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物理世界的“無中生有”
—— 物理證道初探
吳邦惠
有物混成，先天地生。……可以為天下母。吾不知其名，強(qiáng)字之曰道， （《道德經(jīng)》第25章）
天下萬物生于有，有生于無。
（《道德經(jīng)》第40章） |
1. 引言 —— 物理與道
《道德經(jīng)》言“道生一，一生二，二生三，三生萬物”，也就是“道生萬物”。
“道生萬物”和《道德經(jīng)》的其它相關(guān)論述可以理解為“道”是“萬物”之源，“萬物”由“道”而生，也按照“道”的規(guī)律而相互聯(lián)系，相互作用，而運(yùn)動(dòng)、變化。所以萬物都是“道”的體現(xiàn)。正如通常所說，“鴉鳴鵲噪咸自天機(jī)，蟻聚蜂游，都?xì)w神理”。在這個(gè)意義上，“道”就是“萬物”遵循之“理”,也就是“物理”。因此，如果我們真正相信老子的智慧，就會(huì)相信這不僅僅是哲學(xué)的思辨，也不僅僅是修道者的內(nèi)證，而同時(shí)也是物理實(shí)在。因此也就會(huì)理解為什么物理學(xué)家會(huì)不懈地探究宇宙之源，探究宇宙的本質(zhì)和宇宙間千變?nèi)f化的物質(zhì)現(xiàn)象的統(tǒng)一性。物理學(xué)發(fā)展的歷史表明一代又一代物理家樂此不疲，百折不撓，萬苦不釋，前赴后繼，大有不達(dá)目的絕不休止的決絕之志。這種精神實(shí)在與虔誠的宗教徒求道之心和哲學(xué)家追求真理之志無二。有的宗教信仰者認(rèn)為自己在實(shí)驗(yàn)室里甚至比在教堂還虔誠，而大物理學(xué)家愛因斯坦則說：“我想知道上帝是怎樣創(chuàng)造這個(gè)世界的；我想了解它的思想，其余都是次要的。”無疑，“知道上帝是怎樣創(chuàng)造這個(gè)世界”也就是知道“道”的運(yùn)作；“了解它的思想”也就是識(shí)道證道。
盡管如此，“物理證道”一說仍然比較陌生，甚至有標(biāo)新立異之嫌。
問題在于現(xiàn)在說的“物理學(xué)”與傳統(tǒng)文化中說的“道”表觀上有太強(qiáng)烈的反差。說到“證道”，人們想到的往往是是修道者在道觀或山林中的刻苦修行，是得道者的飄飄若仙，而不是科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里擺弄磁鐵、線圈以至造出跨國的實(shí)驗(yàn)基地去捕捉那些虛無縹緲的“微觀粒子”，或者面對一些實(shí)驗(yàn)資料冥思苦想。
從表達(dá)方式看， 傳統(tǒng)上講的“道”是“不可說”的，即所謂“道可道，非常道”，言語之道斷，不得已用來表達(dá)的語言則常常顯得語意幽微深?yuàn)W，不易捉摸；而物理學(xué)則不但要用語言文字闡明研究的結(jié)論，而且要用數(shù)學(xué)方程精確地表達(dá)。 此外，修道者的目標(biāo)是“合道”，是修道者的內(nèi)證，而物理學(xué)家的目標(biāo)是通過對外在的物質(zhì)世界（或所謂“客觀世界”）的研究認(rèn)識(shí)世界，其研究結(jié)果是世界共享的。如此等等。因此，對以“道”為代表的傳統(tǒng)文化（包括宗教，這里，宗教指關(guān)于宇宙人生的終極真理的教化）和以物理學(xué)為代表的科學(xué)文化二者間的關(guān)系，往往有不同的認(rèn)識(shí)和態(tài)度。有的認(rèn)為二者均為人類所必需，但二者關(guān)系不大，前者主要管精神生活，后者主要管物質(zhì)生活。也有的揚(yáng)此抑彼，或認(rèn)為宗教和其它傳統(tǒng)文化是迷信，是無用的玄說，只有科學(xué)才是真實(shí)的，值得追求和信任的；或認(rèn)為宗教和傳統(tǒng)文化才是“大道”，才是永恒的絕對真理，科學(xué)的真理簡直是“小兒科”不但局限、片面、膚淺，而且只是相對真理，不值得信賴。不同的認(rèn)識(shí)和態(tài)度導(dǎo)致不同的對待方式，對個(gè)人的生活和社會(huì)的發(fā)展都有巨大影響。
所幸的是經(jīng)過二十世紀(jì)初開始的物理學(xué)的革命，已經(jīng)明確顯示物質(zhì)世界所遵從的理，即“物理”的確是與《道德經(jīng)》所論的道的基本思想相合的。我們把這種情況稱為“物理”與“道”之間的契合，把對這種契合的闡述稱為“物理證道”。這是對宗教文化和科學(xué)文化之間的關(guān)系的一種認(rèn)識(shí)和態(tài)度。注意到自量子力學(xué)建立以來，物理學(xué)已經(jīng)不能排除人的意識(shí)，我們強(qiáng)調(diào)這種契合是深層次的，不是簡單地用一些科學(xué)研究的成果作為“道”或一些哲學(xué)論點(diǎn)的注腳，這種契合猶如太極圖的“陰陽魚”之契合，似乎黑白分明，相互對立，實(shí)則互補(bǔ)，共同形成人類文化的統(tǒng)一體，而且“我中有你，你中有我”。
有象征意義的是量子力學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人和代表性人物尼爾斯·玻爾正是用標(biāo)志道文化的太極圖（見題頭）作為家族族徽，成為道文化與現(xiàn)代物理學(xué)契合的明確標(biāo)志。而這種契合的關(guān)鍵點(diǎn)則是“無中生有”。因?yàn)椤兜赖陆?jīng)》明言道生萬物，無中生有，明言“道為天下母”。（第42章：“道生一，一生二，二生三，三生萬物。” 第40章：“天下萬物生于有，有生于無。”第25章：“有物混成，先天地生。寂兮寥兮，獨(dú)立而不改，周行而不殆。可以為天下母。吾不知其名，字之曰道。”）難能可貴的是，現(xiàn)代理論物理學(xué)和天體物理學(xué)的發(fā)展。已經(jīng)可以討論物理世界的“無中生有”。這可以說是“物理證道”的基礎(chǔ)。
由于量子物理在這個(gè)問題上有根本的重要性，為了簡明，我們這里只說明必需的基本概念，暫時(shí)不涉及最新的以及尚無定論的進(jìn)展；為了清晰和不太空洞，以下須要敘述量子物理早期的發(fā)展歷程，目標(biāo)指向我們的主題 —— 物理世界中的“無中生有”。
