從物理學(xué)最新發(fā)展看唯物主義的“物質(zhì)”





〔摘要〕 辯證唯物論認(rèn)為物質(zhì)是標(biāo)志客觀存在的哲學(xué)范疇，是對一切可感知事物的共同本質(zhì)的抽象。物質(zhì)的唯一特性就是客觀實(shí)在性?，F(xiàn)代科學(xué)發(fā)現(xiàn)世界上有正物質(zhì)、反物質(zhì)和暗物質(zhì)。弦理論表明物質(zhì)不是無限可分的“粒子”，而是閉弦的不同振動模式。中微子振蕩的發(fā)現(xiàn)更證明了反物質(zhì)理論的正確性?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)對哲學(xué)的“物質(zhì)”范疇起了很大的豐富和拓展作用。物質(zhì)概念在不斷深化和發(fā)展，但并不違背馬克思主義哲學(xué)關(guān)于物質(zhì)的客觀實(shí)在性的論述。

〔關(guān)鍵詞〕 物質(zhì)；反物質(zhì)；暗物質(zhì)；弦理論

〔中圖分類號〕B016 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕A 〔文章編號〕1000-4769（2012）04－0136－06



〔作者簡介〕李單晶，電子科技大學(xué)馬克思主義教育學(xué)院碩士研究生，四川成都 611731；

李后卿，四川省社會科學(xué)院哲學(xué)與文化院副研究員，四川成都 610071；

羅大明，電子科技大學(xué)馬克思主義教育學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，四川成都 611731；

羅文鋒，四川大學(xué)物理系副教授，四川成都 610064。

早在19世紀(jì)80年代，恩格斯在總結(jié)當(dāng)時(shí)哲學(xué)和自然科學(xué)發(fā)展成果時(shí)就指出：“物、物質(zhì)無非是各種物的總和，而這個(gè)概念就是從這一總和中抽象出來的?！?sup>(1)這就是說，物質(zhì)這個(gè)名詞是對各種物的共同屬性的簡稱，“我們就用這種簡稱把感官可感知的許多不同的事物依照其共同的屬性概括起來”⁽²⁾，所以，“通過認(rèn)識個(gè)別的物和個(gè)別的運(yùn)動形式，我們就相應(yīng)地認(rèn)識物質(zhì)和運(yùn)動本身”⁽³⁾。恩格斯的論述明確指出了哲學(xué)物質(zhì)概念與自然科學(xué)關(guān)于具體的物質(zhì)形態(tài)之間共性與個(gè)性的關(guān)系。20世紀(jì)初，列寧從物質(zhì)與意識的關(guān)系上對“物質(zhì)”下了一個(gè)科學(xué)的定義：“物質(zhì)是標(biāo)志客觀實(shí)在的哲學(xué)范疇，這種客觀實(shí)在是人通過感覺感知的，它不依賴于我們的感覺而存在，為我們的感覺所復(fù)寫、攝影、反映。”⁽⁴⁾物質(zhì)范疇是馬克思主義哲學(xué)關(guān)于世界本原和統(tǒng)一性的最高抽象，是唯物主義世界觀的基石。世界是物質(zhì)的，物質(zhì)決定意識，意識是物質(zhì)的反應(yīng)，意識對物質(zhì)具有能動作用。世界是多樣的，又是統(tǒng)一的，世界是多樣性的統(tǒng)一，世界統(tǒng)一于物質(zhì)。物質(zhì)的唯一特性是客觀實(shí)在性。

一、物質(zhì)范疇的演進(jìn)與“二十世紀(jì)的失誤” 

對“物質(zhì)”的認(rèn)識是隨著科技進(jìn)步和社會發(fā)展而不斷深化的。古代樸素唯物主義依據(jù)對自然現(xiàn)象的籠統(tǒng)直觀認(rèn)識，把物質(zhì)歸結(jié)為一種或幾種實(shí)物。有的認(rèn)為“水”是世界的本原，有的認(rèn)為“火”是世界的本原，有的認(rèn)為“五行”是世界的本原。這種認(rèn)識缺乏科學(xué)依據(jù)，過于簡單化，屬于猜測。近代機(jī)械唯物主義根據(jù)當(dāng)時(shí)自然科學(xué)關(guān)于原子是物質(zhì)最小單位的認(rèn)識，認(rèn)為“原子”是世界的本質(zhì)，是最初的物質(zhì)，原子的屬性就是一切物質(zhì)形態(tài)的共同屬性。這種認(rèn)識雖然建立在一定的科學(xué)基礎(chǔ)上，但是混淆了自然科學(xué)一定階段的物質(zhì)結(jié)構(gòu)概念同哲學(xué)物質(zhì)范疇的區(qū)別，不能適應(yīng)自然科學(xué)發(fā)展的檢驗(yàn)?，F(xiàn)代辯證唯物主義從豐富多彩、無窮無盡的物質(zhì)具體形態(tài)中抽象出物質(zhì)的共同本質(zhì)，從哲學(xué)上作了最高概括，指出客觀實(shí)在性是物質(zhì)的本質(zhì)規(guī)定，是物質(zhì)的唯一屬性。

