微观其微——微观世界的新发现及引出的哲学问题，本文主要内容关键词为：微观世界论文,微观论文,新发现论文,哲学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
民间常听到用“天”来比喻宏观世界之大，而又用“头发丝”、“针尖”比喻微观世界之小。其实，人们肉眼看到的那蔚蓝色的“天”，在整个宇宙间确为沧海之一粟。天文学家用射电望远镜已观测到遥距我们约120亿光年的星系。大家知道光每秒速度为30万公里，光走120亿年，那是多么惊人的辽远啊！至于头发丝、针尖对真正的微观世界那它就谈不上微了，甚至可以说仍然是宏观世界的东西。这里先搁下宏观世界之宏不谈，而专谈微观世界之微。
构成宇宙万物的最小单位是什么，这就是微观世界的问题。对这个问题人们已经探索过数千年。在我国古代曾出现过关于物质构成的各种猜测说。有人认为世界万物是由金、木、水、火、土五种物质构成。有人说世界万物的最小单元是“太极”，所谓“太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦”。战国时期的思想家老子认为世界的基本单元是“道”，所谓“道生一，一生二，二生万物”。
在欧洲，科学家和思想家也不断探索宇宙物质构成的最小单元。希腊哲学家德谟克利特提出了原子说，认为物质最小的单元是原子，万物皆由原子构成，但原子是什么，似乎很茫然。也有些希腊思想家认为物质最小的单元是火、水、空气、泥土的观点。
中外古代思想家对微观世界的解释实际是一种思辨和揣猜，还没有在科学实验中发现真正的物质最小单元。对微观世界真正用科学观点加以分析和解释是近几百年的事。
人们首先发现了保持物质化学性质的基本单元分子，以为它是不能再分的最小单元。而分子的微小程度确是针尖、头发丝不可相比的。例如，一亿水分子排成长队只有2.8厘米。水分子只有0.000，000，000，000，000，000，000，03克重。一个人每秒钟数一个水分子，不停的数下去，数一千年，才能数一滴水里全部分子的二十亿分之一，可见分子是何其小啊！①分子是保持物质化学性质的最小微粒，不同的物质由不同的分子构成，分子分为普通分子即低分子和特殊聚合分子，即高分子。低分子的分子量由几十到几百，个别可达到1000，而高分子则由许多低分子聚合而成，有的甚至由几万个低分子联结而成，分子量就很高了。
分子虽然惊人的微小，但它远不是微观世界的最小单元。而分子则是由原子构成，一般说来原子比分子小多了。例如水分子是由两个氢原子，一个氧原子构成。氧气分子是由两个氧原子构成。科学家从对原子的认识提出了化学元素的概念。300年前英国科学家玻意耳提出一切物质是由化学元素构成，100年前俄国科学家把已经发现的元素进行了排列，发现了元素周期率。截止1994年底，人们已发现了111种元素。
当初人们以为原子是微观世界的极限，是再不能分的最小微粒。后来人们认识到这种结论经是错的。原子本身也是有其结构的。科学家通过实验发现原子是由原子核与核外运动的电子组成。最初认为原子核是由质子组成，一定数目的电子和相同数的质子构成原子，不同电子数和不同质子数的原子构成不同的元素。本世纪三十年代人们发现了原子核本身有更复杂的结构，原子核是一个非常密集的球状物体，主要由质子和中子堆积在一起构成。质子带一个正电荷，中子不带电荷，除此之外，两者的物理性质是一样的。天然的最轻最小的原子是氧原子，其核只有一个质子，而无中子。其他原子的核子都有中子。近几十年物理学家越来越深刻地揭示了原子及原子核的奥秘结构，发现了比原子核更小的基本粒子。目前人们认识的基本粒子有三族：(1)轻子，已发现六种，即电子、电子中微子、μ子、μ中微子、t子和t中微子；(2)夸克，共六种，即上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、底夸克、顶夸克；②(3)传递子，共5种，即光子、W[+]、W[-]、Z[0]粒子，胶子。而每种粒子都有其对立面，即反粒子。反粒子在质量、寿命和自旋等性质上与粒子相同，只是所带电荷正好相反。中子不带电荷，但也有反粒子，它同中子粒子的不同点在其微小磁场的磁极相反。
