《周易》與量子物理學(xué)

申斌

當(dāng)今世界范圍內(nèi)，物理學(xué)家和哲學(xué)家廣泛地討論了由量子物理學(xué)所引起的經(jīng)典物質(zhì)觀的變化，但學(xué)者們很難認識這一點，它幾乎總是朝著這樣的一個方向，即趨向一種與中國的《周易》所持的觀點非常相似的世界觀。量子物理的概念與中國《周易》的哲理所表現(xiàn)出來的思想具有驚人的相似之處。雖然對這種相似性還沒有進行深入的討論，但是我們這一世紀一些偉大的物理學(xué)家在接觸到《周易》后，已經(jīng)十分重視應(yīng)用這種相似性。

玻爾講：“為了與原子理論的教程作一類比……（我必須轉(zhuǎn)向）這樣一些方法論問題，如來佛與老子這樣一些思想家早就遇到了這類問題，就是在存在這幕壯觀戲劇中，如何使我們既是觀眾又是演員的身份能夠協(xié)調(diào)起來?！?/span>

惠斯說：“1937年春玻爾對中國訪問，那次訪問時使玻爾發(fā)現(xiàn)，他那時倡導(dǎo)的并協(xié)原理竟然在中國古代文明中就有它的先河，他認為陰陽圖是并協(xié)原理的一個最好標志?！?/span>

海森伯講：“自從第一次世界大戰(zhàn)以來，日本科學(xué)研究對于理論物理的巨大貢獻可能是—種跡象，它表明在東方傳統(tǒng)中的傳統(tǒng)思想與量子力學(xué)的哲學(xué)本質(zhì)之間有著某種確定的聯(lián)系?！?/span>

愛因斯坦說：“西方科學(xué)的發(fā)展，是以兩個偉大的成就為基礎(chǔ)，那就是希臘哲學(xué)家發(fā)明的形式邏輯體系（在歐幾里德幾何中）以及通過系統(tǒng)的實驗，發(fā)現(xiàn)有可能找出因果關(guān)系（在文藝復(fù)興時期）。在我看來，中國的哲賢沒有走上這一步，那是用不著驚奇的，令人驚奇的倒是這些發(fā)現(xiàn)（在中國）全部都做出來了。”

普利高津講：“我們正是站在一個新的綜合的、自然觀的起點上。也許我們最終有可能把強調(diào)定量描述的西方傳統(tǒng)和著眼于自發(fā)組織世界描述的中國傳統(tǒng)結(jié)合起來。”

本文就有關(guān)《周易》與量子物理學(xué)范疇中的宇宙的基本統(tǒng)一性，玻粒二象性，測不準關(guān)系，粒子物理的動態(tài)性（動態(tài)宇宙），真空結(jié)構(gòu)，正反粒子的對稱性，量子場論等重要概念問題做一簡要論述。

一、宇宙的基本統(tǒng)一性

《周易》中世界觀的顯著特點，也可以說是它的本質(zhì)，就是認識到宇宙間所存事物和事件的統(tǒng)一性和相關(guān)性。它認為世界上所有現(xiàn)象的經(jīng)驗只是基本的統(tǒng)一體的表現(xiàn)而已，一切事物在宇宙整體中都是不可分割和相互依賴的，是同一終極實在的不同表現(xiàn)。它是以象數(shù)理為構(gòu)詞基礎(chǔ)，以卜筮為“語言”形式，用卦爻、圖象來模擬演繹，認識世界萬物的起源、結(jié)構(gòu)及物質(zhì)運動的內(nèi)在觀律。它認為宇宙間萬物都是由陰陽交變產(chǎn)生出來的，正如《老子》中說：“道生一、一生二、二生三、三生萬物，萬物負陰抱陽，沖氣為和?！睆埦霸涝凇额惤?jīng)圖翼氣數(shù)統(tǒng)論》說：“一生二、二生三、三生萬物。夫一者，太極也；二者，陰陽也；三者，陰陽之交也，陰陽交而萬物生矣?！?/span>

《周易》的天、地、人、三道同構(gòu)流變的宇宙基本統(tǒng)一性觀點，現(xiàn)在已不僅僅是東方神秘主義體驗的主要特征，而且也是現(xiàn)代物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一。這在量子物理學(xué)范疇內(nèi)是十分明顯的，并且越來越深入到物質(zhì)內(nèi)部而進入了亞原子基本粒子領(lǐng)域。在我們把量子力學(xué)與《周易》哲理思想進行比較的整個過程中，每個環(huán)節(jié)都可體現(xiàn)宇宙間所有事物和事件的統(tǒng)一性。當(dāng)研究量子力學(xué)的各種物理模型時，我們將會看到，事物和基本現(xiàn)象的組成部分是互相聯(lián)系的，相互依賴的，不能把它們理解成孤立的部分，而只能看成是統(tǒng)一整體的組成部分。

