转载]物理学再次趋近佛学：发现宇宙的本质是缘起性空

我是夏雯静

原文：《物理学步入禅境：缘起性空》
作者：朱清时教授（中科院院士，原中国科技大学校长）
发布时间:2009-04-13
来源：第二届世界佛教论坛论文集

    二十世纪是人类历史上一个有趣的时期，这个时期的人类一面尽情地享受着自然科学创造的巨大物质财富: 核能、激光、电子技术，等等，一面却不了解甚至不接受它的一些基本观念。其实这些观念有大量严谨的科学根据，不过真正懂得它们的人太少，因此没有被人们重视和接受。

    下面这则消息就说明了这种状况:
   〔中新网〕北京8月19日消息：霍金在昨天的科普报告过程中只赢得了两三次掌声，全场几乎没有会心的笑——他的理论太玄奥，以至于大多数来自北大、清华的学子都说没太听懂。据北京晨报报导，昨天下午，北京国际会议中心排起数百米的长队。门口有人私下兜售门票——最少500元一张。询问退票的人也不少，大家都期待着一睹霍金风采。但两个小时的公众科普报告尚未结束，已有人提前退场——实在听不懂。

    霍金这次讲的《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》[1]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”[2]。

    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—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。例如,通过弱相互作用衰变的粒子有20余种。其中，π±介子的寿命大致为2．6 ×10-8秒（10的负8次方秒——博主注），即π±介子经过一亿分之一秒就衰变成了其它粒子。通过电磁相互作用衰变的粒子共两种，它们的寿命就要短得多了。π0介子的寿命是0．84×（10的-16次方）秒，η介子的寿命是3×（10的-19次方）秒。比起π±介子来，它们的寿命竟分别要短8～11个数量级。寿命最短的，则要算通过强相互作用衰变的“共振态粒子”（如Δ粒子、Σ粒子等）。它们的伙伴特别多，占基本粒子家族成员的一半以上，共200多种。它们的寿命之短达到了惊人的地步，以致于人们很难用确切的形容词来描述它们的衰变过程；粒子物理学家即使利用最优的实验手段也已无法直接测量它们，而只能用间接的方法推算出它们的寿命。它们只能生活一千万亿亿分之一秒左右，即寿命大致是10的-28次方秒。

    为什么绝大多数基本粒子都如此短命?如何理解我们的物质世界就是建立在这些瞬息即逝的“砖块”上?

    在二十世纪的后期,物理学的一个前沿领域——弦论的发展又使我们对物质的看法更进了一步。

    什么是弦论呢?爱因斯坦在后半生中,一直在寻找统一场论,即一个能在单独的包罗万象的数学框架下描写自然界所有力的理论。他渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭示宇宙活动的奥秘，由此而展示的自然界的动人美丽和优雅。爱因斯坦未能实现他的梦，因为当时人们还不知道自然界的许多基本特征。但在他去世以后的半个世纪中，人们已构筑起越来越完整的有关自然界的理论。如今，相当一部分物理学家相信他们终于发现了一个框架，有可能把这些知识缝合成一个无缝的整体--一个单一的理论，一个能描述一切现象的理论，这就是弦论。它正在实现当年爱因斯坦满怀热情追求的统一理论的理想。

    弦论可以用来描述引力和所有基本粒子。它的一个基本观点就是自然界的基本单元, 如电子、光子、中微子和夸克等等, 看起来像粒子, 实际上都是很小很小的一维弦的不同振动模式。正如小提琴上的弦, 弦理论中的宇宙弦(我们把弦论中的弦称作宇宙弦,以免与普通的弦混淆)可以作某些模式的振动。每种振动模式都对应有特殊的共振频率和波长。小提琴弦的一个共振频率对应于一个音阶, 而宇宙弦的不同频率的振动对应于不同的质量和能量。所有的基本粒子, 如电子、光子、中微子和夸克等等, 都是宇宙弦的不同振动模式或振动激发态。每条宇宙弦的典型尺度约为长度的基本单位，即普朗克长度（10的-33次方厘米）。简言之, 如果把宇宙看作是由宇宙弦组成的大海, 那末基本粒子就像是水中的泡沫, 它们不断在产生, 也不断在湮灭。我们现实的物质世界, 其实是宇宙弦演奏的一曲壮丽的交响乐 (参见〔３〕) !