2.“空”—— “有”還是“沒有”？
要從物理學(xué)的角度討論“無中生有”須要了解物理學(xué)上“無”的概念。按照一般的想法，“無”指的是“沒有”，或“空”，或?yàn)榱藦?qiáng)調(diào)，稱為“真空”。
在西方，中世紀(jì)的科學(xué)和神學(xué)都不斷地設(shè)法抓住“真空”，因?yàn)檫@一概念與物理上的實(shí)在性、邏輯上的可能性和神學(xué)的需要有關(guān)。但無窮無盡的辯論和宗教的冥想以至一些宗教的死亡儀式都不足以判定真空，即既沒有物質(zhì)也沒有能量的空間是否真實(shí)存在。于是在當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展的條件下，興起了一門關(guān)于真空的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。科學(xué)家（伽利略、玻意爾、帕斯卡等）試圖“制造真空”。他們證明我們頭頂上的空氣的確有重量，對地面形成壓力，而后用泵把空氣從玻璃容器中抽去，通過測量容器里的氣壓可以證明容器中的空氣減少了。可以想象完全容器里的空氣被完全抽出，這樣，“真空”好像可能是真實(shí)存在的。這種“制造真空”的努力已經(jīng)促成了一門有用的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。在理論上，人們想象，如果把容器里的空氣完全抽干凈就可能得到“真空”。但是，一方面，無論技術(shù)多么高超，即使把容器中的空氣差不多抽干凈，達(dá)到10的負(fù)多少毫米汞柱高（1個(gè)大氣壓是760毫米汞柱高），也不可能真的把所有的空氣抽凈；另一方面，即使真的抽盡，物理學(xué)家仍然可以懷疑是否那就是絕對的真空。因?yàn)槟菚r(shí)為了解釋電磁力（例如磁棒對鐵屑的吸引力）須要假定空中充滿一種特殊的物質(zhì) —— 以太。人們把以太想象成電磁波的載體，如像水是水波的載體，空氣是聲波的載體。而這個(gè)假想的“以太”是無法“抽空”的。但是以后有了愛因斯坦的狹義相對論和邁克爾遜測量光在不同方向上傳播速度的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)想象中的電磁波載體被排除了。這樣，到1905年，一只里面什么都沒有的“空盒子”，或者“真空”成為可能。
但是且慢！在愛因斯坦創(chuàng)立相對論的同一時(shí)期，出現(xiàn)了所謂“量子革命”。這場革命不僅是“翻天覆地”，簡直可以說把“天地”都弄得似有似無，把“盒子”里弄得難以理解的又有又無，在一些情況下，甚至連“盒子”（空間）也予以否定。一句話，“量子革命”完全顛覆了“空間”里“有”和“沒有”的概念，顛覆了常識(shí)所理解的“空間”概念。但這樣的“顛覆”恰恰與東方佛、道文化里的“道生萬物”、“真空妙有”等思想相通。
3. 能量子——物質(zhì)存在的形式—— 從“波”或“粒子”到“波-粒子”
量子力學(xué)里的“量子”概念始于德國物理學(xué)家普朗克提出的“能量子”，即一份一份的“能”（通常說的“能量”應(yīng)該指“能”的“量”，但習(xí)慣上將“能”說成“能量”）。
這個(gè)概念起源于十九世紀(jì)末物理學(xué)“晴朗的天空”上的一朵“烏云”—— 黑體輻射問題。當(dāng)時(shí)，物理學(xué)處于莫大的榮光之中。顯得非常有力，物理學(xué)家們志得意滿，似乎所有的物理現(xiàn)象，包括力、熱、聲、光、電、磁都被囊括在物理理論中，盡善盡美，沒有遺漏。但是，1900年4月27日，一位名聲顯赫的物理學(xué)家英國爵士開爾文作了一次著名的演講，題目是《在熱和光動(dòng)力理論上空的19世紀(jì)烏云》。其中明確說：“熱力學(xué)理論斷言，熱和光都是運(yùn)動(dòng)的方式。但現(xiàn)在這一理論的優(yōu)美性和明晰性卻被兩朵烏云遮蔽，顯得黯然失色了。”“烏云”說形象地描寫了當(dāng)時(shí)物理學(xué)的狀況。開爾文爵士沒有想到，這兩朵“烏云”里蘊(yùn)釀著的是物理學(xué)的暴風(fēng)驟雨，而后則是漫天彩霞！
“兩朵烏云”中的一朵是黑體輻射問題。（另外一朵是邁克爾遜-莫雷測量“以太風(fēng)”的實(shí)驗(yàn)。）“黑體”指的是能完全吸收外來輻射的物體。可以想象遠(yuǎn)處樓房的一間房間，墻壁刷黑，只有一個(gè)小窗口。這種情況下，進(jìn)去的光線都出不來，看起來就是個(gè)“黑體”。“黑體”像其它物體一樣，會(huì)輻射能量，輻射的能量與輻射的頻率（或波長，表現(xiàn)為顏色）和黑體的溫度有關(guān)。研究這三者間的關(guān)系就是所謂“黑體輻射問題。以當(dāng)時(shí)已經(jīng)成熟的經(jīng)典熱力學(xué)為基礎(chǔ)，維恩和瑞利-金斯分別得到兩個(gè)輻射公式。維恩的公式在短波波段與實(shí)驗(yàn)符合得很好，但在長波波段失效；相反，瑞利-金斯的公式在長波波波段與實(shí)驗(yàn)符合得很好，但在短波波段卻失效，而且有所謂“紫外災(zāi)難”—— 在頻率非常大師會(huì)輻射無限大的能量，而這是不可能的。這里，我們遇到一個(gè)根本的科學(xué)態(tài)度問題。如果僅僅為了實(shí)用，有這兩個(gè)公式也就可以了，在長波波段用一個(gè)公式，在短波波段用另外一個(gè)。但物理學(xué)家有一個(gè)根深蒂固的“癖好”，他們不滿足于“實(shí)用”，而是要追根究底，他們相信世界是統(tǒng)一的，應(yīng)該予以統(tǒng)一說明，至今仍然如此，甚而更進(jìn)一步。因此，長波公式和短波公式的不統(tǒng)一自然成為一朵縈繞于心的揮之不去的“烏云”。
