"。
　　這些因緣聚合，產生了紅光這個果。『紅色』這類顏色性質是『第二類性質』，其存在，至少部分地依賴於觀察者。
　　『關係實在論』就是說，關係參量是不可消除的，沒有它們，就不會有『看見紅光』這個果，因而是實在的。

再舉一個更清楚的例子。
　　要得到一棵蘋果樹，首先要有一粒蘋果的種子，這是『因』。但是，單靠這粒種子，也不會長成一棵蘋果樹，比如：把種子放在倉庫 裏，無論放多久也不會長出樹來。所以，單有因，是結不出果的。一定要將種子放在土壤中，並且要有適當的水分、陽光、溫度、肥料等等的 配合，種子才會發芽、長大，最後長成一棵蘋果樹，結出蘋果來。這裏的土壤、水分、陽光、溫度、肥料等等，就是『緣』。所以，『因』一 定要配合適當的『緣』，在因緣和合之下，才能生出果來。
　　緣，是許多的配合條件。緣有好緣，也有不好的『惡』緣。因此即使是同樣的種子，結出的果也就很不相同了。比如，把種子放進貧 瘠的泥土裏，或者施肥不夠，蘋果樹必然長得不大，結出的蘋果，也不會好吃。假如把種子放在肥沃的土壤中，加上細心照料，結出的果實就 會香甜、好吃。
　　由此可見，同樣的因，遇到不同的緣，結出的果，便會很不相同。
　　同時，由於緣是由很多條件配合而成的，所以緣會不停地變化着。既然緣會影響果，而緣，又在那麼多條件配合下產生作用，假如某 個條件改變了，甚至消失了，那麼，果便可能不再存在。
　　在蘋果的例子中，如果天旱缺水，蘋果樹便會因之枯萎。所以，當因緣散盡之時，果就會滅。換句話說：『因緣和合而生，因緣散盡而滅。』
　　有的讀者可能已經發現，以上這些關於蘋果的文字，是轉述潘宗光【佛教與人生】一書有關緣起法內容。所謂『關係』者，『緣』也 ，『關係實在論』其實與佛學緣起說的基本思想一致。
　　總之，在二十一世紀開始的時候，以『弦論』為代表的物理學，真正步入『緣起性空』的禪境了！
　　回頭再看一下本文起頭的那則消息，不難明白為何人們難以聽懂霍金的那麼生動的報告，原因就是：『物質是實體』的觀念，在人們 的心中太執着了！
　　佛學認為，物質世界的本質，就是緣起性空。藏識海（又名『如來藏』）是宇宙的本體。物質世界的萬事萬物，都是風緣引起的海上 波濤。
　　換言之，物質世界，就是風『緣』吹奏宇宙『本體』產生的交響樂。
　　【入楞伽經】云：『譬如巨海浪。斯由猛風起。洪流鼓冥壑。無有斷絕時。藏識海常住。境界風所動。種種諸識浪。騰躍而轉生。』
　　這句偈語說：譬如一個大海，風平浪靜，澄然湛寂，當陣陣烈風吹來時，使平靜的大海，生起重重無盡的浪波。從此，便如萬壑怒號，天地晦 冥，再沒有停息澄清的時候了。宇宙的本體——藏識海（如來藏）本是澄然湛寂，隨緣常住而不變的。因內外境風的吹盪，便使寂然清淨的本體，隨變為浪潮起伏，跟着生起前面七識的種種作用。由此波浪互相撞擊，奔騰澎湃，便轉生一切境界，而無有止境了。
　　如經文所說：『青赤種種色。珂乳及石蜜。淡味眾華果。日月與光明。非異非不異。海水起波浪。七識亦如是。心俱和合生。』
　　這句偈語說：須知世間種種色相，乃至如地下的礦物，林中的植物，與天上的日月光華等等，追溯根源，也都是由如來藏識一體的變 相。這些物體和藏識，在本質上並非相異，可是當它們形成為萬物之後，卻不能說與心識的作用是無異的了。
　　譬如海水，既然轉變成為波浪，波浪的形式與作用，和整個的海水便不同了；可是，波浪的根本，還是由海水所轉變而來的。
　　由物的方面來說，萬類的分齊差別（分化和歸類）也都是從此一體所化生。由心的方面來說，七種識的分別作用，也都是由如來藏識 所轉生。又因心與物的和合，發生世間種種事情，於是，本來澄清的識海，便永無寧日了。
　　（按：青赤等種種物色，是指眼根色塵的對象。珂佩是指耳根聲塵的對象。乳及石蜜，是指鼻根香塵的對象。淡味眾華果，是指舌根 味塵的對象。日月與光明，是指身根觸塵的對象。）
　　這裏，海水與波浪的關係，正是弦與音樂的關係。它們也正是物質世界與宇宙本體的關係。當我弄懂了這個道理的時候，心裏充滿了 敬畏和震撼。
　　讀到這裏，你可能感到：『科學家千辛萬苦爬到山頂時，佛學大師已經在此等候多時了！』