    有人会说, 把物质世界看是宇宙弦演奏的一曲交响乐,不正是与物质的对立面-意识有些相同了吗？是的。按照当前流行的观点，意识是完全基于物质基础(我们的脑)而存在，但意识不是一种具体的物质实在, 因为没有人在进行脑科手术时在颅骨内发现过任何有形的“意识”的存在。我们都知道贝多芬的交响乐,可以用一套乐器把它们演奏出来。但这套乐器本身并不是交响乐。意识是大脑演奏的交响乐。这个图像为理解“心物一元”,即意识和物质的统一,开辟了新途径。

    有人还可能说,无论宇宙弦多小,无论人们能否观察到它们,宇宙弦总归是客观实在,它们是组成物质世界的基本单元,因此物质世界也应该是客观实在。此话不准确。组成物质世界的基本单元是宇宙弦的各种可能的振动态，而不是宇宙弦自身，就像组成交响乐的单本单元是乐器上发出的每一个音符，而不是乐器自身一样。

    在弦论之前，物质的实在性体现在组成客观世界的砖块是上百种原子，这些原子都是由质子、中子和电子等基本粒子组成。这些基本粒子都被当作是物质实体，都是组成物质世界的“超级砖块”，因而可以把物质世界看作是物质实体。在弦论之中，情况发生了根本变化。过去认为是组成客观世界的砖块的基本粒子，现在都是宇宙弦上的各种“音符”。多种多样的物质世界，真的成了“一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观。（《金刚经》）”物理学到此已进入了“自性本空”的境界！

    有人会想,天啊!物质都不是客观实在了,那么世界上还有什么东西是实在的吗?回答是,有的。事物之间的关系就是实在的。我们根据二十世纪自然科学的进展, 可以用关系实在来取代绝对的物质实体, 即主张事物不是孤立的、由固有质构成的实体，而是多种潜在因素缘起、显现的结果。每一存有者都以他物为根据，是一系列潜在因素结合生成的。“现象、实在和存有被限定在一组本质上不可分离的关系结构中”〔４〕。（博主注：这正合了“万法皆空，因果不空”的佛理）

    哲学家们在论述“关系实在”时使用的哲学词汇对你可能生涩难懂,我们还是用例子来解说。

    我们看见一束红光, 这是一个事件, 是一个“果”。这个果是由多种因缘聚合而产生的。首先是光的波长值, 借用哲学家们熟悉的语言，这是“第一类性质”, 这类性质还有如物体的广延性等, 是物体自身内在所固有, 它既不依赖于观察者, 也不依赖它物,也就是说, 它是无对而自行确立的。我们把这些第一性质又称为“因”。其次, 我们还需要具备一些其它条作, 如眼睛正好睁开, 没有色盲, 往正确方向看, 以及眼与光源之间无障碍物,等等。我们把这些条件称为“关系参量”,又称为“缘”。这些因缘聚合产生了红光这个果。“红色”这类颜色性质是“第二类性质”, 其存在至少部分地依赖于观察者。“关系实在论”就是说,关系参量是不可消除的,没有它们, 就不会有“看见红光”这个果,因而是实在的。

    再举一个更清楚的例子。要得到一颗苹果树, 首先要有一粒苹果的种子, 这是“因”。但是单靠这粒种子也不会长成一颗苹果树,比如把种子放在仓库里,无论放多久也不会长出树来,所以单有因是结不出果的。一定要将种子放在土壤中, 并且要有适当的水分、阳光、温度、肥料等等的配合, 种子才会发芽长大, 最后长成一颗苹果树,结出苹果来。这里的土壤、水分、阳光、温度、肥料等等, 就是“缘”。所以“因”一定要配合适当的“缘”,在因缘和合之下,才能生出果来。