现在我们看看从原子到基本粒子的微小程度若何。原子的直径为10[-8]厘米，即1亿个原子排在一起为1厘米，前面知道1亿个水分子排在一起还有2.8厘米长，可见原子比分子小多了。而质子、中子的大小为10[-13]厘米，只有原子的十万分之一。而轻子和夸克更小，约都小于10[-17]厘米，不到质子、中子的万分之一。由此可知，微观其微之程度是难以想象的，用现代最高倍的显微镜也无法观察到某个基本粒子。我国的著名雕刻艺术家可以在一根头发上雕出大观园景观，人们觉得无法想像，但那种景观在普通显微镜下尚可看清的。而基本粒子的微观世界只是在连续电子束加速器、电子对撞下、高能加速器、粒子探测器下才能得到证实。
微观世界的研究对人类科学事业的发展和人类文明的递进作出了巨大贡献。分子、原子、原子核及基本粒子的发现推动了物理学、化学、天体物理学、生物学、量子力学等学科的发展。更为可贵的是微观世界的发现推动了应用科学和应用技术的发展，把人类物质文明直接推向更高量级和台阶。复杂分子结构的发现及分子理论的发展，推动生物工程技术的产生，并直接转化到塑料生产、农作物良种培育和人本身的优生优育上。原子核复杂结构的发现，人们利用核裂变、核聚变原理，建立核反应堆、核发电站，使人类从此有了一种新的能源－－核能。电子及光子的发现和深层认识给人类的通讯、传输和运算带来了伟大革命。电子计算机技术已经成为众人皆知的现代最先进的技术手段，几乎已经扩展到人类生活的一切领域。而根据光、电性能和运动原理，人们已经制造出诸多电子材料及光电信息材料。其中按形态分有固体、液体、气体材料；按晶态分有多晶、单晶、非晶体材料；按组成分有金属、陶瓷、玻璃和有机材料；按功能分有探测、传感材料、信息传输材料、信息显示材料、信息处理材料。应用最广泛的是硅半导体材料、石英光纤材料、钴一铬合金磁盘材料、液晶显示材料、磁性材料③等。而人类对天体的认识是在对地球化学成分，太阳化学成分和星际物质的物理、化学结构的分析和发现中深化的，而人类探测宇宙的各种航天器包括载人宇宙飞船，哪一项技术都离不开人类对光、电、核及基本粒子的认识和利用。
我这里特别提出微观世界的科学发现，要促使人们不断矫正自己的非科学的世界观和方法论，引起人的哲学思维的革命。在我国这样一个小农意识浓厚、现代科学技普及率很低，加之若干年左倾教条主义曾扼杀过人类科学意识的状况，更需要从人类认识微观世界的重要成果中，矫正一些人被扭曲的世界观和方法论。
这里遇到的重要哲学问题是有与无－－万物的转化问题。
在我国曾赞扬一些创业者时，经常说：他白手起家，从无到有，干出了什么成就。但提到世界观上，从无到有被指控为唯心主义、“黑格尔学派”，人们最忌讳“无中生有”。教条主义者把马克思主义的物质一元观硬化和僵化，把存在与物质划等号，以为存在最终是实物体的存在，对意识及意识能的存在，对物质能的独立性，对场的存在，实际上是抹杀的。他们把从老子、牛顿、黑格尔到爱因斯坦等人世界一概抹杀，斥之为“反动的唯心论”，反动的“唯心史观”、“反动的世界观”。
有人在分析老子时，当看到老子说“天下万物生于有”就认为这是“朴素唯物主义思想”，而当老子提出与“有”对立的还有“无”，即“无名天地之始，有名万物之母”时，这些学者就认为老子错了，证明老子的“道”“不但不是物质的实体，而且和物质的实体相反”，“是背离于规律性的”，最后的结论是老子的“道”是“上帝的别名，也即所谓神秘的力在最初的一击”。④一言以蔽之，谁在认识世界上出现“不含有物质实体”的推论，那就是装神弄鬼了。