懷著這樣的理念，抱著科學(xué)追求的崇高目標(biāo)，一位德國物理學(xué)家普朗克對于這個(gè)問題緊追不舍。到1900年他已經(jīng)在這個(gè)問題上花了六年時(shí)間。終于，在1900年10月中旬的一天他拼湊出一個(gè)公式。經(jīng)過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果仔細(xì)比較，按照他的公式計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得非常好。這讓他喜出望外！于是，在10月17日德國的物理學(xué)會(huì)上他公布了這個(gè)公式。
但巨大的成功并未讓他安心，這個(gè)似乎只是巧合的成功甚至讓他有些尷尬。他不明白這個(gè)“拼湊”出來的公式后面隱藏的是什么物理機(jī)制，有什么物理意義。換句話說，有什么“精靈”在黑體輻射中起作用?他決心抓住這個(gè)精靈。最后，他被迫放棄了經(jīng)典電磁理論中的一個(gè)基本觀念：能量的輻射和吸收必須是連續(xù)的。普朗克發(fā)現(xiàn)，為了得到普適的輻射公式，能量的輻射和吸收不像一條線那樣是連續(xù)的，輻射和吸收的能量像子彈，不可能不間斷地發(fā)射，也不可能只發(fā)射半顆，或者只有半顆擊中目標(biāo)。在1900年12月14日的德國物理學(xué)會(huì)上他宣布了這個(gè)發(fā)現(xiàn)：在黑體輻射中，能量的發(fā)射和吸收必須是一份一份的，而且有一個(gè)最小的單位，這個(gè)最小的能量單位就是所謂的“能量子”，它的大小是 E = hν。1900年12月14日這個(gè)日子值得永久紀(jì)念，因?yàn)檫@一天是“能量子”誕生的日子。當(dāng)然，嚴(yán)格說，“能量子”一直就存在，不管人們是否認(rèn)識(shí)它。說“誕生”，只是在物理學(xué)中誕生，只是人們開始認(rèn)識(shí)它。這個(gè)隱藏在黑體輻射里的“小精靈”，現(xiàn)在在普朗克公式里開始現(xiàn)身。式中h是普朗克常數(shù)，約等于6.626*10 -27爾格·秒，是我們這個(gè)宇宙的一個(gè)基本的物理常數(shù)；ν為輻射的頻率。能量子的單位是非常小的。例如頻率為1015 赫茲的輻射的“能量子”是6.6*10-19焦耳（1焦耳等于1千克重乘1米）。這個(gè)量的確非常非常小。但它攪得物理學(xué)界天翻地覆,的確像個(gè)小精靈。更重要的是，可以毫不夸張地說，沒有這個(gè)“小精靈”就沒有我們這個(gè)宇宙！這就是普朗克的一個(gè)偉大發(fā)現(xiàn)。
但是，令人意外的是它的催生者普朗克并不歡迎它！經(jīng)典的物理學(xué)也不歡迎它。普朗克本人是老派的物理學(xué)家，他有嚴(yán)格的科學(xué)精神。因此，他一方面追根究底尋求反映黑體輻射的普適公式和隱藏在這個(gè)公式后面的秘密；另一方面，面對這個(gè)匪夷所思的“量子”又不知所措。他堅(jiān)信經(jīng)典電磁理論。如果能量子存在，經(jīng)典電磁理論就會(huì)首當(dāng)其沖受到懷疑和威脅，好比只是為了彌補(bǔ)一幅美麗圖畫的一點(diǎn)瑕疵卻破壞了整幅圖畫，這是他不能接受，甚至懼怕的。所以他寧愿把這個(gè)“能量子”看成一個(gè)為了得到計(jì)算結(jié)果的權(quán)宜之計(jì)，一個(gè)沒有確實(shí)物理意義的假設(shè)，一個(gè)虛構(gòu)。所以，可以說“量子”還在難產(chǎn)中，甚至被普朗克本人冷落。
4. 物質(zhì)的基本形態(tài)
—— 從波或粒子到“波-粒子”
4-1. 光子
于是輪到愛因斯坦。
1905年，他26歲，是瑞士伯爾尼專利局的一個(gè)三等技師。出于對哲學(xué)和科學(xué)的熱愛，對物理問題的思考似乎成了他生活的“主旋律”。結(jié)果是在1905年3月17日那一天，寫出一篇關(guān)于光的論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》。這又是一篇可以彪炳千古的論文，可以稱為“光量子”在物理學(xué)中誕生的日子。這篇文章發(fā)表在《物理學(xué)紀(jì)事》上。愛因斯坦在這里面對的問題在當(dāng)時(shí)雖然沒有被看成“烏云”，實(shí)質(zhì)上卻是一回事，都是關(guān)于光的本質(zhì)問題。當(dāng)時(shí)物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)光照射在金屬上可以從金屬中打出電子，這現(xiàn)象稱為“光電效應(yīng)”。對光電效應(yīng)的研究結(jié)果說明對于特定的金屬，光能不能打出電子決定于光的頻率，而打出的電子的數(shù)目則決定于光的強(qiáng)度。這個(gè)現(xiàn)象和經(jīng)典的電磁理論又是矛盾的。因?yàn)楦鶕?jù)電磁理論，光的強(qiáng)度表示它的能量，強(qiáng)度越大，打出的電子的應(yīng)該能量越高，而不是數(shù)目越多。對于特定的金屬，打出電子的能量夠不夠應(yīng)該由強(qiáng)度而不是由頻率決定。這個(gè)矛盾又使人百思難解。愛因斯坦的靈感在于按照普朗克的能量子假定，可以簡單地認(rèn)為光在空間傳播時(shí)，它的能量不是連續(xù)的，而是“由一些數(shù)目有限的、局限于空間某個(gè)地點(diǎn)的‘能量子’組成的。”他把這些“能量子”稱為“光量子”，即以后所稱的“光子”。按照普朗克，一個(gè)光子的能量為 E=hν。這樣，光電效應(yīng)得到簡單而完美的解釋：光子的能量有頻率確定，光的強(qiáng)度則依賴于光子的數(shù)目。這個(gè)成績讓愛因斯坦1921年的諾貝爾獎(jiǎng)，而且他自己也認(rèn)為“光量子”是他“最革命的思想”。
“光子”？
這不是說“光波”具有“粒子性”？—— 是的！
但“光子”的概念與當(dāng)時(shí)已經(jīng)大獲全勝的電磁波理論格格不入。光的微粒性與波動(dòng)性之爭有很長的歷史。但在麥克斯韋理論確立之后，光就是電磁波已經(jīng)被視為確定無疑的事實(shí)。現(xiàn)在好像“微粒論”又卷土重來。所以，連愛因斯坦本人對此也非常謹(jǐn)慎。但在提出光量子概念之后，“光子”得到康普頓等科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)的支持。