熟悉量子理論的人都知道，用經(jīng)典物理學(xué)的術(shù)語是無法描述原子，原子核，基本粒子等系統(tǒng)和它們的變化過程的，于是使用了概率語言描述被觀察的系統(tǒng)和過程。這就意味著我們無法確定地予言一個粒子在確定的時間將在那里出現(xiàn)，或者粒子變化過程如何發(fā)生，我們只能預(yù)言一種機會。對于不穩(wěn)定粒子，在某一確定過程中衰變的時間也無法確定，我們只能預(yù)言衰變在一定的時間后的概率，也就是說大量同種粒子的平均壽命，在高能物理的撞擊實驗中，要記錄上萬種粒子的碰撞，然后通過統(tǒng)計分析，才能確定某一特定過程的概率。在量子物理學(xué)中，概率也是原子實在的基本性質(zhì)，它控制了包括物質(zhì)的存在在內(nèi)的原子變化的全過程。粒子不能確定存在于某個位置，而只能表現(xiàn)一種“存在的傾向?！痹邮录⒉槐憩F(xiàn)為確定的時間采取確定的方式，而是表現(xiàn)出一種“發(fā)生的傾向”。所以，在量子理論的數(shù)學(xué)表述中，這種傾向或者幾率是用所謂的幾率函數(shù)Ψ(x、y、z、t)來表達的。它與不同時間，不同空間位置發(fā)現(xiàn)該粒子的幾率有關(guān)。有關(guān)這些量子力學(xué)對粒子運動變化過程的幾率函數(shù)描述方法，不能再把實驗儀器當(dāng)成孤立的物理實體，而是把測量儀器與科學(xué)家結(jié)合成了一個復(fù)雜的系統(tǒng)（即《周易》中的天人合一）。被觀察的對象與測量過程應(yīng)該是個相互作用的統(tǒng)一性整體。也就是說：科學(xué)家無法扮演獨立的客觀的觀察者的角色，而是必須把自己卷入到自己所觀察的世界中去，因而也必然要影響到被觀察物體的性質(zhì)。

海森伯說過：“自然科學(xué)并不是簡單的描述自然，解釋自然，它也是自然與我們相互作用的一部分。”約翰·威勒把這種觀察者介入被觀察對象看成量子理論的重要特點。因此他主張“參與者”來代替“觀察者”這個詞。用他的話來講：“關(guān)于量子理論沒有比這更重要了，它推翻了關(guān)于世界可以‘座落在外’的概念，而觀察者可以用2O厘米厚的玻璃板與它安全的隔離開了。即使要觀察電子這樣微小的物體，他也必須粉碎這塊玻璃，他必須進去。他必須安置他所選擇的測量裝量。他要決定究竟測量位置還是動量。要安置儀器來測量某一個量就使他無法安置測量另一個量的儀器，而且測量會改變電子的狀態(tài)。而宇宙永遠不會再次處于同樣狀態(tài)。要描述發(fā)生什么事情就應(yīng)該拋棄“觀察者”這個詞而代以參與者這個新詞。以某種特殊的意義上講，宇宙就是自己的參與者?！?/span>

這種以參與代替觀察把人與宇宙變化看成統(tǒng)一性整體的思想在量子物理學(xué)中得到系統(tǒng)的閘明還是最近的事，但是這種思想早已在《周易》中表現(xiàn)出來。例如：一個三畫卦，從上到下，每畫分別象征天、地、人三項元素，稱之為三才。兩個三畫卦能疊成六畫卦，六畫卦并非另有含義，還是三才三道。從六畫卦的下面的初爻向上數(shù)依次是初二、三、四、五、上(六）等爻，初（一）、三、五等奇數(shù)為陽位爻，二、四、上（六）等偶數(shù)為陰位爻，如果五爻與上爻一陽一陰象征天，三爻與四爻象征人，初爻與二爻象征地，三才之道有變動所以稱“爻”，是指六爻效法天、地、人變動意思。天道，人道，地道的變化規(guī)律是通過占筮來啟示的，很顯然在這里卦是做為一個天、地、人互相依賴，不可分割的整體，以陰陽爻變化來描述宇宙間萬事萬物的一切現(xiàn)象，人是做為天、地的參與者存在于一切事物的變化之中，而不是做為觀察者存在于天、地之外。如果把天、地看成一個組成部分，人為參與者，也是量子宇宙一個組成部分，那么，量子力學(xué)和《周易》在揭示宇宙間所有事物基本方面是一樣的。

量子力學(xué)

當(dāng)然量子物理具有自己的框架，它在揭示宇宙間所有事物統(tǒng)一性方面與《周易》的世界觀雖然還有一定差別，但已經(jīng)向這方面邁出了一大步。它們的本質(zhì)思想是一致的，即認為宇宙間所有事物都是統(tǒng)一的。

二、波粒二象性的卦象表述

在量子物理學(xué)中，物質(zhì)具有兩重性，既有粒子性，又有波動性，至于表現(xiàn)出何種性質(zhì)，這要看它所處的環(huán)境，在有些情況下，粒子性占主導(dǎo)地位，在另外一些情況下則更象是波。這種兩重性質(zhì)也可以通過光或者其它任何電磁波顯示出來，例如，光是以“量子”或者光子的形式發(fā)射或被吸收的，但是當(dāng)光的粒子在空間里傳播時卻表現(xiàn)為電場與磁場的振蕩，它顯示出波行為的所有特點：電子是通常被看為粒子的，但當(dāng)一束電子通狹窄的縫發(fā)生衍射時卻象是束光，也就是說電子的行為也象是波。波是在空間里四下傳播的，而粒子卻意味著局于很小的地方，這兩幅圖景是完全不同的。物理學(xué)家花了很長時間才接受了這樣的事實，物質(zhì)看來是以不相容的方式來表現(xiàn)自己的。粒子是波，波也是粒子，只到在量子物理中引用幾率波后，從某種意義上講才解決了粒子同時為波的兩難性。

