物理学的进展与分析序实在观的终结——兼论生命现象的探究方向，本文主要内容关键词为：物理学论文,进展论文,现象论文,方向论文,生命论文，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。
分析序（explicate order）是一种人们在日常经验中形成的把万物分析为众多本性独立、相互外在关联、类别有限的基元（basic ele-ments）的思维方式。这种思维方式在物理科学中获得了精确的表达和充分的发挥，并且一直主宰着物理科学的发展。最基本的分析序是关于时间与空间的序，物理学中用笛卡儿的时间与空间坐标（或四维闵可夫斯基或赝黎曼时空坐标）来定量表征时空中发生的物理事件。以微积分为出发点的分析数学是分析序的精细表达，自然地成了表达分析序实在观的强有力的数学工具。物理科学中关于实在的基元模型有两种：一是仅存在于单一时空点上的粒子（它可以具有各种特征量，如质量、电荷、自旋等）；二是分布于时空全域上的各种场量（例如力场、电磁场、势场、Ψ场、规范场、度规场等）。物理实在的基本动力学是其时空演化的二阶微分方程。前者是粒子的空间坐标关于时间的二阶微分方程，后者是场量关于空间坐标的二阶偏微分方程（可含场量对时间的一阶偏导数）。包括非线性复变函数论在内的全部分析数学仍处于发展之中。因此，分析序思维方式仍将在物理科学中继续发挥其积极作用。
由于物理科学从来是人类“理解自然与创造现象”的源泉与动力。所以，人们以为分析序实在观是得到科学支持的正确的宇宙观。其实，这一看法是没有逻辑根据的。
诚然，世代物理学共同体几乎全部（非逻辑必然地）接受了宇宙序基本上是分析序的观念。这种观念的最一般形式是把宇宙设想为由分离存在、 不可分割、 不可变化、 类别有限的“基本粒子（elementary particles）”构成。物理经验域的逐步扩大揭示着愈来愈多的新鲜实验事实，一次又一次地冲击着分析序实在观。物理学共同体被迫不断地改变着他们关于“基本粒子”的定义。原先，这些基本粒子一直被称作“原子（atoms）”，它们具有经典粒子的性质， 但原子最终被分成了具有量子的全同性与统计迭加性（注：以量子力学描述的量子客体具有全然不同于经典粒子的性质，其中最具特征性的就是量子的全同性与统计迭加性。量子的全同性就是粒子的不可区分性，即：在一个合同粒子系统内，交换其中任意两个粒子不会改变该系统的状态。例如，交换一个水分子中的两个氢原子，不会改变该水分子的状态。又例如，一条可能有几厘米长的神经细胞（可视为一个特别复杂的量子系统），其中含有巨量的碳原子，但其中任何一个是不能分辩与言说的。因为，就该神经细胞的状态跟碳元素的关系而言，其状态仅取决于全体碳原子一切可能的特定活性位形的统计迭加，而跟单个碳原子的准确位置无关。在多粒子系统中，量子的统计迭加视量子本性遵循两类统计：对于自旋为的半奇数倍的粒子，采用费米—狄拉克统计，即系统波函数是单粒子变量的对称函数；而跟单个碳原子的准确位置无关对于自旋为的整数倍的粒子，采用爱因斯坦—玻色统计，即系统波函数是单粒子变量的反对称函数。）的电子、质子和中子。于是，电子、质子和中子被认为是构成所有物质的绝对不变与不可分割的成分，但后来人们又发现这些东西可蜕变为数百种不同的不稳粒子，现在甚至更小的称作“夸克（quarks）”和“部分子（partons ）”的粒子被假定用来说明这些蜕变。值得注意的是：现代物理学中的基本粒子已不再是本性独立于环境的定域粒子，而是环境相关的非定域粒子了；基本粒子与基本场已经成了同义词。由于在时空重迭区共存的基本粒子（场）之间的干涉本性，使得分析序实在观的“黄梁美梦”彻底破灭。
实际上，分析序实在观的终结是现代物理科学发展的一种逻辑必然。
