道家智慧对现代物理学的启示——诺贝尔奖获得者汤川秀树与老庄思想

徐水生

(武汉大学 哲学学院，湖北 武汉 430072)

中国传统思维方式与自然科学二者的关系如何?是否只有阻碍的一面，而没有相融的一面?近年来，学术界对此展开过激烈的讨论，仁者见仁，智者见智。但总体来讲，理论分析较多，而实证研究不足。

古老的道家智慧对现代物理学有何启示?日本著名的现代物理学家、诺贝尔奖获得者汤川秀树，以其辉煌的科研成果和特殊的工作经历对这一问题给予了认真的解答。汤川秀树(1907—1981)，1927年毕业于日本京都大学理学部物理学科，1935年开始发表关于介子理论的系列论文，历任大阪大学副教授、京都大学教授;1948年至1953年任美国普林斯顿大学、哥伦比亚大学客座教授，1949年因提出介子理论获诺贝尔物理学奖，1981年病逝于日本京都。汤川秀树在总结其一生的物理学研究时指出:“和其他物理学家不同，对我来说，长年累月吸引我，给我最深影响的是老、庄等人的思想。它虽是一种东方思想，但在我思考有关物理学问题时，它仍不知不觉地进入其中。”［1］20－21直到晚年，他还深情地说:“今天，如同我的中学时代那样，老子和庄子仍然是我最感兴趣和最为喜爱的两位古代中国的思想家。”［2］51总之，对于这一颇有特色的“汤川现象”，有必要给予认真的研究。

本文拟以日本朝日新闻社1971年出版的《汤川秀树自选集》、日本岩波书店1985年出版的《汤川秀树著作集》以及复旦大学出版社1987年出版的汤川秀树的《创造力和直觉》(中文版)三种原著为基础，具体探讨道家智慧与现代物理学的有机联系。

一、道家关于发展、变化的思想与现代物理学发展趋势极为合拍

老子曰:“万物负阴而抱阳”(《老子》第42章，以下只注章数)，“反者道之动”(40章)。他观察到天地间万事万物都存在着互相矛盾的两个对立面，对立面不是一成不变的。庄子亦指出，天道犹如“大块噫气”的交响乐，瞬息万变，“物之生也，若骤若驰，无动而无变，无时而不移”(《庄子·秋水》，以下只注篇名)。他认为，事物无时无刻不在变移，盈虚、生死都只是一时的现象，其形态绝不固定。汤川秀树从积极意义上对老庄以上观点加以阐发，他说:“老庄的思想，既不是宗教，又不是伦理。其特点可用不同于‘到达’的‘通过’或‘一时停止’来表达。所谓‘到达’与目标、终点相联系。相对来说，‘通过’有通过某点、在某点停止一时之意，有不是终点而是中间站的细微差别。就是在这种意义上使用‘到达’和‘通过’的说法。”［3］318－31919世纪末20世纪初，物理学界发生了一次革命性的飞跃。随着生产与实验技术的不断发展，物理学遇到了大量的新课题，迫使人们认识到旧理论不是那么完善，因为它并不能圆满地解释新发现的一些现象。黑体辐射与迈克尔的实验使经典物理学理论碰到了巨大的困难，微观粒子的发现也提出了新问题，这一切导致了物理学理论新的突破。20世纪以来，相对论、量子论、原子物理学、粒子物理学以及凝聚态物理学等应运而生。新的研究领域不断开拓，物理学的面貌有了根本性的变化。因而，汤川秀树立足于近、现代物理学发展史，进一步解释了为何喜欢具有“通过”特点的老庄思想。他认为，在学问上，不可能有“到达”的终点，如说:“普朗克、爱因斯坦几位伟大的物理学家，推翻了牛顿力学。这可能说得有点过头，但总之牛顿不是终点、到达点。似乎应长时间停车，但结果只是应通过的途中一站。至今我还不知哪儿有终点?”“在《老子》、《庄子》那儿，没有明显的到达点。它们是非常独创、有趣的思想。仅此而已，绝无终点的看法是正确的。”［3］320从此意义上来说，老庄关于变化、发展的思想与自然科学上的没有绝对不变的认识或定理，只有不断发现、不断创新，才能寻得新真理的精神是一致的。