這開始了從量子假定形成量子理論的步伐。普朗克的“能量子”現(xiàn)在在物理學(xué)中逐漸有了點(diǎn)地位，不再只被看成權(quán)宜之計(jì)或者不可理解的小妖精。
然而，這仍然還只是開始。
4-2. 原子的類行星模型
“能量子”的再次“閃亮登場”是在原子內(nèi)部。這次登場不但輝煌，而且具有突破性。
1897年J.J.湯姆遜在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)原子中存在電子，但那時(shí)并不知道電子在原子中如何分布。1910年，盧瑟福和他的學(xué)生在用α粒子（氦核）轟擊金屬薄膜時(shí)發(fā)現(xiàn)少數(shù)α粒子發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)。為了解釋這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，盧瑟福1911年發(fā)表了他的原子模型。這個(gè)模型假定原子內(nèi)存在質(zhì)量集中的帶正電荷的核，稱為原子核，電子則圍繞著原子核運(yùn)動(dòng)，形成一定的軌道，好像行星繞太陽運(yùn)動(dòng)。這就是原子的“類行星模型”，常常被用來作為現(xiàn)代物理學(xué)或整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)的標(biāo)志。這個(gè)模型可以說明α粒子為什么會(huì)像碰到硬核一樣被彈開，但又遇到一個(gè)根本性的麻煩。因?yàn)榘凑战?jīng)典電磁理論，電子在繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)不斷輻射出自己的能量，從而很快坍陷在原子核上。這樣的原子是不穩(wěn)定的。
但這個(gè)模型的確很有吸引力。當(dāng)時(shí)還很年輕的玻爾（26歲）沒有因此放棄這個(gè)模型。為了解決盧瑟福模型遇到的困難，他不是懷疑優(yōu)美的電子繞核模型，而是懷疑經(jīng)典的電磁理論。這時(shí)，“能量子”又現(xiàn)身了。玻爾將盧瑟福模型和當(dāng)時(shí)對氫原子光譜的研究結(jié)合起來，假定電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道不能是任意的，繞不同軌道運(yùn)動(dòng)的電子具有不同的能量，即處于不同的“能級(jí)”。類似于處于不同高度的臺(tái)階。能級(jí)之間的差距不是別的，正是那個(gè)還不容于物理學(xué)理論的“能量子”hν!這個(gè)假定一方面“穩(wěn)住”了電子，是它們不至于因?yàn)槭苤朴诮?jīng)典電磁理論而坍塌，靈一方面又完美地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且正確預(yù)言了新的光譜！
玻爾大獲全勝。
這是在1913年。能量子的“閃亮登場”讓黑體輻射這朵“烏云”里蘊(yùn)含的彩霞乍現(xiàn)。物理學(xué)的一個(gè)新時(shí)代即將來臨！
4-3. 物質(zhì)波 —— 有靜止質(zhì)量的粒子也有波動(dòng)性
但還是有問題。
首先，在玻爾理論中，電子的量子軌道是一種原因不明的“硬性規(guī)定”，好像的科學(xué)家的“獨(dú)裁”。這當(dāng)然不能令人滿意。而且，在多電子系統(tǒng)，包括氫分子里，玻爾的理論顯得力不從心。事實(shí)上，盡管成績巨大，玻爾理論中，“量子”還只是舊理論中的一個(gè)有點(diǎn) “妖氣”的“異數(shù)”，一個(gè)不得不接受而又格格不入的“客人”。一個(gè)經(jīng)典物理大廈里的寄居者。事實(shí)上，玻爾的理論是所謂“半經(jīng)典，半量子”的，可以說是對經(jīng)典理論“跪著的造反”。
為追究量子軌道為什么產(chǎn)生，法國科學(xué)家路意·德布羅意認(rèn)為原因應(yīng)該就蘊(yùn)藏在原子內(nèi)部，就在電子身上。1924年，英國《哲學(xué)雜志》上刊登了當(dāng)時(shí)還不知名的德布羅意的文章，其中闡述了“物質(zhì)波”可能存在的主要論點(diǎn)。提出電子這種具有靜止質(zhì)量的“實(shí)物粒子”和光子這個(gè)沒有靜止質(zhì)量的粒子一樣有波動(dòng)性。按照相對論，具有靜止質(zhì)量m的粒子有靜止能量E = mc2。與光量子類比，電子應(yīng)該有相應(yīng)的內(nèi)稟頻率ν= mc2 /h 。“頻率”一定是某種“波動(dòng)”的屬性。由此，他假定電子和其它具有靜止質(zhì)量的“實(shí)物粒子”都具有波動(dòng)性，或者說都是一種波。為紀(jì)念，這種波就稱為“德布羅意波”，也稱為“物質(zhì)波”，意思是具有靜止質(zhì)量的物質(zhì)的波。按照德布羅意的推導(dǎo)，這種波的波長是 λ= h /mv,其中m是粒子的質(zhì)量，v是粒子是運(yùn)動(dòng)速度。電子是波，質(zhì)子是波，連地球、月亮、星星也是波，我們?nèi)艘彩遣ǎ∵@又是十分奇特或叛逆的觀點(diǎn)。但德布羅意確信這種波存在。幸運(yùn)的是，這種概念得到愛因斯坦的大力支持，也因此受到重視。
當(dāng)然，按照德布羅意的計(jì)算，這種波的波長因?yàn)榕c粒子的質(zhì)量成反比，所以是很小的。例如：電子的質(zhì)量是10-27克，在1個(gè)電子伏特電位差的電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得每秒6ⅹ107厘米的速度 ，其波長為10-7厘米；一塊重100克的石頭，飛行速度每秒100厘米，它的波長是10-31厘米；地球的質(zhì)量約為1027克，繞太陽運(yùn)動(dòng)的速度約每秒3ⅹ106厘米，波長為3.6ⅹ10-61厘米。對于石塊和地球這樣的“宏觀物體”，現(xiàn)在還沒有任何手段能測量它們這么短的波長。但是，電子的德布洛意波長和 X射線同數(shù)量級(jí)，可以確確實(shí)實(shí)地記錄下來。1925年，戴維遜和他的助手革末在用電子束轟擊金屬鎳的實(shí)驗(yàn)里，確切地記錄下電子的衍射圖像，而“衍射”正是波的特性。這就毫無疑義地向人們顯示出電子的波動(dòng)性。