為了看看如何在量子物理學(xué)中的粒子圖象和波的圖象之間來回變換，讓我們進一步考察一番波和粒子的概念。波是在時空中的一種振動方式，我們可以在某一時刻觀察它，就能看到一種周期性的圖形，它有振幅和波長，振幅是振動強度。然后我們再看波上某點的運動，就會看到是一種振動，其特征是有一定的頻率。如果我們看的是粒子的圖象，按經(jīng)典的觀念，它的運動狀態(tài)可以用速度和功能來描述，它在任何時候都有確定的位置，而在實際上用動量來描述它的運動狀態(tài)的，可見同一物質(zhì)的波動性與粒子性（振動）是密切相關(guān)的，是在不同側(cè)面或環(huán)境中的不同形式。必須清楚，沿波傳遞的并不是物質(zhì)性的粒子，而是引起波動現(xiàn)象的擾動，物質(zhì)粒子而是處在與時空有關(guān)的振狀態(tài)。

量子理論巧妙的把幾率波的性質(zhì)與粒子的相應(yīng)性質(zhì)聯(lián)系起來，認識到在確定位置的波的振幅、與在該處找到粒子的幾率有關(guān)，而關(guān)于粒子運動狀態(tài)的信息則可以從波的波長和頻率來得到，波長λ與粒子的動量P成反比，波的頻率則與粒子的能E正成比，在量子物理學(xué)中，布羅意用數(shù)學(xué)公式進行了表述。

在中國古代的《周易》中，描述宏觀大宇宙與微觀小宇宙所有對立的，彼此不相容的現(xiàn)象變化，也用到了一套特殊的數(shù)學(xué)公式，這套公式就是卦象符號系統(tǒng)和卦爻辭文字系統(tǒng)的互相滲透結(jié)合在一起所構(gòu)成的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，只要我們賦與組成卦式(公式)各符號陽爻()和陰爻（）一定的物理含義，那么上述的波粒二象性及其轉(zhuǎn)化規(guī)律也可以表現(xiàn)出來。實際上在《周易》中，就是把宇宙能量或狀態(tài)描述為兩種互相轉(zhuǎn)化的形式，即陰陽。在一個卦象中陽爻（）可以轉(zhuǎn)換為陰爻（），反之，陰爻（）也可以轉(zhuǎn)換成陽爻（）。具體來說，在什么情況下才能轉(zhuǎn)換，這決定不同的時間，地點與環(huán)境。如果用陽爻象代表粒子性，用陰爻象代表波動性，波粒二象性統(tǒng)一在卦象中，即反映了同一事物的陰陽對立的特點，也反映了它們相關(guān)聯(lián)的特點。同一物質(zhì)粒子何時何處表現(xiàn)為粒子性，又何時何處表現(xiàn)為波動性，又何時何處如何轉(zhuǎn)換，這要由卦象符號系統(tǒng)和卦爻辭系統(tǒng)共同決定。雖然，在中國古代還沒有波粒二象性這個術(shù)語，然而有如德布羅意表示式那樣能夠反映波粒二象性和描述這兩種似乎不相容表現(xiàn)相關(guān)性和轉(zhuǎn)換規(guī)律的框架（卦象）和哲理思想巳經(jīng)存在了。

三、測不準原理的陰陽互補性

量子物理告訴我們，一個粒子的空間位置Ar (X、y、z)與動量Ap不確定性之間關(guān)系的精確數(shù)學(xué)形式，是以海森伯測不準關(guān)系式來表達的。它意味著在亞原子世界里，我們永遠無法同時精確地知道一粒子的位置和動量，我們對位置知道的越清楚，動量就越模糊，反之亦然。我們可以決定精確地測定兩個量中任何一個量，但是對于另一個量只能是一無所知，必須指出，這決不是測量技術(shù)的不完善而造成的。

粒子的位置和動量確定性之間的關(guān)系，決不是測不準原理的唯一形式，其它量之間也保持著類似的關(guān)系。例如一個原子事件的時間t與有關(guān)的能量E之間，只要我們不把波包的圖象看成是在空間里的圖形，而是看成在時間里的振動圖形，就很容易說明這一點。當(dāng)粒子通過某觀察點時，在這一點波的圖形的振動將從很小的振幅幵始，不斷增加，然后又減小，最后振動完全停止。它所需要的時間表示粒子通過我們觀察點所需的時間，但是該時間我們無法進一步加以確定，振動圖形所確定的時間，表明了事件時間的不確定性。

波包的空間圖形是沒有確定的波長的，當(dāng)然相應(yīng)的時間上的振動圖形也沒有確定的頻率，頻率的增加依賴于振動圖形所持續(xù)的時間，因此量子力學(xué)就把波的振動頻率和粒子的能量聯(lián)系起來了，而圖形頻率的增加就意味著不確定性，所以事件在時間上的不確定性與能量△E不確定性的關(guān)系，就類似于粒子的位置不確定性與動量不確定性之間的關(guān)系，也可以用測不準關(guān)系式進行表述。

測不準原理在量子物理學(xué)中是十分重要的，它說明了經(jīng)典概念采用精確數(shù)學(xué)形式的局限性，微觀粒子世界表現(xiàn)為統(tǒng)一的整體。經(jīng)典概念通常是我們從宏觀世界得到的，并不適合描述亞原子世界或微觀世界的情況。

為了更好的理解每一經(jīng)典概念之間的關(guān)系，玻爾引進了互補性概念，他把粒子圖象與波的圖象看成是同實體的互補性描述，其中每一種都只是部分正確的及應(yīng)用范圍是有限的，要對原子實在作出充分的描述，每一種圖象都是需要的，但是應(yīng)用范圍都受到測不準原理的限制。