    缘是许多的配合条件。缘有好缘,也有不好的(“恶”)缘。因此即使是同样的种子,结出的果也就很不相同了。比如, 把种子放进贫瘠的泥土里,或者施肥不够,苹果树必然长得不大, 结出的苹果也不会好吃。 假如把种子放在肥沃的土壤中, 加上细心照料, 结出的果实就会香甜好吃。由此可见, 同样的因遇到不同的缘,结出的果便会很不相同。同时,由于缘是由很多条件配合而成的, 所以缘会不停地变化着。既然缘会影响果,而缘又在那么多条件配合下产生作用, 假如某个条件改变了, 甚至消失了, 那么果便可能不再存在。在苹果的例子中, 如果天旱缺水, 苹果树便会因之枯萎。所以当因缘散尽之时,果就会灭。换句话说:“因缘和合而生, 因缘散尽而灭。”

    有的读者可能已经发现, 以上这些关于苹果的文字,是转述潘宗光《佛教与人生》〔５〕一书有关缘起法内容。所谓“关系”者,“缘”也,“关系实在论”其实与佛学缘起说的基本思想一致。

    总之,在二十一世纪开始的时候,以弦论为代表的物理学真正步入缘起性空的禅境了。回头再看一下本文起头的那则消息,不难明白为何人们难以听懂霍金的那么生动的报告，原因就是物质是实体的观念在人们的心中太执着了!

    佛学认为物质世界的本质就是缘起性空。藏识海（又名如来海）是宇宙的本体。物质世界的万事万物，都是风缘引起的海上波涛,换言之,物质世界就是风缘吹奏宇宙本体产生的交响乐。

    《入楞伽经》云：“譬如巨海浪。斯由猛风起。洪流鼓冥壑。无有断绝时。藏识海常住。境界风所动。种种诸识浪。腾跃而转生。”

　　这句偈语说：譬如一个大海，风平浪静，澄然湛寂，当阵阵烈风吹来时，使平静的大海，生起重重无尽的浪波，从此便如万壑怒号，天地晦冥，再没有停息澄清的时候了。宇宙的本体-藏识海（如来藏）本是澄然湛寂，随缘常住而不变的。因内外境风的吹荡，便使寂然清净的本体，随变为浪潮起伏，跟着生起前面七识的种种作用。由此波浪互相撞击，奔腾澎湃，便转生一切境界，而无有止境了。如经文所说：“青赤种种色。珂乳及石蜜。淡味众华果。日月与光明。非异非不异。海水起波浪。七识亦如是。心俱和合生。”（转引自〔６〕）。这句偈语说：须知世间种种色相，乃至如地下的矿物，林中的植物，与天上的日月光华等等，追溯根源，也都是由如来藏识一体的变相。这些物体和藏识，在本质上并非相异，可是当它们形成为万物之后，却不能说与心识的作用是无异的了。譬如海水既然转变成为波浪，波浪的形式与作用，和整个的海水便不同了；可是波浪的根本，还是由海水所转变而来的。由物的方面来说，万类的分齐差别（分化和归类）也都是从此一体所化生。由心的方面来说，七种识的分别作用，也都是由如来藏识所转生。又因心与物的和合，发生世间种种事情，于是本来澄清的识海，便永无宁日了。（按：青赤等种种物色，是指眼根色尘的对象。珂佩是指耳根声尘的对象。乳及石蜜，是指鼻根香尘的对象。淡味众华果，是指舌根味尘的对象。日月与光明，是指身根触尘的对象。）

    这里海水与波浪的关系，正是弦与音乐的关系。它们也正是物质世界与宇宙本体的关系。当我弄懂了这个道理的时候，心里充满了敬畏和震撼。读到这里,你可能感到：“科学家千辛万苦爬到山顶时，佛学大师已经在此等候多时了！”