4-4. 波粒二象性
電磁波具有粒子性；同時(shí)，“實(shí)物粒子”具有波動(dòng)性！
這就是“波粒二象性”！
現(xiàn)在，“波粒二象性”一詞已是眾所周知，甚至被用于股票市場。但它的本質(zhì)現(xiàn)在可以說仍然是個(gè)可謂深不可測的謎。在經(jīng)典物理和人們的日常生活中，物質(zhì)有兩種基本的存在形式 —— 粒子或波。粒子的特點(diǎn)是分立性；波的特點(diǎn)是連續(xù)性。雖然經(jīng)典物理中已經(jīng)肯定存在電磁場，但仍然希望用粒子或波說明，所以有光的波動(dòng)性和微粒性之爭。“既是波又是粒子，既不是波，又不是粒子”是什么“樣子”？在經(jīng)典物理的空間無論如何想象不出這樣的圖像。不過，無論如何，黑體輻射這朵“烏云”現(xiàn)在呈現(xiàn)為彩霞，物理學(xué)的革命實(shí)實(shí)在在地開始了，物理學(xué)又有了廣闊的發(fā)展天地。
我們可以用“波-粒子”表示這種“本質(zhì)地具有波動(dòng)性的粒子”。現(xiàn)在人們還是在用“粒子”這個(gè)詞，但已經(jīng)不是在經(jīng)典的意義上用。下面為了確定，我們還是從俗，用“粒子”表示具有波粒二象性的粒子，必要時(shí)強(qiáng)調(diào)說“微觀粒子”。
5.不確定關(guān)系 ——永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)和沸騰的真空
5.1 粒子的性質(zhì)、狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)方程
—— 算符、波函數(shù)——海森堡方程和薛定格方程
人們熟知，經(jīng)典粒子在某時(shí)刻的狀態(tài)用它的坐標(biāo)（q）和動(dòng)量（p，即質(zhì)量乘以速度）描寫，坐標(biāo)和動(dòng)量都有確定的數(shù)值。知道粒子在某時(shí)刻的狀態(tài)就可以按照運(yùn)動(dòng)方程算出以前和以后任何時(shí)刻的狀態(tài)。這就是所謂“經(jīng)典決定論”。以此，例如可以精確計(jì)算以前若干年和以后若干年的日蝕和月蝕。
現(xiàn)在，在微觀領(lǐng)域里，粒子有了波動(dòng)性，如何描寫它們的狀態(tài)和表示它們所遵從的運(yùn)動(dòng)方程呢？
出現(xiàn)了兩種子方式。
一種是海森堡的方式。從形式上看，這種方式側(cè)重于微觀粒子的粒子性，仍然用坐標(biāo)和動(dòng)量這樣的物理量。但現(xiàn)在的坐標(biāo)和動(dòng)量必須“算符化”。粒子有“坐標(biāo)算符Q”和“動(dòng)量算符P”（這里我們用小寫字母表示普通數(shù)，用大寫字母表示算符），它們用行數(shù)和列數(shù)相同的二維方陣（矩陣）表示，不再具有確定的數(shù)值。重要的是，兩個(gè)普通數(shù)相乘的次序是可以交換的，例如3 5=5 3,而兩個(gè)矩陣相乘的結(jié)果與它們的次序有關(guān)（Q P≠P Q）。這種相乘次序與次序有關(guān)的性質(zhì)稱為“不可對易性”。
用“矩陣”表示可以測量的物理量？這又是匪夷所思的。但海森堡的方法的確能自然地得出量子化的原子能級(jí)和輻射頻率。海森堡和他的合作者波恩、約爾當(dāng)不但計(jì)算出Q P和P Q之差（ hI/2i,h是普朗克常數(shù)，I是單位矩陣，i是“-1”的平方根），而且構(gòu)造出“新力學(xué)”——“量子力學(xué)”。這個(gè)“新力學(xué)”在1925年以兩篇論文《論量子力學(xué)》和《論量子力學(xué)II》的形式發(fā)表在《物理學(xué)雜志》上，宣告“量子力學(xué)”面世。海森堡形式的量子力學(xué)不但完美地解決了原子光譜問題，而且完全能夠?qū)⒔?jīng)典的牛頓力學(xué)包含進(jìn)去。但“矩陣”究竟有什么物理意義仍然困擾著人們。
與海森堡比較，薛定格的量子力學(xué)形式上是著眼于粒子的波動(dòng)性。1926年上半年間，他發(fā)表了一系列相關(guān)論文，建立了薛定格形式的量子力學(xué) —— “波動(dòng)力學(xué)”。而海森堡的量子力學(xué)則稱為“矩陣力學(xué)”。波動(dòng)力學(xué)也能完美地解決原子光譜的問題，也能過度到經(jīng)典力學(xué)。波動(dòng)力學(xué)中，粒子的狀態(tài)用“波函數(shù)”描寫。薛定格的波動(dòng)方程比較形象，對于大多數(shù)物理學(xué)家來說也比較習(xí)慣，比較喜歡。所以一經(jīng)發(fā)表幾乎引起一些著名物理學(xué)家的歡呼，其中包括量子論的始祖級(jí)人物普朗克和愛因斯坦。
兩種形式的“新力學(xué)”有相同的“功能”，但面貌完全不同。
究竟哪個(gè)更好？當(dāng)然各有所好，各執(zhí)一詞。期間，發(fā)生過不少激烈的爭執(zhí)，從物理學(xué)到哲學(xué)。
問題是：雖然“波函數(shù)”描寫一種空間分布，比較形象，比較受歡迎，但它的“物理意義”與“矩陣”同樣模糊，而且玻爾恰恰對薛定格那種回歸經(jīng)典傳統(tǒng)的思想感到不妥。
但是，物理學(xué)家對統(tǒng)一（又是“統(tǒng)一”！）描述波動(dòng)性和粒子性的追求和數(shù)學(xué)方法強(qiáng)有力的支持，終于使“矩陣派”和“波動(dòng)派”相互溝通。原來，借助狄拉克和約爾當(dāng)發(fā)展的一種數(shù)學(xué)上的“相似變換”，海森堡方程可以“變臉”，變成薛定格方程；反之亦然。它們原來是同一微觀世界的規(guī)律的表示，盡管一個(gè)是“白臉”，一個(gè)是“黑臉”。
5.2 上帝擲骰子嗎?