首先，相对论是物理科学中需要对分析序观念提出质疑的第一个有意义的指示器〔1〕。在相对论中， 关于独立存在的粒子概念不可能是一致的：无论说粒子是无维度的点，还是说粒子是广延的物体都不行。因为，作为实在基元的粒子是有质量并可能带电荷的，由于质量之间相引、同种电荷之间相斥的本性，无维度点粒子模型存在不可解决的无穷大自能问题。但如果把粒子想象成广延的物体，由于其内各点是类空的（不可能用光速或亚光速信号把它们连系起来），它们自身的稳定性就丧失了内在根据。
因此，爱因斯坦提出：粒子概念不能再被看作是基本的，相反，从头起实在就应看作是由各种场组成的，这些场服从与相对论的要求相一致的定律。爱因斯坦“统一场论”的一个主要新观念是：场方程是非线性的。这些场方程可以有种种定域脉冲形式的解，这些定域脉冲是由可稳定地通过整个空间的强场区构成的，从而它们可提供“粒子”的一种原型。定域脉冲不是突然终止的，而是在扩展至任意距离中强度不断减弱。因此，涉及两股脉冲的场结构将在一个未破缺的整体中融合并一起流动。并且，当两股脉冲紧靠在一起时，原先的类粒子形态会如此剧烈地改变，以致甚至不可能再有与由两个粒子构成的结构相似的东西了。所以，按此观念看来，分离而独立存在的粒子的观念，充其量是一种只在一定有限领域内近似有效的抽象。最终地，整个宇宙（以及它的所有“粒子”，包括构成人、人的实验室、观察仪器等等的粒子）必须被理解为一个单一的不能分割的整体，在这个整体中分析（为分离与独立存在的部分）不具有基本的地位。然而，爱因斯坦未能获得关于他的统一场论的普遍一致和令人满意的表达形式。而尤为令人遗憾的是：场的概念（这是爱因斯坦基本的出发点）仍然保留着分析序的实质特征；因为，基本的实体（各种场）被设想为在分离的空间和时间点上是相互外在地存在着的，并且假定只有那些相距“无限小的”的场元（field ele-ments）才能相互影响，在此意义上，基本实体只有通过外在的、实际上也被视为定域的关系才能相互关联。
其次，量子理论远远超越了相对论，向分析序观念提出了严峻得多的挑战[2]。量子理论具有以下关键特征：
1、 作用量由不可分解的量子构成（一切量子过程都包含一个以普朗克常数h为表征的分立量； 定态之间的分立量子跃迁一般是不能用一系列连续过程来刻划的）。在此意义上，运动一般是不连续的。
2、诸如电子之类的实体，能够显示不同的性质（例如，类粒子、类波或介于二者之间），具体取决于它们所处的环境境况以及具体的观测。（注：不能离开观测条件去谈论观测现象，是量子现象的一个重要特征。从本体上说，这就是：观测者与被观测者形成一个不可分割的整体。量子实在的这一整体性特征，是跟作用量子的不可分解性密不可分的，乃是量子力学的最本质特征。）
3、两个起初结合成一个分子随后又分开的、象电子一样的实体，显示出了特殊的非定域关系，充其量可把这说成是相互远离的实在元素的非因果关联。（注：爱因斯坦、波多尔斯基与罗森曾设计一个思想实验，以说明由两个粒子构成的量子系统，即使当两粒子类空分离后仍存在着一种非定域关联。后来物理学共同体把这称作EPR关联。现在，EPR关联已获得实验证实，成了量子实在的非定域性特征的一种方便表述。事实上，量子实在的这一特征是与量子实在的整体性特征相一致的，也是量子力学一个重要的本质特征。）当然还应补充说，量子力学的定律是统计的，它们并不唯一而精确地确定着个体的未来事件。当然，这是与经典定律不同的，后者原则上确定着这些事件。
然而，这种非决定论并不构成对分析序观念的严重挑战。在分析序中，基元是只有通过外部关系才能关联的、相互外在地独立存在的。这种基元通过机遇规则（在数学上用概率论表述）相关联（如在弹球游戏机中那样）的事实，并不改变这些基元的基本外在性，从而对于基本序是否是分析序并无实质影响。然而，以上所述的量子理论三个关键特征，确实清楚地表明了分析序观念的不适当性。例如，如果所有作用量都处于分立量子的形式，那么，不同实体（如电子）之间的相互作用就构成了一个不可分割地连结的单一结构，所以整个宇宙必须被看成是一个未破缺的整体。在这个整体中，我们可在思想上抽象出来的每一实在基元都显示出其依赖于它所处的全部环境的基本性质（类波或类粒子等等）。