現(xiàn)在這種互補性的概念已經(jīng)成了物理學(xué)家思索世界方式的重要組成部分，玻爾常常主張，很可能在物理領(lǐng)域以外這一概念也是一個有用的概念。實際上在古代中國，互補性概念在3000年以前就已經(jīng)被證明是極其有用的，它在中國思想中一直起著重要作用，在《周易》中圣賢們用陰陽組成的太極、八卦來表示對立面的互補性，并且把它們之間的相互作用看成是所有自然現(xiàn)象和人類情況的本質(zhì)。

玻爾充分認識到他們互補性概念與中國《周易》思想的相似性，當(dāng)他1937年訪問中國時他對量子理論的解釋早已精細完善，但古代中國關(guān)于陰陽對立兩極的概念還是使他深感震驚。從此以后，他對中國傳統(tǒng)文化一直保持著興趣。由于他對科學(xué)成就和丹麥文化生活的重要貢獻，而被封為爵士，受勛時，當(dāng)他必須選擇一種盾形紋章的主要花紋時，他就選中了中國的太極圖來表示陰陽的互補關(guān)系，同時還加上了二對立即互補的銘文，玻爾承認，在古代中國《周易》中與現(xiàn)代西方科學(xué)之間有著深刻的協(xié)調(diào)性。

四、真空結(jié)構(gòu)與《周易》的“無”

量子物理學(xué)中真空結(jié)構(gòu)（存在和虛無），是一個很復(fù)雜的問題，經(jīng)典物理認為真空是空無一物的空間。本世紀三、四十年代量子場論創(chuàng)立以后，物理學(xué)家產(chǎn)生了新的真空概，認識到真空并不是空無一物的，而是充實的。真空、空的空間，實際上由不斷的進行著自發(fā)產(chǎn)生與消滅的粒子和反粒子組成，全部量子，物理學(xué)家已發(fā)現(xiàn)的和即將發(fā)現(xiàn)的，都在善惡對決中產(chǎn)生和消滅，這就是真空。

空間看上去是空的，這是因為所有量子的產(chǎn)生和消滅都是在極短的時間和極小的距離內(nèi)發(fā)生。在大范圍內(nèi)真空顯得很平靜和溫和，就象我們在高空乘飛機跨過大洋時，海洋顯得非常平靜一樣。但當(dāng)我們乘坐一只小船在海面上行駛時，海有時是兇猛的，惡浪翻滾。同樣，若我們很近的觀察的話，隨著量子的產(chǎn)生和消滅真空也有漲落，即使我們在原子水平上觀察，雖然真空量子漲落極小，但仍可以觀察到?；趯υ幽芗壍臏y量，物理學(xué)家知道真空漲落確實存在，如果他們能在更小的距離內(nèi)觀察，那真空就會顯示一個波濤翻滾的各種量子?！，F(xiàn)代物理學(xué)觀點不認為“自然是厭惡真空的”，而是主張“真空就是全部物理”。這就導(dǎo)致一個很深奧的哲理問題，即一切已存在和可能存在的都以潛伏在“空無一物”的空間中了。只要我們深刻的理解了海森伯測不準原理和宇宙間存在反粒子的意義，必然會產(chǎn)生這非凡的關(guān)于真空的觀念。

單擺的能量守恒定律

現(xiàn)代物理一條嚴格的定律就是能量守恒定律，如果將該定律應(yīng)用到量子相互作用的世界，那就要運用前面提到的海森伯測不準關(guān)系，測不準關(guān)系意味著，假使我們在一個短的但確定的時間間隔測量象電子那樣一個量子的能量，那么能量的測量的不確定程度與測量時間間隔成反比，即時間間隔越短，量子能量的不確定程度就會越大，這就意味著在短時間內(nèi)，能量記錄員在記錄的正能量和負能量項上必然會出現(xiàn)差錯，顯然在長時間范圍內(nèi)誤差的平均值是零，能量守恒定律斷言量子是不能“無中生有”的。但測不準關(guān)系意味著這個定律在論證里有個漏洞，量子能夠在短時間內(nèi)“無中生有”。能量計算中的誤差就像真空海上的波浪，在某些地方浪較高，而在另一些地方浪較低。但如果我們從高處看，看到的是它們的平均狀況，一個平靜的海。能量記錄上造成的隨機誤差正是實在的統(tǒng)計性和玩骰子上帝的另一個表現(xiàn)，真空隨機地在“有”與“無”之間漲落。

因為能量的短時間內(nèi)是不確定的，原則上量子能存在于空蕩的空間內(nèi)，然后很快的消失，這種產(chǎn)生后又馬上消失的量子稱作虛量子，當(dāng)具有足夠的能量時，虛量子能成為一個真量子，一個真實粒子，真空中的虛量子還應(yīng)該考慮為是由虛粒子和它的反粒子組成的粒子對，在空間一點粒子及其反粒子虛存在且很快相互湮滅，這就是真空漲落。粒子對的質(zhì)量越低，它們由真空產(chǎn)生的幾率越大，因為實現(xiàn)這點所要求的能量差額小，在真空海上最大的波浪就是電子——正電子對，因為它們是最小的粒子。全部物理——我們希望知道的一切——正在真空中等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