——波函數(shù)的幾率解釋
盡管成功，盡管形象，盡管和海森堡方程可以溝通，“波函數(shù)”究竟代表什么還是不明白。其實(shí)，到現(xiàn)在也還不能說就真的明白了。這涉及量子力學(xué)的解釋問題。但在量子力學(xué)形成初期，就形成了成為主流的以玻爾、海森堡、波恩等為代表的主流派，即著名的哥本哈根學(xué)派。他們給波函數(shù)作了明確的解釋。這個(gè)解釋是由波恩在1927年提出的。波恩認(rèn)為波函數(shù)(通常用希臘字母Ψ表示，念PSI,當(dāng)然也可以用其它符號(hào)，例如“Φ”）根本不是像薛定格本人想象那樣是粒子在空間的實(shí)際分布，它的模（波函數(shù)是復(fù)數(shù)）的平方代表的是粒子在某個(gè)地方出現(xiàn)的可能性的大小，即粒子“現(xiàn)身”的幾率。
準(zhǔn)確地知道過去和未來曾經(jīng)是物理學(xué)的驕傲。只要給出初始狀態(tài)，按照物理定律就可以算出物體遙遠(yuǎn)的前世和來世，不管是幾千年以前還是幾萬年以后。像拉普拉斯所說，這樣的物理學(xué)里不需要上帝。或者，也可以說上帝把一切都早已安排好，一切都早已“命定”。這就是“決定論”。
而現(xiàn)在波恩說，薛定格方程不能預(yù)言粒子的行為，能預(yù)言的僅僅是粒子在某處出現(xiàn)的“幾率”。他甚至明確地指出這里出現(xiàn)的是整個(gè)決定論的問題。
這還是“物理學(xué)”嗎？！
現(xiàn)在人們知道，自然界里許多事件都不是決定論的，例如長期天氣情況不可能像日蝕、月蝕那樣預(yù)言，別說成千上萬年，就是十幾二十天也不行。但在當(dāng)時(shí)“決定論”被動(dòng)搖可是被看成物理學(xué)的生死攸關(guān)的大事。量子物理的主要奠基人之一愛因斯坦就對這種所謂“幾率解釋”耿耿于懷,說出他那著名的話：“‘老頭子’是不擲骰子的。”（“老頭子”是愛因斯坦對上帝的昵稱。）這場上帝擲不擲骰子的爭論一直延續(xù)了許多年。
5.3 不確定關(guān)系
由于“粒子”同時(shí)具有粒子性和波動(dòng)性，它的位置和動(dòng)量測量結(jié)果都不可能確定，各自有一個(gè)分布范圍，用△q和△p表示。這就是所謂的“不確定性”。已經(jīng)知道坐標(biāo)算符和動(dòng)量算符是不可交換的，按照波恩和約爾丹計(jì)算出來的P
和Q 的差值可以算出坐標(biāo)的分布范圍△q和動(dòng)量的分布范圍△p間有一個(gè)關(guān)系：△q △p> h / 4π，稱為坐標(biāo)和動(dòng)量的“不確定關(guān)系”；類似地，能量和時(shí)間之間也有一個(gè)不確定關(guān)系: △E △t > h / 4π。
坐標(biāo)和動(dòng)量間的不確定關(guān)系直接顯示出“粒子”的波動(dòng)性或波的粒子性。這個(gè)關(guān)系的哲學(xué)意義在于它明確顯示物質(zhì)處于永恒的運(yùn)動(dòng)中，因?yàn)樽鴺?biāo)的分布不可能無限大，動(dòng)量的測量值也就不可能是確定的，不可能為零。而能量和時(shí)間之間的不確定關(guān)系就和我們的論題 —— “無中生有”——直接相關(guān)了。
按照能量和時(shí)間的不確定關(guān)系，時(shí)間測量得越準(zhǔn)確，能量的分布范圍就越大。所以，在非常短的一瞬間，即使在真空中也會(huì)出現(xiàn)非常大的能量起伏。這一瞬間，各種物質(zhì)都可能在時(shí)間與能量不確定關(guān)系允許的條件下逃脫物理定律的約束而產(chǎn)生、消失。這就是說“無”（真空）中可能生“有”。換句話說，按照這個(gè)關(guān)系，因?yàn)闀r(shí)間不可能完全確定，“真空”也就不可能是死寂的“頑空”，它沸騰著，生機(jī)勃勃。只不過，這樣生生滅滅的粒子只能存在一瞬間，無法測量，所以稱為“虛粒子”。盡管如此，還是有一些人相信，我們的宇宙本身就是這樣產(chǎn)生的。在某些瞬間，為量子效應(yīng)允許的這些“虛物質(zhì)”在各種力（例如引力）的作用下變得實(shí)在并迅速膨脹擴(kuò)大到宇宙尺度。這就是所謂的“宇宙暴漲理論”。這種理論很難證實(shí)，但一些物理學(xué)家還是認(rèn)為是一種很有希望的理論。
不過，從不確定性原理，我們能確定的還是只有從真空中產(chǎn)生可以觀察到的形形色色物質(zhì)的可能性。這種可能性是否真會(huì)成為現(xiàn)實(shí)？
我們還須要深入奇妙的量子世界。
6. 全同性 —— 玻色子（boson）和費(fèi)米子（fermion）
—— 泡利原理——天、地、人產(chǎn)生和存在的基礎(chǔ)
前面只說到單個(gè)粒子。如果一個(gè)物理系統(tǒng)有兩個(gè)以上相同的粒子（稱為“全同粒子”），例如兩個(gè)以上電子，由于波粒二象性，這些“粒子”就表現(xiàn)出一種經(jīng)典粒子所不具有的性質(zhì) —— 不可分辨性。這種性質(zhì)稱為“全同粒子不可分辨性原理”，簡稱“全同性原理”。這聽起來有點(diǎn)拗口，有點(diǎn)同義語重復(fù)：既然這些粒子是“全同”的，當(dāng)然就是“不可分辨”的!實(shí)際上，說兩個(gè)粒子“全同”，指的是它們的固有性質(zhì)相同，例如兩個(gè)電子的電荷、靜止質(zhì)量、自旋相同就說這兩個(gè)電子是“全同”的，在這個(gè)意義上它們是不可分辨的。但如果是兩個(gè)經(jīng)典的粒子，只要它們的初始狀態(tài)不同(位置或動(dòng)量不同或二者皆不同)，因?yàn)樗鼈儼唇?jīng)典的軌道運(yùn)行，由于初始狀態(tài)不同，各自有不同的軌道，所以即是從一個(gè)地方出發(fā)，以后也可以分辨，所以經(jīng)典的“全同粒子”是可以分辨的。但由于微觀粒子具有波粒二象性，即使它們在某一時(shí)刻是可以分辨的，可以標(biāo)明“A粒子”、“B粒子”，但隨著運(yùn)動(dòng)，它們的坐標(biāo)分布范圍會(huì)有重疊（波包擴(kuò)散），在重疊區(qū)域無法再區(qū)別哪個(gè)是A粒子，哪個(gè)是B粒子。這就是所謂“全同粒子不可分辨性原理”。
“全同性原理”嚴(yán)格說當(dāng)然不是“原理”，因?yàn)檫@種性質(zhì)的“粒子”本質(zhì)地具有的波動(dòng)性的表現(xiàn)。有重大意義的是沒有這個(gè)全同粒子的不可分辨性就沒有我們整個(gè)物質(zhì)世界，更不可能有我們?nèi)祟悂碚J(rèn)識(shí)這個(gè)世界！
為什么呢？