牛顿的哲学观点也被曲解为装神弄鬼者的世界观。牛顿是18世纪最伟大的科学家，他的杰出成就是发现了机械运动的三定律，即惯性定律，加速度定律和万有引力定律。这三定律科学地解释了一切机械运动的原理，包括天体运动的规律。然而，牛顿从机械运动的角度分析世界万物的运动，他没有能够从物质的微观结构上去揭示宇宙万物的另一些本源问题和演化问题。所以对推动宇宙最初原动力来自何方无法解释，对基本粒子的运动转化尚未提到议事日程，故而猜想有个推动世界运动的第一推动力。他说：“没有神力之助，我不知道自然界中还有什么力量竟能促成这种横向运动”。恩格斯曾从牛顿的这类言论中推断他是上帝的信仰者，然而恩格斯在指出牛顿的时代局限性时，基本肯定了牛顿的巨大贡献。然而，在我国一些所谓“唯物主义者”，给牛顿的帽子是：“形而上学”、“唯心主义”、“狭隘经验者”，“炼金术的拥护者”，“完全沦落为神学的奴仆”。牛顿提出“神的第一推动力”，企图寻找宇宙的演化与本源，但他没有条件完成。我国的一些“大批判者”除了抓住“物质就是物质”，“世界是物质的”公式外，世界上的其他存在是一概被否定的。
更为冤枉的是爱因斯坦也被戴上“唯心主义世界观”的帽子。大家知道爱因斯坦的狭义相对论最出色的成果是揭示了能量与质量之间的关系，他的著名关系式是E=mc[2]，E为能量，m为质量，c为速度，能量等于质量与速度平方的乘积，这一公式表明在物质运动中存在质能互变关系，即质量可转化为能量，能量可转化为质量。世界公认爱因斯坦的发现是“打开核能源理论的金钥匙”。可悲的是在我国七十年代曾掀起批判相对论的妖风，爱因斯坦被打成“唯心主义者”、“反动的资产阶级学者”。一本所谓研究《能量》的科学著作，针对爱因斯坦作了如下指责：“围绕着物质、实物、场、……等等问题，历史上曾出现过唯物论与唯心论的一次又一次的大论战。虽然每次论战都是以唯心论在科学面前的失败而告终，但斗争并没有因此而告终。当现代核反应中的一些新的科学现象尚未被人们认识时，唯心论者又活跃起来了。一些资产阶级学者曾经抓住核反应中质量亏损时放出大量能量和在实验中发现的带负电的电子和带正电的正电子会发生‘湮灭’转化为一对光子的现象，大肆宣扬‘物质变成能量’了，‘物质消灭’了的谬论”⑤。认为质量亏损放出能量“尚未为人们认识”，“物质变成能量”是“谬论”，这是教条主义者的所谓唯物主义世界观。
现代物理学家对基本粒子的发现及其转化规律的揭示，对我国长期存在的形而上学唯物观，特别是“物体唯一”观和质量绝对观是一记响亮的耳光。
基本粒子理论告诉我们，每个粒子都有它的对立面反粒子。当粒子和反粒子碰在一起时会发生湮没现象，即消失现象，这时两种粒子的质量转化为另一种物质形态即能的形态，说明物质可以从有质量的实物形态转化为无质量、无实物的能量形态。同时，在基本粒子中，存在一些质量为零的粒子，例如中微子目前一般被假定质量为零。此外，我们在粒子碰撞的“共振态”中，有些粒子的衰变极端之快，很难想某些物质是“有”还是“无”，有些粒子的寿命竟在10[-23]秒量级。这一切都需要我们修正那种短浅的机械的物质观，要破除物质就是“实体”的片面认识，要承认存在的多样性和相对性。不要抓住“实体”不放，动不动给科学家戴一顶什么“唯心”的帽子，而同时否定非实体现象的存在。
人类虽然积累了惊人的知识，在探索世界奥秘上有成千上万的重要发现。但人类的未知领域还太多。人类至今尚未探索到宇宙的边界；关于地外生命现象仍然是一个劳而未果的谜；宇宙黑体有无正在争论；中微子质量近于零还是个假设；人的意念搬运术、穿墙术和肉眼透视等特异功能还使科学家一片茫然。而人类对这些未知数的求解，不能在一般“唯物唯心”的概念中解决，更不能抓住只有“实体”才是唯物的偏见不放。而要允许有真诚的具体的科学探索，要敢于提出假设，敢于修正“定论”的公式和原理，真正注重实践，尊重事实。要把一般的世界观和具体的科学思维区别开来，倡导从新角度、新方法和新途径方面发现未知世界的奥秘。
注释：
①参见《化学元素漫话》，第3页。科学出版社，1974年版。
②1957年前已发现前5种夸克，1994年美国费米实验室的科学家发现第6种夸克，即顶夸克。
③参见《现代科学技术知识辞典》第281-282页。科学出版社，1994年出版。
④此观点见《中国思想史》第一卷第八章。
⑤见褚君浩《能量》一书95页，上海人民出版社，1976年出版。
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