真空——空無一物，這個非凡的“無”的概念是相對論量子場論的新理論思想成果，有關(guān)真空的新思想物理學(xué)家通過測定真空中虛量子的影響來進行實驗驗證：在原核和軌電子之間的大部分空間可以認為是空的，虛量子產(chǎn)生和湮滅的一個效果就是繞原子核運動的軌道電子的能量有小的移動。這是因為把電子縛束在原子核周圍軌道上的電場有時會從真空中翻滾的虛量子海里產(chǎn)生的一對電子一一正電子。電子對又很快地湮滅。這種稱之為真空極化的效應(yīng)使電子繞原子核的軌道略有變化，威利斯·蘭姆精確的實驗證實了這一點，他的測量結(jié)果和考慮真空極化效應(yīng)影響后量子場論即量子電動力學(xué)論證計算值精確的符合。真空中虛量子的幻影有了一個真實的效應(yīng)。

正負電子對撞機建成后，為真空漲落的虛粒子對變?yōu)檎鎸嵈嬖谔峁┝怂枰哪芰?，使我們有可能實際偵察真空結(jié)構(gòu)，用這種方法從真空中將夸克一一反夸克對變?yōu)檎鎸嵙Ｗ?，這是發(fā)現(xiàn)新夸克，例如：粲夸克。粲夸克和反粲夸克對只是真空海上小小的波浪，一旦物理學(xué)家提供了足夠的能量，它就能以一種新強子的形式出現(xiàn)于真實存在中。物理學(xué)家期望用這種技術(shù)將真空中的虛量子轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵙Ｗ?，而發(fā)現(xiàn)更多新形式的物質(zhì)。用碰撞向真空提供新的能量來創(chuàng)造物質(zhì)，這是80年代以來實驗物理學(xué)家的主要工作

由以上論述可知，一旦我們的思想接受了物質(zhì)的可變性和關(guān)于真空的新概念：就可以對宇宙的起源作出推測。正如前面所說：宇宙本身可能就是從“無”——巨大的真空漲落即今天我們稱為的大爆炸——中變?yōu)檎鎸嵉拇嬖?，顯然這是近代物理定律允許的。

根據(jù)以上研究結(jié)果，我們有理由認為世界是從空無一物中產(chǎn)生出來的，整個宇宙可能是“無” 一一真空的一種表現(xiàn)，虛無卻包含著所有的存在。

有關(guān)存在與虛無及真空結(jié)構(gòu)理論在中國的《周易》中也有類似的論述，它認為：“無極”即太極是宇宙間一切實在的本原，認為一切存在都產(chǎn)生于“無”。中國古代傳統(tǒng)思想中的“無形”、“空”、“無”并非一無所有，而是所有有形實體的基礎(chǔ)，是一切生命的源泉?？墒?，現(xiàn)代物理學(xué)的這種“真空”結(jié)構(gòu)與中國古代一些傳統(tǒng)思想多么相似。老子的《道德經(jīng)》中的觀點與現(xiàn)在物理學(xué)的最近研究結(jié)果更是驚人的相似，“‘道’，可道，非?！?/span>’，?！擅?，非?！?，?！疅o’名天地之始：‘有'名萬物之母，故?！疅o’，欲以觀其妙：?！小?，欲以觀其繳，此兩者同出而異名。同謂之玄，玄之又玄，眾妙之門。”

這段話表現(xiàn)了老子的宇宙觀，“道”包含萬物之理，“無”是道的本體，宇宙的本源，“有”（存在）是道的作用。由“無”而生天地，由天地而生萬物，終于形成萬象紛繪的世界。這種宇宙萬物創(chuàng)生于本體“無”的宇宙觀與現(xiàn)代物理中真空結(jié)構(gòu)理論是多么一致，雖然不像現(xiàn)代物理學(xué)那樣從實驗與實際測量得來，但它與現(xiàn)代科學(xué)的研究結(jié)果是十分相似的，難怪愛因斯坦要對中國古代賢哲做那么高的評價。

五、基本粒子與《周易》

粒子物理是研究物質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和基本作用規(guī)律的科學(xué)，它是人類長期以來，探討物質(zhì)世界究竟是什么樣的基本組元構(gòu)成的和這些基本組元是如何構(gòu)成物質(zhì)世界的問題的繼續(xù)。

從粒子物理學(xué)中可知，每一種甚本粒子都應(yīng)有它的反粒子，到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的反粒子有10多種，正反粒子共同的特點是其質(zhì)量與壽命嚴格相等（見表）其性質(zhì)是完全對稱的，正反粒子在空間不斷產(chǎn)生和消火，是場運動的一種表現(xiàn)形式，場無時不在，無處不有，它是永遠無法消除的一切物質(zhì)現(xiàn)象的載體。

有關(guān)自然界的正反粒子演化情況，在《周易》中亦有類似而又比較明了的論述。在八卦中，正反卦二十八對，如正卦為屯卦，反卦則為蒙卦；正為需卦，反卦為訟卦；正卦為困卦，反卦為井卦等等。正反每卦中所有的陰爻數(shù)和陽爻相等，只是反對稱著（圖1 )。在八卦中沒存正反的卦，是乾、坤、離、屯、坎、大過、中孚、小過等八個卦，如果我們把正反卦卦象賦于正反粒子的物理含義很顯然是對自然界的物質(zhì)基本組元和構(gòu)成世界規(guī)的絕妙反映。

