爱因斯坦的相对论、霍金弦论与佛教理论

霍金的《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。