原中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長、現(xiàn)南方科技大學(xué)校長、中國科學(xué)院院士朱清時(shí)教授在《物理學(xué)步入禪境：緣起性空》⁽⁵⁾的演講中認(rèn)為，二十世紀(jì)初愛因斯坦發(fā)明的相對論證明，物體的質(zhì)量是變化的，同一個(gè)物體在不同的參考系下有不同的速度，速度的變化導(dǎo)致其質(zhì)量不同。既然質(zhì)量隨速度而改變，傳統(tǒng)認(rèn)為質(zhì)量是物質(zhì)的不變屬性，是物質(zhì)的量度的概念就缺乏根據(jù)。愛因斯坦還提出了著名的質(zhì)能方程E=mc2，證明物體的能量等于其質(zhì)量與光速平方的乘積，即質(zhì)量與能量不是固定的，而是可以相互轉(zhuǎn)化的。既然兩者可以相互轉(zhuǎn)化，而已知能量并非“實(shí)體”，那么物質(zhì)也就不應(yīng)當(dāng)再被看作是實(shí)體，所以相對論開始揭示出了物質(zhì)的實(shí)體觀的謬誤。朱清時(shí)院士引證指出，著名哲學(xué)家施太格繆勒（Wolfgang Stegmuller）在《當(dāng)代哲學(xué)主流》一書中寫道：“未來世代的人們，有一天會問： 二十世紀(jì)的失誤是什么呢? 對這個(gè)問題，他們會回答說：在二十世紀(jì)， 一方面唯物主義哲學(xué)(它把物質(zhì)說成是唯一真正的實(shí)在)不僅在世界上許多國家成為現(xiàn)行官方世界觀的組成部分，而且即使在西方哲學(xué)中，譬如在所謂身心討論的范圍內(nèi)，也常常處于支配地位?！?“但是另一方面，恰恰是這個(gè)物質(zhì)概念始終是使這個(gè)世紀(jì)的科學(xué)感到最困難、最難解決和最難理解的概念。”⁽⁶⁾也即是說，雖然以“唯物主義”為標(biāo)簽的哲學(xué)在二十世紀(jì)廣泛傳播，但是“唯物主義”的“物質(zhì)”內(nèi)涵是模糊不定的，是說不清的。因此施太格繆勒在哲學(xué)上看到了“二十世紀(jì)的失誤”。 那么，究竟應(yīng)當(dāng)怎樣理解物質(zhì)？物質(zhì)有哪些不變屬性?

二、物理學(xué)最新發(fā)展與“物質(zhì)”

哲學(xué)作為時(shí)代精神的精華，一定要以當(dāng)時(shí)的科學(xué)成就、特別是自然科學(xué)成就為基礎(chǔ)。二十世紀(jì)自然科學(xué)特別是物理學(xué)取得了突破性的發(fā)展，為現(xiàn)代唯物主義提供了知識土壤，也為進(jìn)一步深化對哲學(xué)物質(zhì)范疇的認(rèn)識提供了可能。