这里，我们从根本上看到了：相对论和量子理论的相容与对立。一方面， 它们各以不同方式、 沿不同路径达到了一种未破缺的整体性（an unbroken wholeness）。另一方面，它们的关键特征是根本对立的：相对论要求连续性、严格因果性（或决定论）以及定域性；量子理论则要求非连续性、非因果性和非定域性。因此，这两个理论的基本概念是直接抵触的。所以，这两种理论从来没有（很可能绝不能）以一种一致的方式统一起来，似乎是一件很自然的事。人们很可能需要的是一种建立在整体性基础上的新型理论，作为抽象的东西、近似的东西以及极限情况从它可分别导出相对论和量子理论两者来。考虑到量子宇宙学的症结，可以设想：这种超越相对论与量子理论的理论是一种关于时空本性、并能说明我们的宇宙如何创生的理论。（注：现在还无法具体描绘这种未来理论的雏形， 但近十余年来已有大量优秀的物理学家沿着不同的进路去探索。主流的努力是在“量子宇宙学”的名义下探索我们这个闭宇宙的成因；但未来物理学沿着别的方向去攻破“量子引力”这道壁垒，是完全可能的。比方说，彭罗斯的旋量—扭量理论也许是一个可能的竞争者。在这理论中，他把复数引进了时空的描述之中，从而在数学上消除了广义相对论（用实数描述）与量子力学（用复数描述）的一道鸿沟。在他看来，自然界所有粒子都由扭量组成。而且，他证明：他的扭量也构成空间本身，空间中的一个点就是扭量的一个集合。另外，有人基于时空量子概念，并包容了跟玻恩倒易理论相组合的随机空间理论的基本概念，构建了一个把相对论与量子理论统一起来的一致理论构架。再者，最为彻底的是，还有人企图沿着代数量子力学路线，从具有量子代数特征的前空间（prespace）构建时空，在时空流形上构建起各种规范场来，这相当于把目前的规范场论翻个底朝天。）这就是说，空间与时间不是这理论的本源概念，分析序自然也就不是其本源序了。在现代数学中，内容深厚的代数新发展可以包容直观具体的传统分析。（注：在数学王国里有两个竟相发展、而又互补的大家族：一个是以点集的连续性为基础、以实变函论与复变函数论为核心的分析数学：另一个是以符号（可以是连续的数也可以是分立的抽象对象）运算为特征的代数（含对易代数与非对易代数）。近世代数的发展表明：在这两者的交叉点上，代数方法显示出具有对于点集整体性特征把握的独特功能（如代数拓扑学与不动点理论所表现的那样）。应该看到：代数向分析领域的开拓应用仅只是开发它的一个与分析相关的蕴涵；在这两者不交叉的广大领域内（如抽象的非对易代数与离散代数），分析序已不再有效，开发适应物理学新境况的新型代数系统尤其具有特别重大的意义。）这为物理学的开拓探究，提供了重要的启发和有力的数学支持。
较为现实一点的情况是：在高能物理实验领域中，发展了一种迄今尽可能兼容相对论与量子力学要求的量子规范场论研究纲领，且已获得大量高能物理实验的支持。在这种理论中，没有实粒子占据的空间，称为真空态。它在场论中的地位一点也不亚于实粒子本身。实际上，实粒子（实在极小方面）的本性要由真空态（实在的极大方面）的本性确定；反之亦然。例如，实验上迄今未观测到孤立的夸克，这在理论上解释为真空态是抗色场的。现在，已经有人在谈论真空相变了。如果在未来的高能物理领域中，人类控制了这种相变，那么，人类就可以有条件地从取之不尽的“真空海洋”中提取能量了。这里的理论发展与实践前景，是分析序实在观所不可思议的。