因?yàn)槿Ｗ硬豢煞直?SPAN lang=EN-US>,而多粒子系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)的絕對值平方表示發(fā)現(xiàn)粒子的幾率，所以交換兩個(gè)粒子后的波函數(shù)（以二粒子體系為例, 用Ψ（q1,q2）表示，其中q表示“粒子“的可測量量的”完全集”）和交換以前的波函數(shù)Ψ（q2,q1）之間只應(yīng)該相差一個(gè)位相因子eiα,這就使得兩個(gè)粒子交換前后的波函數(shù)間只能是對稱的或反對稱的，即Ψ（q1,q2）=Ψ（q2,q1）或Ψ（q1,q2）= ―Ψ（q2,q1）。在忽略粒子間相互作用的情況下，系統(tǒng)的波函數(shù)可以寫成單粒子波函數(shù)（如Ψ2（q1,）、Ψ1（q2），Ψ的下標(biāo)表示不同的波函數(shù)，q的下標(biāo)表示第1個(gè)或第2個(gè)粒子的坐標(biāo)）的乘積的線性組合。這樣的線性組合必須是交換對的或交換反對稱的。因此，對于一個(gè)由N個(gè)全同“粒子”構(gòu)成的多“粒子”系統(tǒng)（習(xí)慣后，以后可以略去“粒子”的引號(hào)），如果它的波函數(shù)是交換對稱的，處于每一個(gè)單粒子狀態(tài)的粒子數(shù)可以從零到N；如果它的波函數(shù)是交換反對稱的，處于每一個(gè)單粒子狀態(tài)的粒子數(shù)則只能零或1，這個(gè)情況最初由泡利指出，所以被稱為“泡利不相容原理”。前者稱為“玻色子”，后者稱為“費(fèi)米子”，因?yàn)閷?yīng)于Ni個(gè)粒子處于能量為Ei的“能級(jí)”的可能分布的狀態(tài)數(shù)分別服從玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)。
構(gòu)成原子、分子的“基本粒子”除了有質(zhì)量、電荷等以外還有一個(gè)稱為“自旋”的重要性質(zhì)。粒子的自旋可以是整數(shù)，如1/2；也可以的整數(shù)，如1。實(shí)驗(yàn)證明自旋為半整數(shù)的粒子服從費(fèi)米統(tǒng)計(jì)，所以稱為費(fèi)米子；自旋為整數(shù)的粒子服從玻色統(tǒng)計(jì)，所以稱為玻色子。由于N費(fèi)米子系統(tǒng)里每一個(gè)單粒子狀態(tài)只能容納最多一個(gè)粒子，而電子的自旋為1/2，服從泡利原理，所以具有多個(gè)電子的原子才能具有類行星的構(gòu)造，不同能級(jí)的軌道上只能容納一定數(shù)量的粒子。N個(gè)粒子依照從低到高的次序填入不同能級(jí)的軌道，這樣才有不同的元素，有“元素周期表”。有不同的元素才可能出現(xiàn)不同的原子、分子以及細(xì)胞等等。否則只會(huì)有大大小小的“類氫原子”。所以，毫不夸大地說，沒有波粒二象性就沒有“全同粒子的不可分辨性”，就不可能有泡利不相容原理，也就沒有天上的繁星，沒有地上的山河，也沒有多姿多彩的植物、動(dòng)物和我們?nèi)祟悾?/SPAN>
5.量子場的基態(tài) —— 量子真空
量子物理的進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)至量子場論的建立。
原子的類行星模型實(shí)際上只反映了電子的波粒二象性。雖然現(xiàn)在電子“軌道”已經(jīng)被看成在不同能級(jí)上分布的“電子云”而不再是像“一環(huán)路”、“二環(huán)路”那樣的軌道，但聯(lián)系電子和原子核的電磁場仍然是經(jīng)典的電磁場，而且原子核也只是被看成一個(gè)帶正電荷的“點(diǎn)粒子”。此外，在這個(gè)模型里沒有涉及不同種類的粒子，也不涉及粒子的產(chǎn)生和消滅，而且電子的數(shù)目是確定的。這些情況都要求量子理論的進(jìn)一步發(fā)展。
實(shí)際上，在量子力學(xué)得以建立的1925年至1927年期間，早已有了愛因斯坦的狹義相對論。原先量子力學(xué)中粒子的運(yùn)動(dòng)方程不能滿足相對論的要求。以后，英國物理學(xué)家狄拉克考慮到狹義相對論的要求建立了相對論量子力學(xué)方程 —— 狄拉克方程。解狄拉克方程時(shí)發(fā)現(xiàn)了負(fù)能解。這就是說，滿足相對論要求的粒子可能具有負(fù)能量，即處于“負(fù)能態(tài)”。這是不好理解也無法觀察的。而且由于處于高能量狀態(tài)的粒子要往低能態(tài)躍遷，粒子系統(tǒng)會(huì)完全落入負(fù)能態(tài)。這當(dāng)然與事實(shí)不符。為了避免這種情況，狄拉克假定所有負(fù)能量狀態(tài)都被填滿（這只有對費(fèi)米子才可能），形成所謂“電子海”，以至具有正能量的粒子都不會(huì)陷進(jìn)去。 這樣，電子海就扮演著一個(gè)“真空”的角色，這種“真空”不是空的，但不能被觀察到。所以，從“觀察效應(yīng)”看，什么都沒有；但只要“電子海”中的負(fù)能電子吸收了足夠的能量（大于2mec2, me為電子的靜止質(zhì)量，c為光速），就可以使它躍遷到正能態(tài)，同時(shí)在“電子海”里留下一個(gè)與電子質(zhì)量相同，但電荷相反（即帶正電荷）的粒子（正電子）。起初，“正電子”好像只是狄克給他的方程遇到的負(fù)能量解這個(gè)困難作的牽強(qiáng)附會(huì)的解釋。到1932年，安德遜果然在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子。這大大開闊了人們的眼界，同時(shí)“電子海”這個(gè)物理圖像也得到認(rèn)真對待。按照這樣的模型，所謂“真空”指的只是因?yàn)椤罢軕B(tài)”是空的，所以“沒有觀察到什么”，但“負(fù)能態(tài)”卻是滿的，雖然本身沒有可以觀察到的東西，但它是可觀察效應(yīng)的背景，而且，由它可以產(chǎn)生出可以觀察到的正電子和電子（稱為“正負(fù)電子對“），所以這個(gè)“真空”并不空。可以說，“電子海”是量子場的一種雛形。也可以初步說明“無中生有”。
但只有狄拉克的相對論量子力學(xué)還不夠，因?yàn)樵诘依朔匠讨校娮邮菦]量子化的，而且作用于電子與原子核間的電磁場還是被看成經(jīng)典的電磁場。所以，盡管考慮了相對論，狄拉克方程還是半經(jīng)典半量子的。如果將電磁場量子化，就必須研究無限多“粒子”構(gòu)成的系統(tǒng)，因?yàn)椤皥觥钡摹白杂啥取钡臒o限的。考慮到不同種類的許多粒子，而且考慮到粒子之間有復(fù)雜的相互作用，而且在能量很高時(shí)，在各種相互作用下可能發(fā)生粒子的產(chǎn)生和湮滅就導(dǎo)至量子場論。到19世紀(jì)40年代，在狄拉克理論的基礎(chǔ)上，量子場論基本上成熟了。