1.基本粒子與弦理論

在近代以來的很長時(shí)間里，科學(xué)家一直認(rèn)為，分子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單位，分子是由原子組成的，原子是最小的“原始”單元。1932年，物理學(xué)研究表明，原子是由更小的原子核和電子組成的。以后近30年里，物理學(xué)中把比原子核和電子更次一級的物質(zhì)，如質(zhì)子、中子等看作是沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的、不可再分的微觀粒子，它們被統(tǒng)稱為基本粒子。1964年，美國物理學(xué)家馬雷?蓋爾曼的新理論指出，質(zhì)子和中子不能被看成是最基本的微粒，它們也是有層級結(jié)構(gòu)的，它們是由一種更微小的名叫夸克的物質(zhì)構(gòu)成?？淇耸菢O不穩(wěn)定的、壽命極短的粒子。在已知的300多種“基本粒子”中，只有光子、質(zhì)子和電子等極少數(shù)粒子壽命特別長，絕大多數(shù)在誕生的瞬間就已消失，例如，η介子的生命期只有3×10-19秒，而通過強(qiáng)相互作用衰變產(chǎn)生的Σ粒子等“共振態(tài)粒子”，它們的壽命大約為10-28秒左右。這些粒子的壽命如此之短，以至于任何最先進(jìn)的科學(xué)儀器都無法直接測量它們，科學(xué)家只能借助于理論間接地推算出其物理特性和壽命。這些粒子的數(shù)量特別多，比例達(dá)到基本粒子總數(shù)的三分之二。什么原因造成絕大多數(shù)基本粒子竟然如此夭壽？如何理解物質(zhì)世界（包括人類）竟然建立在這樣轉(zhuǎn)瞬即逝的基礎(chǔ)上？ 物理學(xué)在二十世紀(jì)后期的新成就----弦論的提出及其發(fā)展把我們對物質(zhì)的認(rèn)識更向前深入推進(jìn)了一步。 

弦論是在愛因斯坦統(tǒng)一場思想基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在廣義相對論得到科學(xué)共同體的承認(rèn)后，愛因斯坦終其一生、窮盡畢生精力企圖構(gòu)建統(tǒng)一場論——用一個(gè)理論把自然界的四種力（電磁力、引力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力）統(tǒng)一在協(xié)和的數(shù)學(xué)框架下。由于當(dāng)時(shí)人們對四種力的許多基本特征還認(rèn)識不夠，所以愛因斯坦沒能完成他的使命。如今，物理學(xué)家相信他們終于找到了這種理論，它有可能把自然界的四種力統(tǒng)一在一個(gè)單一的、一個(gè)能描述一切現(xiàn)象的理論中，這就是弦理論，簡稱弦論。弦理論（string theory）認(rèn)為⁽⁷⁾，自然界的初始磚塊不是已知的300多種“基本粒子”，而是由極其微小的一維弦的振動形成的閉合圈（閉弦），各種各樣的“基本粒子”皆歸因于一維弦的不同振動模式。一維弦的典型尺度約為普朗克長度（10-35米），即長度的基本單位。弦理論認(rèn)為⁽⁸⁾，自然界中所有的物質(zhì)和能量，所有的現(xiàn)象，都來源于弦的分裂和組合。

2.暗物質(zhì)、反物質(zhì)與中微子震蕩

科學(xué)家很早就預(yù)言宇宙中隱藏著大量反物質(zhì)和暗物質(zhì)。它們究竟是什么東西？為什么這么多年來科學(xué)家一直孜孜不倦地探尋它們？它們可能會對人類認(rèn)識帶來哪些影響？

(1)暗物質(zhì) 

今天所說的暗物質(zhì)，最早是由瑞士天文學(xué)家弗里茲?茲威基(Fritz Zwicky)發(fā)現(xiàn)的。茲威基在1930年初指出：茫茫宇宙中，看得見的星系物質(zhì)只是很小很小的一部分，其只占總質(zhì)量的1/160以下，而質(zhì)量超過99%以上的星系是看不見的，這些看不見的星系物質(zhì)就是暗物質(zhì)。不過，多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為這是天方夜譚 。20世紀(jì)70年代后，大量的證據(jù)逼迫天文學(xué)界普遍接受了暗物質(zhì)的存在。理解暗物質(zhì)的道理很簡單，根據(jù)萬有引力定律，只要測出星體或氣團(tuán)環(huán)繞星系運(yùn)行的速度及其與星系中心的距離，就能夠估算出星系范圍內(nèi)的總質(zhì)量。按照同樣道理計(jì)算，結(jié)果表明星系的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可見星體的質(zhì)量總和，這說明星系中還存在看不見的質(zhì)量。后來，天文學(xué)家又計(jì)算更大的星系團(tuán)，發(fā)現(xiàn)依然出現(xiàn)這樣的問題，于是科學(xué)家們猜測，在宇宙中還存在著人類目前無法看到的神秘物質(zhì)，而且它們占據(jù)的比例非常大。這些物質(zhì)是自身不發(fā)射電磁輻射，也不與電磁波相互作用的一種物質(zhì)，很難被直接觀測到，但是通過萬有引力效應(yīng)可以推斷其存在，所以人們把這些物質(zhì)叫做暗物質(zhì)。目前人們已確認(rèn)暗物質(zhì)占宇宙總密度約20%—25%，它是普通物質(zhì)密度的4到5倍。而且，大量天文學(xué)觀測證據(jù)表明：這些暗物質(zhì)不可能由現(xiàn)在已知的任何一種粒子組成。