至于如何使動態(tài)模型的語言來解釋粒子世界的對稱性，即描述粒了粒子之間的相互作用。這也是當(dāng)代物理學(xué)的一個重大問題，這個問題歸根到底就是如何才能同時考慮到量論和相對論。粒子里有原子世界的“量子性質(zhì)”。但因為它們有關(guān)的能量太高了，所以我們在粒子物理學(xué)中無法用量子理論的框架把它們解釋成波的模式，必須運用相對論理論，只有運用“量子相對論”的粒子理論才有可能解釋所觀察到的對稱性。

量子場論是用解釋粒子世界對稱性的第一個動態(tài)模型。它可以出色的描述電子與光子之間的電磁相互作用，但是它不能描述粒子之間強相互作用，1943年海森伯提出的“S矩陣理論”是最適合描述強子及其相互作用的框架或模型（散射矩陣的理論）。它的中心概念是“S矩陣”，現(xiàn)已發(fā)展成復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。S矩陣包括一組概率，這些概率和所有與強子有關(guān)的反應(yīng)有關(guān)，S矩陣的框架雖然能夠描述強子的結(jié)抅及其相互作用，也能描述它們形成的某些模式，但由于它始終以動態(tài)的方式把強子理解為不可分割的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)整體的組成部分，所以S矩陣如何用動態(tài)的描述解釋粒子世界的對稱性和守恒律的問題還未得到解決。在這種理論中，強子的對稱性必定以這種方式反映在S矩陣的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)中，它所包含的元只對應(yīng)于守恒律所容許的那些反應(yīng)，這些規(guī)律不再是經(jīng)驗性的規(guī)律，而是S矩陣結(jié)構(gòu)的結(jié)果，因而也是強子動態(tài)性質(zhì)的結(jié)果。

為了用一些一般原理來限制構(gòu)造S矩陣的數(shù)學(xué)可能能性，使S矩陣具有一定的結(jié)構(gòu)，迄今為至巳提出了三條這樣的原理。

第一條：是由相對論根據(jù)我們關(guān)于時間和空間的宏觀經(jīng)驗提出來的，它提出粒子反應(yīng)的可能性與實驗儀器的時空中的位移無關(guān)，與它們在空間的取向無關(guān)，也與觀察者的運動無關(guān)，(粒子反應(yīng)與空間取向及位移無關(guān)就意味著反應(yīng)中的總動量，角動量和能量都守恒，這種“對稱性”對我們科學(xué)工作是至關(guān)重要的）。

第二條：是由量子論提出來的，它指出對于待定的反應(yīng)結(jié)果只能預(yù)測它的概率，而且所有可能結(jié)果的概率之和，包括粒子間所有作用在內(nèi)，應(yīng)該為1。

第三條：是因果性原理，它指出能量和動量必須通過粒子才能在空間傳遞，并且只能以這樣的方式傳遞，產(chǎn)生粒子的反應(yīng)必須在消滅該粒子的反應(yīng)之前發(fā)生。

可見S矩陣的中心目標就是從一般性原理推出S矩陣的奇異性構(gòu)造。但迄今為止還無法構(gòu)造一種數(shù)學(xué)模型能滿足以上三條原理，并足以唯一的確定S矩陣的所有性質(zhì)，即強子的所有性質(zhì)，如果能夠做到這一點，那么這種理論的哲學(xué)意義是非常深刻的。的確，在粒子物理學(xué)中，以S矩陣的一般原理推導(dǎo)出強子的模式雖然取得了一點進展，但仍然是一項長期而艱巨的任務(wù)。

當(dāng)我們帶著粒子物理學(xué)中這一重大疑難問題轉(zhuǎn)向中國《周易》觀點時，在思想上可以得到很好的啟示。

“說卦傳”中說，昔者圣人之作易也，將以順性命之理。是以，立天之道，曰陰與陽；立地之道，曰柔與剛；立人之道，曰仁與義；兼三才而兩之，故易六畫而成卦，分陰分陽，迭用柔剛，故《易》六位而成章。這里闡明的天道，地道，人道的變化作用法則是一致的，這就是宇宙萬物遵循陽剛陰柔無窮變化作用的法則，所以稱作“天人合一”。這樣看來，“易”不僅含有變易，簡易，不易的意思，而且蘊含著時空和包括人在內(nèi)的大統(tǒng)一的相對論思想。宇宙萬物因時、因地保持著陰陽，柔剛，靜動，變易而不易，復(fù)雜而簡單，矛盾又統(tǒng)一，對立又和諧的特性?！吨芤紫缔o?上傳》中說：“生生之謂易”指出了易本身就有變易的含義，所謂變易，仍指天地萬物和人問諸事，無不隨時隨地都在運動和變化之中，所謂不易，乃指天行人事，雖然變化多端，錯綜復(fù)雜但在各種現(xiàn)象背后；都有不變的規(guī)律；所謂簡易，指自然、社會和思維諸領(lǐng)域中的不易性，確是簡樸而平易的。

由上述可知，《周易》與現(xiàn)代粒子物理學(xué)研究成果都一樣認為世界上所有的現(xiàn)象都是變化的……可以轉(zhuǎn)化的，相互動態(tài)的聯(lián)系在一起的。

在描述宇宙間，自然現(xiàn)象規(guī)律時，《周易》采用了系統(tǒng)的符號來闡述其觀點，這些符號是由六道陰爻或陽爻組成的卦象。三道爻的八種不同組合就表示八卦（下圖)中國古代就是用卦來代表宇宙和人的各種情況，它的名稱反映所代表事物和事件的基本性質(zhì)，它們與自然界及社會生活中的許多現(xiàn)象聯(lián)系在一起。例如，它可以代表天、地、雷、水等等。它們還和方位以及一年的季節(jié)（時間）聯(lián)系在一起，并常常以下面的方式排列。