二、道家关于概念和真理的相对性思想可以获得现代物理学的非凡新意

《老子》曰:“道可道，非常道。名可名，非常名。”(1章)汤川指出，我是这样解释《老子》第1章的:“真正的道，即自然法则，不是惯例之道，常识之理。真正的名或概念，不是常见之名、常识性概念”;“变成如此的解释，也许我是物理学家。到17世纪伽利略、牛顿发现新物理学的道之前，亚里士多德的物理学是‘常道’。牛顿力学确立，并被称为正确的道之时，它便成了物理学上唯一的道。‘质心’这种‘新名’，不久成了‘常名’。20世纪的物理学是从超越‘常道’、发现新道开始的。在今天，狭义相对论、量子力学等形式的新道已成了常道，‘四维时空世界’、‘几率幅’这类奇妙之名，几乎成了‘常名’。因而必须再寻找不是常道之道，不是常名之名。如那样思考的话，两千多年前的老子话使人能获得非凡的新意。”［4］375关于老子的“道可道，非常道。名可名，非常名”，中国哲学界通常是这样解释的:“可以言说的道，就不是恒常的道，可以称呼的名，就不是恒常的名。”汤川秀树的文字解释与此不同，但从思想实质上来说是与老子哲学精神相通的。如老子说:“道常无名。”(32章)老子认为，名称或概念不是绝对的，具有相对性。自然科学就是在不断淘汰旧概念、旧理论，创造新概念、新理论中发展、前进的，因而二者确有思想上的一致性。

三、道家“知鱼乐”类的直觉思维“贯穿着现代物理学的精神”

汤川秀树指出:“直觉能力在古代的希腊天才和中国天才那里都是天赋极高的。”［2］5直觉是指在已往经验知识积累的基础上突发地把握事物本质的能力以及基于这种能力而产生的思想。直觉思维方法的基本特征之一，是其非逻辑性。道家的直觉思维方法在《庄子·秋水》中有着生动的展现:“庄子与惠子游于濠梁之上。庄子曰:‘鱼出游从容，是鱼之乐也。’惠子曰:‘子非鱼，安知鱼之乐?’庄子曰:‘子非我，安知我不知鱼之乐?’惠子曰:‘我非子，固不知子矣，子固非鱼也，子之不知鱼之乐，全矣!’庄子曰:‘请循其本。’子曰:‘汝安知鱼乐’云者，既已知吾知之而问我，我知之濠上也。”汤川秀树对此故事表示了浓厚的兴趣，他说:“此话表面类似禅的问答，实际上很不一样。禅总是把论证进行到科学无能为力之处，但庄子和惠子的问答表现了与科学的合理性和实证性有关的看法。惠子的论证方法看起来似乎比庄子更有逻辑性。一般认为，像鱼之乐这类很难下明确的定义，不承认实证是不可能的看法，接近科学的传统观点。尽管我自己是位科学家，但与庄子所说具有很强的同感。”［4］372故20世纪60年代有人请汤川秀树题字时，他常写“知鱼乐”三字。如日本名古屋大学理学院的物理学会议室墙上曾经长期挂着汤川所写的“知鱼乐”条幅。汤川秀树甚至在1965年9月在京都召开的纪念介子理论提出30 周年的基本粒子国际会议上，将“知鱼乐”的典故英译给外国的物理学家，引起了他们极大的兴趣。

为什么汤川秀树对“知鱼乐”的典故如此钟爱并与庄子颇有同感呢?因为在当时的物理学研究中，逻辑证明和实验的方法在基本粒子探讨中表现了一定的局限性。物理学家最感困惑的是所谓基本粒子的真正本性。一个肯定的情况下，基本粒子甚至比原子还要小得多，从更严密的观点来看，基本粒子很可能也具有自己的结构。但实际上，简直很难用实验手段来直接识别这样的细节。所以，汤川秀树说:“我坚信用某些方法可以合理地把握住基本粒子的结构，而且当然我正在为寻找可能的答案而费脑筋。我相信这样的一天将会到来。那时我们将知道基本粒子的内核，即使这一切不会像庄子知道鱼的内心那样简单，但为了做到这一点，我们也许必须采取冲破现有知识框框的奇妙思维方法。”［4］374这里的“奇妙思维方法”就是庄子“知鱼乐”一类的直觉思维方法，经过科学地改造、提高，可以弥补逻辑和实验方法的不足(或产生互补)，有助于基本粒子的研究。

汤川的亲密科研助手——著名物理学家坂田昌一进一步揭示了庄子直觉思维方法的现实意义，他说:“‘知鱼乐’的精神正是贯穿着现代物理学的精神，它把隐藏在现象背后的本质作为问题提出来了。”［5］192正如汤川秀树指出:“物理学从20世纪初期以来的发展，就是走的这种道路。在这样事例中，单靠逻辑学是什么也干不成的。唯一的道路就是直觉地把握整体，并且洞察到正确的东西。换句话说，这里更重要的与其说是铲除矛盾，倒不如说是在整体中发现和谐。”［2］42而老庄哲学中的直觉思维，经过科学改造后也能适合现代物理学的需要。汤川秀树还指出:“直至今日，有人认为东方的思维方式是非逻辑的，有碍科学的发展。这类意见不少，但我未必同意。”［1］10如在量子力学中有不确定原理，引进了概率的概念，西方人很难掌握，而东方人极易接受，这不能不说与东方思维方式有关。同时，这在一定程度上也说明了以庄子思想为代表的道家直觉思维的合理性。