暗能量是近年宇宙學(xué)研究的一個(gè)里程碑性的重大成果。盡管暗能量難以被直接觀測到，而且具有特殊的性質(zhì)，但科學(xué)理性可以幫助我們認(rèn)識它。有兩個(gè)主要證據(jù)印證暗能量的存在，一是對遙遠(yuǎn)的超新星的大量觀測數(shù)據(jù)表明，星系膨脹的速度不是恒定的，宇宙在不斷加速膨脹，這種現(xiàn)象能推論出宇宙中存在著愛因斯坦引力場方程預(yù)言的壓強(qiáng)為負(fù)的“暗能量”。二是近年來通過微波背景輻射的研究，科學(xué)家計(jì)算出了宇宙中物質(zhì)的總密度，結(jié)果是即使普通物質(zhì)加上暗物質(zhì)，質(zhì)量和也只占宇宙中總質(zhì)量的1/3左右，還有約2/3的缺失。這一缺失的物質(zhì)歸因于暗能量，它具有負(fù)壓，在宇宙中呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài)，主導(dǎo)著今天的宇宙。

（2）反物質(zhì) 

我們習(xí)以為常的物質(zhì)，其實(shí)就是正物質(zhì)。無論宏觀物質(zhì)還是微觀粒子，都是由原子構(gòu)成的，原子是由質(zhì)子、中子和電子組成，其中質(zhì)子帶正電荷，電子帶負(fù)電荷，中子不帶電，這樣的物質(zhì)叫做正物質(zhì)。而反物質(zhì)一切皆相反，它的質(zhì)子帶負(fù)電荷，電子帶正電荷，中子的自旋也是相反的，由這些相反的基本單元構(gòu)成的“物質(zhì)”就是反物質(zhì)。1932年美國物理學(xué)家卡爾?安德森在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了正電子的存在。隨后又發(fā)現(xiàn)了負(fù)質(zhì)子和自旋方向相反的反中子。2011年5月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與美國科學(xué)家合作發(fā)現(xiàn)了迄今最重的反物質(zhì)粒子——反氦4。歐洲核子研究中心的科研人員在2011年6月5日的英國《自然?物理》雜志上報(bào)告說，他們成功地將反氫原子“抓住”長達(dá)一千秒的時(shí)間。歐洲航天局的伽馬射線天文觀測臺，證實(shí)了宇宙間反物質(zhì)的存在。此外，他們還證明，這些反物質(zhì)來源很多，它不是聚集在某個(gè)確定的點(diǎn)周圍，而是廣布于宇宙空間。

雖然人們已經(jīng)找到了反物質(zhì)，但目前的發(fā)現(xiàn)還只是九牛一毛。南京大學(xué)陳鵬飛認(rèn)為：“我們現(xiàn)在只是知道了反物質(zhì)的存在，但是還有很多關(guān)于反物質(zhì)的問題沒有弄清，其中一個(gè)疑問就是宇宙中的反物質(zhì)為什么比想象的少?！?sup>(9)現(xiàn)有理論認(rèn)為，宇宙大爆炸將產(chǎn)生同樣數(shù)量的正物質(zhì)和反物質(zhì)，也就是說任何事物都是“對稱”的。物質(zhì)和反物質(zhì)擁有相反的電性和磁場特性。當(dāng)兩者相遇時(shí)便會發(fā)生“湮滅”，僅剩下“純粹”的能量。如果事實(shí)果真如此，那么宇宙中就不應(yīng)該存在任何真實(shí)的物質(zhì)?？墒聦?shí)上物質(zhì)又確實(shí)普遍存在著，而反物質(zhì)倒是不見了，那反物質(zhì)跑到哪里去了？這是需要探索的問題。另外，如果在宇宙的某個(gè)角落發(fā)現(xiàn)了反物質(zhì)，會對我們?nèi)祟惍a(chǎn)生什么影響？萬一碰到了反物質(zhì)，我們能否有辦法不湮滅呢？這就是中微子振蕩的問題⁽¹⁰⁾。