按照這種方法排列八卦就圍成一圈，并具有“自然的次序”這種排列具有高度的對稱性，凡是相對的卦象都是把陰爻與陽爻對換一下，這顯然是一種可以解釋粒子世界對稱性，描述正、反粒子及粒子之間相互作用的動態(tài)模型。

為了進一步增加組合的可能性，把兩上三爻的卦象配成對，一個放在另一個上面，這樣就能得到64個六道爻卦象，這些卦象可以以一種有規(guī)則的方式排列起來，如（上圖 )就是最常見的兩種排列方式。

要解釋這些卦的含義就要同時考慮組成它的兩個三道爻的含義，例如震卦的在上，坤卦在下，就是豫卦，表示雷出地奮，就象征著急奮，再譬如離卦在上，坤卦在下就是晉卦，它表示太陽升出地面，象征著迅速前進。

在《周易》中，這些卦象象征著道的各種形式，是包括電磁相互作用，弱相互作用，強相互作用，引力相互作用在內(nèi)的陰陽相互作用而產(chǎn)生的，反映宇宙間自然現(xiàn)象和人類的所有情況，但是這些情況并不是靜止的，而是動態(tài)的在不斷的流動和變化之中。

由于《周易》具有通過變化產(chǎn)生動態(tài)模式的觀念，因此，它在中國古代思想中大概與S矩陣理論最為接近，在這兩系統(tǒng)中都是強調(diào)事物而不是物體，都主張通過變化來把握事物的本質(zhì)，不應(yīng)該把這種變化看成是強加于物理世界的基本定律，而是應(yīng)該看成是一種內(nèi)在的傾向，它的發(fā)展是自然的，自行的發(fā)生的。

粒子物理學(xué)中，強子世界的變化導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)和對稱的模式，這可以用反映通道的形式來表示。但是不能把結(jié)構(gòu)和對稱性看成強子世界的基本性質(zhì)，而應(yīng)該把它看成是粒子動態(tài)性質(zhì)的結(jié)果，也就是它們的變化傾向的結(jié)果。在《周易》中也是變化造成卦象的結(jié)構(gòu)，按其觀點，我們周圍所有的事物和現(xiàn)象都是由變化的模式產(chǎn)生的，可以用卦象來代表，因而他們不是把物理世界的物體看成是靜止的，孤立的物體，而是看成是道的宇宙過程的暫時階段。

按照《周易》思想，變化產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)可以安排成非常對稱的形式，八卦圖恰好與介子八重圖和重子八重圖粗略相仿（圖4 )。但重耍的不是這種相似性，而是粒子物理學(xué)中與古代中國《周易》思想都把變化看成自然界最本質(zhì)的東西，以及由變化產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)與對稱性。

構(gòu)成物質(zhì)世界的最簡単的，最原始的基本組元是什么？這個十分古老而又尖端的課題，在物理學(xué)發(fā)展的不同時期，對這個問題曾有過不同解答，現(xiàn)在粒子物理學(xué)研究又提出了超弦理論，并把它與板田昌一提出的復(fù)合模型結(jié)合起來。從而使超弦理論在更深層次上來研究，例如超前子模型，這就把物質(zhì)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一和相互作用的統(tǒng)一，把宇宙物質(zhì)和運動的簡易性，可以說是推到了一個嶄新的探索時期。隨著粒子物理研究的深入，越來越顯示出它所描述的粒子世界的對稱性，及粒子間相互作用的動態(tài)模型語言與《周易》論述的觀點一致性。

六、量子場論與《周易》的統(tǒng)一自然場

《周易》關(guān)于物質(zhì)與精神的關(guān)系，對現(xiàn)代物理學(xué)也產(chǎn)生了強烈的吸引力。《周易》的觀點認為物質(zhì)和精神是同一事物的兩個不同方面，精神存在于物質(zhì)之中。這一觀念不象西方的模式那樣，把物質(zhì)看作是被動的客體，需要由外部的精神力量或上帝來改變它，在這些方面愛因斯坦的場論同《周易》是令人驚奇的偶合，物理學(xué)家是把世界想象成為物質(zhì)和能量的。物質(zhì)存在于粒子，而能量存在于場，場和粒子相互作用引起粒子運動?，F(xiàn)在量子場論建立起統(tǒng)一的觀點，認為宇宙是量子的一個大繁殖場和戰(zhàn)場，每個事物都看作為相互作用的自然統(tǒng)一場，物質(zhì)實在只是場量子的組織及他們轉(zhuǎn)換的而已，并非其它，自然法則不是由外部強加在事物之上的，而是一種內(nèi)在的存在。同樣由八卦卦象的所描述的宇宙統(tǒng)一自然場框架它們象征的事物，也是由于內(nèi)部的邏輯的關(guān)系，自己就會發(fā)生變化的而化生成萬物的。下面我們就量子場論和《周易》在描述統(tǒng)一自然場方面基本情況方面進行比較。

相對論量子場論認為：

1、基本的物質(zhì)實在是一組場。

2、場服從狹義相對論和量子論的原則。

3、場的某點的強度給出在該點發(fā)現(xiàn)它的量子——實驗家們觀察到的基本粒子幾率。

4、場之間有相互作用，而這意味著它們相應(yīng)量子的相互作用，這些相互作用是以量子本身作為媒介的。所有相互作用不僅都和粒子的產(chǎn)生和消滅有關(guān)，而且粒子和它的反粒子存在著基本對稱性。對于每一種粒子，都存在一種反粒子，具有同樣質(zhì)量和有相反的等量電荷。