四、道家的类比思维是一种创造性的思维形式，有利于现代物理学“寻找前所未知的真理”

类比是由两个对象内部属性关系的某些方面相似，而推出它们在其他方面可能相似的推理方法。用汤川秀树的话来说，“类比是这样一些方式(想象力发展等方式——引者注)中最具体的一种，它们把那些在一个领域中形成的关系应用到另一个不同领域中去。这是中国人自古以来就很擅长的一个领域。表现类比的最古形式就是比喻。……正如我在前面说过的，我特别喜欢庄子，他的作品充满了比喻和佯谬，而且其中最吸引人的是这些比喻和佯谬揭示在我面前的那个充满幻想的广阔世界”［2］44。汤川秀树还指出:“作为一种创造性思维的形式的类比的实质是可以简单叙述的”，“当两个事物之间的不同性和相似性都被认识得很清楚时，类比思维就会变得更加富有成果”［2］89。

汤川秀树在其著作中多次谈到类比特别是中国古代的类比(比喻)，这是有其重要原因的。其一，类比思维在近、现代自然科学发展中起到了重要作用。如1803年英国化学家道尔顿比较了古希腊原子论，细致地研究了当时所建立起来的当量定律和定组分定律，发现只要引入原子的概念并确定各种原子都有独立的原子量，就能圆满地解释这些定律。之后，他又建立了近代原子论，在科学上作出了重大突破。其二，西方科学家类比论的文化基础几乎都来源于古希腊哲学。作为一贯重视科学方法论，又具有东方文化素养的汤川秀树理所当然地也很重视类比法，不过，他更重视老庄思想中的类比方法。因此，他认为，如果回顾历史，我们就会发现在两千多年前的“中国等地区有许多伟大的思想家或哲学家，他们教给人们大量利用类比或隐喻。在我看来，他们似乎不但用它来劝说别人，而且也用它来找出他们前所未知的真理”［2］88。

庄于是中国古代哲学中最具浪漫色彩的哲学家，他主要依靠比喻和类比来论证哲学问题。如《齐物论》通过狙公赋芧、罔两问影、庄周梦蝶等比喻，来论证对任何事物的认识本无确定不变的是非标准，一切是非之争，都是对道的全面性的歪曲和割裂，反对认识的片面性。《逍遥游》借用大鹏和小鸠、大椿和朝菌的比喻，说明任何事物都不能超越自己本性和客观环境，主张各任其性，逍遥自在。《秋水》借河伯与海若的对话说明万物的大小、贵贱、生死、是非都是相对的。从一定意义上说，本文后述的“基元域”概念、物理学的“混沌”概念、“看不见的铸型”思想，就是汤川秀树运用庄子类比思维的成功尝试。

五、道家智慧与汤川物理学成就的内在联系

限于篇幅，此处仅举三个实例。

一是“基元域”概念的形成。汤川秀树说:“1950年，我发表了关于非局域场的理论，想将它作为和实体论、本质论的一种综合统一的第一步。这时，在宇宙线中发现了未被预计到的几种新粒子。……然而，再前进一步，希望更大，困难也越大，感到要达到应满足的理论需一个较长的时间，实际从这以后到今天的二十多年，我仍进行着恶战苦斗。其中，我想起了种种东西，成此契机的一个是在基本粒子研究上用新形式恢复的一般相对论精神，还有一个是想起了长期被遗忘的庄子。尽管时代相隔甚远，然而在将哪一方都可相容时、空(天地)和作为内在东西的物质、能量(万物)的相互关系问题上，二者有共同点。在这里有其他种种思想中所看不到的独特。如我在《基本粒子》中所述，想起了吸取庄子思想营养的诗人——李白在某文开头中的‘天地者万物之逆旅，光阴者百代之过客’等句，于是在1966年某日终于将我的苦心思索结晶为基元域①的概念。”［1］65