(3)中微子振蕩 

中微子是構(gòu)成物質(zhì)世界的最基本單元之一，它質(zhì)量極其微小，不帶電。中微子有三種類型，即μ中微子、電子中微子以及τ中微子。中微子在宏觀的宇宙起源及微觀的粒子物理中都起著極為重要的作用，因?yàn)樗臄?shù)量在構(gòu)成物質(zhì)世界的12種基本粒子中占據(jù)了1/4。中微子性質(zhì)特異，它在飛行中可以從一種類型蝶變成另一種類型，這就是中微子振蕩。理論物理學(xué)家布魯諾?龐蒂科夫首先提出中微子振蕩猜想，他認(rèn)為夸克模型中特定味的某一中微子可以轉(zhuǎn)化為不同的味，所探測到的中微子可能處于哪個(gè)味要由傳播中不斷改變的波形決定。三種中微子相互兩兩振蕩，原則上應(yīng)該有三種模式，其中“太陽中微子之謎”和“大氣中微子之謎”兩種模式在1960年后被多個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。第三種振蕩模式則成為科學(xué)懸案，50年來一直未被發(fā)現(xiàn)。

經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的探索，第三種中微子振蕩模式終于得到證實(shí)。廣東大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)國際合作組于2012年3月8日宣布⁽¹¹⁾，我國在大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一種中微子振蕩的新模式，并測量到其振蕩幾率。關(guān)于第三種中微子振蕩模式的論文已送交美國物理評論快報(bào)發(fā)表。第三種中微子振蕩模式為反物質(zhì)理論提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，被認(rèn)為是對最基本物理參數(shù)的測量，深化了對自然界基本規(guī)律的認(rèn)識。中微子振蕩意味著中微子具有質(zhì)量，這與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型不相吻合，對理論物理和實(shí)驗(yàn)物理都會產(chǎn)生一定的影響。

雖然暗物質(zhì)迄今尚是一種理論猜測，但就目前的科學(xué)研究進(jìn)展看，暗物質(zhì)、反物質(zhì)都具有客觀實(shí)在性，都是物質(zhì)的具體形態(tài)，都是“物質(zhì)”存在的不同方式。中微子振蕩作為理論預(yù)言得到了實(shí)驗(yàn)證實(shí)，進(jìn)一步豐富和完善了各種物質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系，深化了對“物質(zhì)”范疇的認(rèn)識。

三、科學(xué)最新成就與對哲學(xué)“物質(zhì)”的思考

朱清時(shí)院士認(rèn)為，在弦論之前，物質(zhì)的實(shí)在性體現(xiàn)在上百種“原子”上，因而可以把物質(zhì)世界看作是物質(zhì)實(shí)體。⁽¹²⁾但是在弦論中，組成多種多樣、豐富多彩的物質(zhì)世界的基本單元不是以往認(rèn)為的基本粒子，也不是宇宙弦自身，而是宇宙弦的各種可能的振動態(tài)，是宇宙弦振動所產(chǎn)生的各種“音符”。按照朱清時(shí)院士的觀點(diǎn)⁽¹³⁾，物質(zhì)是宇宙弦的振動態(tài)，不再具有客觀實(shí)在性了。那么，世界上還有什么事物是實(shí)在的呢? 朱清時(shí)院士認(rèn)為，唯事物之間的關(guān)系是實(shí)在的。

根據(jù)物理學(xué)的最新發(fā)展，我們對唯物主義哲學(xué)的“物質(zhì)”有以下思考：

思考之一：聯(lián)系的觀點(diǎn)是馬克思主義哲學(xué)的基本觀點(diǎn)，事物之間是相互聯(lián)系的，聯(lián)系是物質(zhì)存在的方式，聯(lián)系表征客觀實(shí)在性。朱清時(shí)院士關(guān)于宇宙弦的振動態(tài)是聯(lián)系的觀點(diǎn)有新意，因?yàn)樗诂F(xiàn)代科學(xué)的最新發(fā)現(xiàn)，特別是基于弦論的一系列邏輯論述。物質(zhì)的具體形態(tài)在不同的觀察尺度下呈現(xiàn)出差異，在宏觀視域下的物質(zhì)與構(gòu)成它的原子甚至物理化學(xué)性質(zhì)都不一樣，但這并不能否認(rèn)物質(zhì)的客觀實(shí)在性。在宇宙弦這種至小無內(nèi)尺度下研究實(shí)在性與聯(lián)系的關(guān)系。必將拓展人類認(rèn)識物質(zhì)客觀實(shí)在性的新領(lǐng)域。