5、不存其它別的東西

上述五點，量子場論基本框架的特征，借助它，可以解釋全部物理，下面我們簡單論述一下，《周易》所描述的宇宙統(tǒng)一自然場的特點。

《周易》的宇宙統(tǒng)一自然場觀認為：

1、宇宙是場，是包羅萬象的統(tǒng)一自然場，宇是空間，宙是時間，《準南子·天文訓(xùn)》說：虛霩生宇宙，宇宙生氣，氣生涯垠。說明在宇宙中不但充滿光，而且充滿氣，光是自然場，氣也是自然場，時間也是自然場，而且他們都是既有限又無限。《周易·序卦》中指出有天地，然后萬物生焉。盈天地間者唯萬物?！拔ㄎ铩笔撬暮诵模收f明場必是物質(zhì)的。光、氣、時是不同性質(zhì)的物質(zhì)，各有其特點，不但可以獨立存在，而且可以融洽在一起成為新的物質(zhì)。宇宙是包含天地間萬物的，成萬物者，光、氣、時也。光、氣，時的統(tǒng)一，成為時空統(tǒng)一的物質(zhì)基礎(chǔ)。盡管宇宙間物質(zhì)是多種多樣的，但仍表現(xiàn)出統(tǒng)一的規(guī)律。由此我們不難理解，宇宙是由物質(zhì)構(gòu)成的，是由物質(zhì)實在組成的一組“統(tǒng)一自然場”。

2、《周易》的光、氣、時大統(tǒng)一的自然場同樣是符合相對論原則。這種時空統(tǒng)一的自然場觀念，不僅可以反映物質(zhì)差異所出現(xiàn)的時空統(tǒng)一，而且也反映了事物無限的時空統(tǒng)一，它們都能在物質(zhì)運動中體現(xiàn)出來。在這樣的時空內(nèi)空間是多維的，彎曲的，更多的重疊變化的；時間不僅也是彎曲的，而且也是相對的，可逆的，交叉變化的，亦是多維的。例如，八卦中的各卦，它們既有與相鄰的兩卦溝通，也可與外界產(chǎn)生微妙的聯(lián)系，它就是我們常說的四中四維區(qū)域。這樣不難看出《周易》在時空觀念上的確是彎曲，重疊與變化的，根據(jù)這一原理進行歸納，還可以看出《周易》所談的宇宙時空是一個有限的整體，它既是封閉的，又是開放的。大宇宙與大字宙之間，它們既是獨立，又是聯(lián)系的，《周易·系辭》中講的“曲成萬物而不遺”，更說明了宇宙之間的萬物都是在彎曲的時空中產(chǎn)生變化和消滅的，這顯然與愛因斯坦描述的有限無界的時空又是相似的。

3、《周易》的每本內(nèi)容是陰陽之道與圖象。陰陽是解釋萬物世界的基本哲理，圖象是構(gòu)成萬物世界的基本骨架，前者主之以“道”即陰陽變化之道，后者主之以形，即變化中的象形，所以《周易?系辭傳》中曰：天尊地卑、乾坤定位。卑高以陳，貴賤位矣。動靜有常，剛?cè)釘嘁?，方以類聚，物以群分，吉兇生矣，在天成象，在地成形，變化見矣?/span>我們?nèi)裟芎芎玫娜ダ斫狻瓣庩枴? 二字的“來龍去脈”及科學(xué)意義，就可能認識到八卦是巧妙的運用陰爻（）和陽爻（）符號，堆疊起萬物的象（卦），然后通過卦的“爻”，以“爻”的變化來反映宇宙自然場中事物運動變化的規(guī)律?！吨芤住分兴v述的“剛?cè)嵴吡⒈菊咭玻兺ㄕ呷r者也”。“生生之謂易也”，都蘊含著萬物皆變的含義。

7、易圖的演變及各種模式。

8、對其它有關(guān)方面也進行了一定程度的探討。

周易與自然科學(xué)

如果我們將《周易》的宇宙統(tǒng)一的自然場與愛因斯坦相對論量子場論比較，把陰陽當(dāng)成各種場相互作用的兩個方面，那么各種場之間相互作用的結(jié)果，將演化出宇宙間萬事萬物。大宇宙自然場之間的陰陽相互作用，將決定著宏觀事物發(fā)展變化，微宇宙自然場之間的陰陽相互作用將決定著亞原子世界事物的發(fā)展變化?！吨芤住返拇蟆⒅?、小、微宇宙自然場之間的也是相互溝通的，它們陰陽相互作用將決定著相應(yīng)事物的發(fā)展變化。正如《老子》中所說：“萬物負陰而抱陽，沖氣為和”，說明在宇宙自然場中，萬物都由陰陽兩個方面作用而產(chǎn)生的、負陰抱陽才能“沖氣，“沖氣”的結(jié)果是“和”。和才能保證事物的存在和發(fā)展，若失“和”陰陽離絕事物就消滅了。在量子場論中，正是通過真空中，正（陽，）負(陰）能量的隨機漲落及提供能量大（陽）、小（陰）來描述粒子的生成變化和湮滅的。由以上所述，可看出量子場論和《周易》的宇宙統(tǒng)一自然場之間，在場的觀念，時空結(jié)構(gòu)，相互作用機制等方而也有著驚人的類似之處。

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