可是，物理科学中传统的分析序实在观已经渗透到了其它学科当中。其中一个突出表现是生命现象的还原论观点，这种观点认为：生命是发生于跟外界交换能量与物质的复杂分子系统中的一种特殊复杂的物理—化学过程；生命与非生命现象是由相同的一些（已知）物理—化学定律支配的。与此对立的一个观点叫做生机论，生机论认为：生命的本质是“生命力”，它是不可能用无生命界的自然定律所能说明的。
诚然，生机论长期主宰生物学的研究，阻碍着用物理学和化学的方法来分析生命现象。但这已经是过去的事情了，现代生物学研究已经深入到了细胞和分子水平。然而，纵观全局，我们发现如下两条重要的基本事实：
第一，在当今的分子生物学繁荣昌盛时期，尽管经过许多聪慧科学家数十年的共同努力，迄今仍未找到一条仅由物理学第一原理导出生物学重要事态的单一推理链条。与其说生物学正在向分子水平深入，不如说分子生物学的发展，使人们更有可能把各个水平（生物的群体水平、整体水平、器官—组织水平、细胞—亚细胞水平与分子水平）的研究融合贯通起来。这种整合研究愈深入，诸多分析水平之间的界限便变得愈模糊，生命实在的不可分解的整体性便愈突出。
第二，在“普适的”物理学与“特殊”的生物学之间的每一次直接交锋中，必须作出调整并让出地盘的总是物理学一方。这也许表明：是生物学强使物理学作出改变，以顺应复杂的生命现象对它提出的要求，而远远不是现代物理学在并吞着生物学。特别值得一提的是，胚胎学中的生物形态发生现象一直深深地困扰着物理学。虽然开系统动力学（稳定性理论、分岔理论、灾变理论等）有助于说明无生命自组织系统的发生。但是，由于在传统的分析序物理学中闭系统被视为第一位的，而使系统开放的作用则视为某种微扰，所以，这种开系统动力学所展示的现象的物理基础，仍处于极不令人满意的状态，远远回答不了生物形态发生现象的成因。看来，物理学不在复杂分子水平上添加新质要素，甚至连分子水平上当蛋白分子卷缩成活性位形时为何具有了生命力也会哑口无言的。
总之，种种迹象表明：生命的本质是远远超越量子力学所能把握的；把赌注完全押在还原论上，也许是现代生物学研究中的一种片面的实在观。更合理的观念应该是这样的：各层次上的分析序闭系统只具有相对意义，它们只不过是更普遍的牵连序（implicate order ）开系统的一些特殊情况。对于当代科学现状的全面反思倾向于使人们作出这样的判断：过去三百多年在分析序观念导向下所奠定的物理学基础，在若干关键方面是过于狭隘了；我们称之为理论物理的概念基础是狭隘而不是普适的，致使它们远远装容不了对于生命本性的描述。这种判断是跟玻姆在对于量子本体论的研究基础上发展起来的牵连序（implicate ord-er）实在观〔3〕相吻合的。
牵连序是隐含于直觉思维之中、把万事万物看作是相互内在关联的思维方式。因此，牵连序实在观是这样一种实在观：它认为宇宙是整体的、其本性是无穷的；一切“实在的基元”只具有相对意义，只在有限范围内才可分析地加以把握（一旦超越其有效域，其内在地牵连于“外在于它的一切”的本性便显露出来）。很明显，牵连序实在观并不否认分析序思维方式，而只是拒斥它的滥用。同样，牵连序实在观并不拒绝在分析序思维方式导向下所获得的一切科学成果，反倒认为，在牵连序实在观的指引下，分析序思维方式将抑制其保守的一面，并永远是人类获取真知的一个必不可少的手段。
毋庸置疑，牵连序实在观是一种进步的、开放的宇宙观。在牵连序实在观中，从无生命界到生命界，从生命到人类意识，从人类意识到人类社会，再从人类社会到自然宇宙，实在是一个整体性的连续统，其中每一“个体”和每一“局部”都内在地关联于其它。在这里，不存在不协调与不一致，一切表观的对立与冲突都化解在和谐的整体之中。传统的用分析序研究物质与用牵连序研究意识的对立局面，在这里已不复存在。可以期望：在一切领域中，自觉地运用牵连序实在观必将大大推动科学的发展和社会的进步。
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