思考之二：弦理論現(xiàn)在并沒有否定“物質(zhì)”。物理學(xué)早就證明物質(zhì)具有“波粒二象性”， 如具有質(zhì)量m和速度v的運(yùn)動粒子具有的波長等于普朗克恒量h 跟粒子動量mv 的比．即λ= h/（mv），這個(gè)關(guān)系式叫做德布羅意公式，由此公式很容易算出運(yùn)動粒子的波長。這個(gè)理論對于質(zhì)量m趨于零的粒子還適用嗎？與弦理論有內(nèi)在關(guān)系嗎？在未獲判決性實(shí)驗(yàn)證實(shí)之前，弦理論只是認(rèn)識事物的一種方式方法，不能完全算是科學(xué)理論。以一個(gè)自身尚待確證的理論去否定物質(zhì)的客觀實(shí)在性不能令人信服。用這樣的理論能動地作用于對象，無異于盲人摸象。目前弦理論無法處理好時(shí)間依賴與宇宙論背景的問題，這可能說明物質(zhì)與時(shí)間有著復(fù)雜的關(guān)系，也說明弦理論還需進(jìn)一步完善，這種完善當(dāng)然包括對宇宙弦上的各種“音符”是否具有物質(zhì)屬性的再認(rèn)識。 

思考之三：弦理論是現(xiàn)在最有希望將自然界的基本粒子和四種相互作用力統(tǒng)一起來的理論，如果它為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，這將從根本上改變?nèi)藗儗ξ镔|(zhì)結(jié)構(gòu)、空間和時(shí)間的認(rèn)識，甚至也會改變對世界本原的認(rèn)識。但是在決定性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證弦理論之前，人們?nèi)匀挥斜匾獙λM(jìn)行更深刻的認(rèn)識和探索，不應(yīng)匆忙地推廣到其他領(lǐng)域。

思考之四：在弦論中，人們順理成章地推演出規(guī)范對稱性、超對稱性以及引力，這些結(jié)論在弦論以前的標(biāo)準(zhǔn)模型中要么是人為強(qiáng)加進(jìn)去的， 要么就與量子力學(xué)相沖突，但在弦論中這些結(jié)論都內(nèi)在自洽地統(tǒng)一起來了，這說明物質(zhì)世界的確是有內(nèi)在統(tǒng)一性的。世界的統(tǒng)一性在于其物質(zhì)性，這種統(tǒng)一性在科學(xué)上表現(xiàn)為統(tǒng)一的理論，作為統(tǒng)一場理論發(fā)展的弦理論具有其哲學(xué)內(nèi)在合理性依據(jù)。

思考之五：宇宙物質(zhì)起源在弦理論的框架下能得到解決嗎？量子力學(xué)和廣義相對論在20世紀(jì)取得了巨大成功，但是這兩個(gè)理論在適用對象和數(shù)學(xué)描述上是相沖突的。舉例來說，量子力學(xué)認(rèn)為任何粒子的微觀運(yùn)動都是不規(guī)則的，都有起伏漲落，但宏觀上都遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。廣義相對論認(rèn)為萬有引力來源于彎曲時(shí)空。從這兩個(gè)理論就可以推論出彎曲時(shí)空每時(shí)每刻都在經(jīng)歷著微觀粒子時(shí)高時(shí)低的漲落變化。在通常情況下，這些漲落小得可以忽略不計(jì)，但在極短距離、在大爆炸的初始時(shí)刻、在黑洞的視界附近等一些極端情況下，這些量子漲落將起著決定性作用。在這些極端情況下，量子力學(xué)和廣義相對論只能得到一些結(jié)果為無窮小或無窮大的荒謬結(jié)論。很顯然，我們需要一個(gè)更完備的理論。令人驚訝的是弦理論第一次將廣義相對論和量子力學(xué)自然地結(jié)合到一個(gè)數(shù)學(xué)上協(xié)和的框架里⁽¹⁴⁾。在弦理論中，由于弦的延展性(一維而不是一個(gè)點(diǎn))，引力和光滑的時(shí)空觀念在比宇宙弦尺度還小的距離下失去了意義，時(shí)空量子泡沬由“弦?guī)缀巍贝媪恕，F(xiàn)在，用弦理論已經(jīng)解決了有關(guān)黑洞量子力學(xué)的一些疑難問題。如何用弦理論來說明宇宙大爆炸的初始奇點(diǎn)仍然是一個(gè)沒有解決的大問題，物質(zhì)起源還需研究。 