二是汤川粒子物理学上的“混沌”说的产生。汤川秀树说，我在思考基本粒子的过程中突然想起了《庄子》中的“混沌”典故，“我研究基本粒子已有多年，而且，至今已发现了30多种不同的基本粒子，每种基本粒子都带来某种谜一样的问题。当发生这种事情的时候，我们不得不深入一步考虑在这些粒子的背后到底有什么东西。我们想达到最基本的物理形式，但是，如果证明物质竟有30多种的不同形式，那就是很尴尬的。更加可能的是万物中最基本的东西并没有固定的形式，而且和我们今天所知的任何基本粒子都不对应，它可能是有着分化为一切种类基本粒子的可能性、但事实上还未分化的某种东西。用所习用的话来说，这种东西也许就是一种‘混沌’。正是当我按这样的思路考虑问题时，我想起了庄子的(混沌)寓言”［2］49－50。“在他的著作(《应帝王篇》)中，‘混沌’是和基本粒子世界很相通的。庄子说，如果企图笨拙地把某种相貌强加给混沌，就意味消灭混沌。虽然这样的一种说法在不同的人看来将有不同的意义，但是在我看来，它揭示了我们在基本粒子方面遇到的那种形势”［2］145。

三是“看不见的铸型”的物理法则的确信。《庄子·大宗师》说:“今大冶铸金，金踊跃曰:‘我且必为镆铘!’大冶必以为不祥之金。今一犯人之形而曰:‘人耳!人耳!’夫造化者必以为不祥之人。今一以天地为大炉，以造化为大冶，恶乎往而不可哉!成然寐，蘧然觉。”这里寓有一种自然规律决定一切的天地造化思想。汤川指出，从数年前，他有时将物理法则比喻为“看不见的铸型”。今天，我们知道，自然界是由若干种类基本粒子组成，例如电子，和同一类型的其他粒子毫无区别。不论在何处、何时形成，各个电子具有完全相同的质量和电荷，这是自然界法则性最基本形态的一种体现。产生这类同一东西的人眼看不见的机构，当然内在于自然界之中。他把它比喻为“人眼看不见的铸型”。但最近在反复读《庄子》中，发现了如此完全相似的比喻，感到大吃一惊，这个比喻就是《大宗师》中的一节。汤川秀树又说:“庄子认为人在巨大的天地之中，是由肉眼看不见的铸型铸出的，到时又重铸成别的东西，将此比喻成生死没有什么大的差别，以超越死亡。与其作人类来看，倒不如说将此看成是基本粒子的生死问题。尽管这是古代庄子的思考，但与我的思考极其相似。在我看来，庄子是一位真正了不起的思想家。”［4］369－370汤川秀树在这里站在物理学的高度诠释了庄子关于天地造化的思想，别有新意。

西方现代物理学家丹麦的玻尔(1885－1962)、德国的海森伯(1901－1976)等人在推动量子力学的形成和发展中，从古希腊哲学家德谟克利特的“原子论”里得到不少启示。故海森伯说，一个人如果没有希腊自然哲学的知识，就很难在现代原子物理学中取得进展。而与他们不同的是，东方现代物理学家汤川秀树更多的是从道家哲学中得到了重要启迪，为现代物理学的发展作出了重要贡献。同时，“汤川物理学”也纠正了海森伯上述观点的片面性。这也说明，在一定条件下中国古代哲学的某些合理思想也有利于现代自然科学的发展。

当然需要强调的是，汤川秀树将古老的道家智慧融合在其现代物理学的理论创造之中是有一定条件的:其一是掌握了科学的现代物理学理论;其二是以大量的物理学试验为基础;其三是熟悉西方的思维方法;其四是对道家哲学有精深的理解并进行了创造性地转换，而绝非是简单的比附和形式上的套用。

注释:

①基元域:汤川解释道:“如果任何形式的能量开始和真空发生联系了，那么，按照这种联系方式的不同，我们就可以把它看成一种物质或粒子式的表现，甚至看成一个基本粒子，如果我们想象这个区域变得无限地小，那么在极限情况下它就将和一个点粒子相当，从而我们的理论表述就会和从前一样地遇到困难。因此，我们就给这个区域的尺寸规定一个下限，即一个对应于最小时空量子的极限，这就是一个不能再进一步有意义地细分的区域。我们可以把它叫做基元域”(参见汤川秀树的《创造力和直觉》，复旦大学出版社1987年版，第l43 页)。

［1］汤川秀树.汤川秀树著作集:第7卷［M］.东京:岩波书店，1985.

［2］汤川秀树.创造力与直觉［M］.周林东，译.戈革，校.上海:复旦大学出版社，1987.

［3］汤川秀树.汤川秀树著作集:第4卷［M］.东京:岩波书店，1985.

［4］汤川秀树.汤川秀树自选集:第3卷［M］.东京:朝日新闻社，1971.

［5］坂田昌一.坂田昌一科学哲学论文集［M］.北京:知识出版社，1987.