量子場論的物理圖像當(dāng)然比單純的電子系統(tǒng)的“電子海”圖像豐富得多。量子場論里各種不同的量子場共同規(guī)定著空間的屬性或形式。（這里，我們不說“空間中充滿各種量子場”。因?yàn)檫@樣的表述仍然有牛頓的“絕對空間”的痕跡。但注意到這點(diǎn)，為了行文方便，通常還是可以用“在空間中”這類詞語。）這些量子場處于復(fù)雜的相互作用中。量子場的激發(fā)表現(xiàn)為相應(yīng)的可測量的粒子的出現(xiàn)。由于相互作用，量子場可以處于各種不同的激發(fā)狀態(tài)，表現(xiàn)為不同數(shù)目的粒子，這些粒子可以處于不同狀態(tài)，而且粒子的數(shù)目可以改變（不守恒）。因此，量子場論可以描述粒子間的各種相互作用過程，包括粒子的產(chǎn)生和湮滅。這樣，量子場論也就成為以后發(fā)展起來的粒子物理理論的基本理論，為更深入探索物理世界的奧秘打下基礎(chǔ)。
對于我們的討論重要的是量子場論里的“真空”概念。量子場如果激發(fā)，就表現(xiàn)出粒子的產(chǎn)生。這些激發(fā)出來的粒子表示量子場處于“激發(fā)態(tài)”，是可以觀察到的。所有的量子場都沒有被激發(fā)的狀態(tài)則稱為“基態(tài)”，是量子場系統(tǒng)能量最低的狀態(tài)。量子場系統(tǒng)的基態(tài)現(xiàn)在就稱為“真空”。這可以從兩方面理解：一方面，在這種狀態(tài)下，沒有可測量的粒子，所以稱為“空”或“無”；另一方面，這樣的“無”不是絕對的無，它蘊(yùn)藏著“萬有”，而且，像前面已經(jīng)說明過那樣，海森堡的不確定原理確定“真空”不可能絕對靜止，它沸騰著。所以不是“頑空”，由它可以產(chǎn)生萬物。
這就是物理世界的“無中生有”！
這也就是“真空萬有“！
討論到這里，不能不贊嘆《道德經(jīng)》之玄妙。實(shí)際上，《道德經(jīng)》第25章說的是：“有物混成，先天地生。寂兮寥兮，獨(dú)立而不改，周行而不殆，可以為天下母。吾不知其名，強(qiáng)字之曰道，強(qiáng)為之名曰大。”這里明確指出“道”不是一無所有的頑空，而是“混成”而“先天地生”之“物”。
量子真空是否確實(shí)存在？
用量子場論計(jì)算氫原子光譜的一種很小的位移（蘭姆位移），可以將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)比較，令量子場論驕傲的是可以在小數(shù)點(diǎn)以下十位數(shù)與實(shí)驗(yàn)精確符合！計(jì)算電子的反常磁矩也得到這樣的成功。這些可以說是量子真空存在的間接證據(jù)。值得特別注意的是，確實(shí)有證據(jù)說明“量子真空”有能量。一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)是卡西米爾效應(yīng)。卡西米爾是荷蘭物理學(xué)家，他在1948年提出一種可以探測量子真空里的零點(diǎn)漲落效應(yīng)的方法。這種效應(yīng)就以卡西米爾命名，稱為卡西米爾效應(yīng)。1996年美國的拉摩留克斯和他的學(xué)生用精確的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種效應(yīng)的存在。最近一些年，出現(xiàn)了能否將“真空能”作為一種新能源的大辯論。代表人物是美國物理學(xué)家普斯霍夫。他們聲稱可以開發(fā)無限的零點(diǎn)能。目前，這還限于理論上的辯論。
現(xiàn)在我們已經(jīng)初步說明現(xiàn)代物理學(xué)的“無中生有”的基本思想作為“物理證道”的初步探索。須要說明的是，“量子真空”的確表明我們這個(gè)物質(zhì)世界可能從“無”中產(chǎn)生出來。但要知道具體如何產(chǎn)生，還有相當(dāng)漫長的道路。最近（2011年12月）有報(bào)道稱歐洲核子研究中心(CERN)日前公布了來自大型強(qiáng)子對撞器(LHC)的重要數(shù)據(jù)，顯示可能看到希格斯玻色子(Higgs boson)。按照粒子理論的“標(biāo)準(zhǔn)模型”，希格斯玻色子可解釋粒子為何擁有質(zhì)量從而演化為萬事萬物。如果這一結(jié)果得到肯定，我們對宇宙如何從無誕生的認(rèn)識(shí)將會(huì)前進(jìn)一大步。“物理證道”，即物理學(xué)和“道”也契合也會(huì)更為緊密。
6.結(jié)語
最后須要說明的是，所謂“物理證道”并不是將科學(xué)作為說明某種宗教或哲學(xué)觀點(diǎn)的工具，甚至如西方在中世紀(jì)以前那樣作為宗教或哲學(xué)的附庸或“婢女”。《道德經(jīng)》思想獨(dú)到之處在于認(rèn)為“有”與“無”二者“同出而異名，同謂之玄；玄之又玄，眾妙之門。”物理學(xué)從研究“有”達(dá)到“無”，再到“無中生有”可以印證“道”的哲理，同時(shí)也是對大自然認(rèn)識(shí)的具體化和深化，與修道、證道的先賢和時(shí)賢的內(nèi)證互補(bǔ)是否正是入“眾妙之門”之路？
此外，我們這里還“忽略”了一個(gè)重要問題：我們這里說“物理世界”的“無中生有”其實(shí)只是一種“方便”，似乎是在強(qiáng)調(diào)“物理世界”與生命世界，尤其是與人的意識(shí)無關(guān)。但量子力學(xué)的建立，尤其是對它的解釋恰恰不能回避人的意識(shí)。這不僅是一個(gè)科學(xué)問題，也是深刻影響到哲學(xué)，甚至道學(xué)、佛學(xué)和神學(xué)的問題。有人認(rèn)為這是整個(gè)人類意識(shí)發(fā)展，甚至人類社會(huì)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。持此觀點(diǎn)的代表性人物美國物理學(xué)家弗里喬夫·卡普拉著有《轉(zhuǎn)折點(diǎn)》一書，附標(biāo)題就是“科學(xué)、社會(huì)和正在興起的文化”。他明確指出現(xiàn)代物理學(xué)的概念轉(zhuǎn)變除了科學(xué)意義外也具有重要的社會(huì)意義。卡普拉被認(rèn)為是正在興起的當(dāng)代“新道家”的先驅(qū)。
主要參考 《道德經(jīng)》 老子
《無之書——萬物由何而生》
[美] 約翰·D·巴羅 著 何妙福 傅承啟 譯
世紀(jì)出版集團(tuán) 上海科技教育出版社 出版
2009年 上海
《量子物理史話——上帝擲骰子嗎？》
曹天元 著
遼寧教育出版社
2008年
《高等量子力學(xué)》
胡詩可 吳邦惠 呂曉夫 編著
四川大學(xué)出版社 1990年