思考之六： 11維時(shí)空是真實(shí)可靠的嗎？ 宇宙學(xué)研究和觀測數(shù)據(jù)都指出，人類生活生存的三個(gè)空間維數(shù)正在膨脹，由此便能推測空間曾經(jīng)是很小和曲率很大的。自然的一種解釋是，在我們觀測到的三個(gè)空間維數(shù)以外還存在與它垂直的其他空間維數(shù)，由于這些額外空間維數(shù)的尺度足夠小和高度彎曲，以至于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件不能直接觀測到它們，但是它們?nèi)阅芤栽S多間接的效應(yīng)顯示出來。例如，在低維空間中觀測到的不同粒子，卻可能是在額外維數(shù)空間中同一粒子在不同方向的運(yùn)動。實(shí)際上，額外維數(shù)還是弦理論的必然要求，目前弦理論的空間是9維的，再加上一維度的時(shí)間總共是10維。⁽¹⁵⁾弦理論的更進(jìn)一步研究揭示了還應(yīng)有第10維方向的空間，所以11維時(shí)空在理論上是充分的。弦理論11維時(shí)空不純粹是思維的產(chǎn)物，其必將極大地拓展人們的科學(xué)研究視野和生產(chǎn)活動空間。相對論揭示了時(shí)間空間與物質(zhì)的密切聯(lián)系，弦理論在更大維數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)一步揭示了物質(zhì)與時(shí)空的不可分割性，這對我們站在科學(xué)前沿深刻把握“物質(zhì)”具有重要意義。

思考之七：弦理論的第二次革命。弦理論的第一次革命性突破是用一個(gè)數(shù)學(xué)方程將量子力學(xué)和廣義相對論統(tǒng)一起來了，近年來的第二次革命性成就則是將五種不同的弦理論和11維超引力統(tǒng)一起來了，并預(yù)言了存在一個(gè)包容性更強(qiáng)的M理論⁽¹⁶⁾。M理論揭示了時(shí)空的部分本質(zhì)和相互作用，并隱含了時(shí)間和空間也不算最基本的，而是從一些更基本的量演化形成或可以從該理論直接導(dǎo)出。如果M理論成

功，那么將帶來人類的時(shí)空概念、時(shí)空維數(shù)等認(rèn)識一場革命的飛躍。

人們對科學(xué)的探索沒有止境，物質(zhì)的內(nèi)涵必然隨著科學(xué)研究的新成就而不斷豐富，物質(zhì)的客觀實(shí)在性在微觀、宏觀、宇觀不同視野下可能有不同形式。

〔參考文獻(xiàn)〕

〔1〕馬克思恩格斯選集：第3卷〔M〕.北京：人民出版社，1972.556.

〔2〕〔3〕馬克思恩格斯選集：第4卷〔M〕.北京：人民出版社，1995.343.

〔4〕列寧選集：第2卷〔M〕.北京：人民出版社，1995.89.

〔5〕〔6〕〔12〕〔13〕朱清時(shí).物理學(xué)步入禪境：緣起性空〔EB/OL〕.http://url.hexun.com/1baiR.

〔7〕E.Kiritsis. String theory in a nutshell. Introduction to Modern String theory. Princeton University Press， Princeton， N.Y. (2007).

〔8〕P.Woit.String theory: An Evaluation.Columbia University，F(xiàn)ebruary 2001，e-Print: physics/0102051.

〔9〕陳鵬飛.揭秘暗物質(zhì)與反物質(zhì)關(guān)系人類生死存亡〔EB/OL〕.http://science.kexue.com/2010/，2010-12-20.

〔10〕〔11〕張保淑.新的中微子振蕩被發(fā)現(xiàn)〔N〕.人民日報(bào)，2012-03-09.

〔14〕〔15〕〔16〕Witten， E.String Theory Dynamics in Various Dimensions〔EB/OL〕.http://arxiv.org/abs/hep-th/9503124.

（責(zé)任編輯：謝 科）