注释：
[1] 施太格缪勒：《当代哲学主流》，第５３６页，商务印书馆，１９９２年。
[2]罗嘉昌：《从物质实体到关系实在》，序言，中国社会科学出版社，１９９６年。
[3]B.格林：《宇宙的琴弦》，李泳译，湖南科学技技术出版社，２００５年。
[4]罗嘉昌：《关系实在论：纲要和研究纲领》，载《场与有》（一），第78页，东方出版社1994。
[5]潘宗光：《佛教与人生》，复旦大学出版社，２００５年。
[6]南怀瑾：《南怀瑾选集》，第九卷《愣伽大义今译》, 第三章，复旦大学出版社，２００５年。

“我们应该修改物理学教材了！”2005年8月，在德国康斯坦茨湖畔一所大学的最高建筑的顶楼，美国物理学家克里斯托弗·福熙（Christopher Fuch）用这样一个大胆的提议作为其组织的系列研讨会的开场白。康斯坦茨大学出资邀请了50多位美国、加拿大、英国以及意大利、法国和澳大利亚的物理学家和哲学家来参加这一为期一周的会议。他们都是微观物质运动规律研究领域的顶尖专家。其中的一些学者极具威望，但他们也毫不犹豫的推翻了自己曾经持有的观点。作为门外汉，我们无法深入理解研讨会期间专家们彻夜争论的深奥的数学问题。不过，他们讨论都是围绕着这样一个观点展开的：物理学为我们描绘的世界也许并不是真实的物质世界，而很可能只是一个巨大的幻象！

这让我们一下子坠入了云雾之中。在我们一贯的观念中，物理学的目的，正如字典里所清晰定义的那样，不就是“研究物质的属性”吗？物理学家们的确是通过对如同康斯坦茨湖畔的石头一般真实存在的物体的考察和研究，才得以提出了现有的物理学理论。那么凭什么说物理学描绘的只是一个幻象呢？很简单，这是因为物理学家们在抽丝剥茧般梳理“客观现实”这块织物的“纤维”时，令其支离破碎了。而物理学的本义，也因此突然变得支离破碎了。

这种观点最早是在20世纪初提出的，当时物理学家们刚刚能够深入探寻我们这个物质世界的奥妙。他们为自己的发现感到惊奇。在此之前，人们已经习惯性的认为，物体要么是波动，就像海面上荡漾的波浪；要么是在时空中运动着的粒子，就像绿色球台上滚动着的台球。然而，物理学家们进行了更加深入的考察，他们发现光、原子或电子的运动似乎并非如此。比如，在某些条件下，通常被看作波动的光却会像粒子一样的运动；同样，通常被当作粒子的电子有时则会像波一样运动！

还物理学一个真相
短短几年间，物理学家们在创造概念方面作出了史无前例的努力，他们以纯经验论的方式渐渐构造起了一个数学大厦，用以描绘那种种“令人难以置信”的物质运动。就这样，量子力学在1925年正式诞生了，从此不可动摇。但是，要承认量子力学，就意味着必须抛弃海浪和台球，而承认物体——包括电子、原子、分子以至石头——都是由一个极其复杂的代数概念（即“希尔伯特Hilbert空间的态矢量”）组成的。这也意味着还必须接受一套支配物体演化的新规则，使物体之间能以超越空间和时间的方式发生联系，并同时具有几种不同的态，而当人们对它们进行观察时又会根据某些非常精确的概率法则任意缩减为一个单一态。物理学家们不得不接受这些如此“离奇”的概念。因为，据说，这个奇异的量子世界正是我们所处的世界，这一理论从来没有受到怀疑；而且这一理论确实也曾成功的预言了各种化学元素的属性、激光和电子芯片的特性、DNA的稳定性甚至核反应的“爆炸性”。尽管康斯坦茨湖中的鹅卵石看起来似乎并未表现出这些奇异的特性（这些特性只在微观系统能够观察到），但量子力学的使命的确就是描述围绕在我们身边以及构成我们的物质的内部运动。

而在这里，我们显然看到了一个大问题！量子力学作为物理学领域中描述物质最深刻的理论，为什么它距离我们的传统观念如此遥远？为什么这一学说最基本的理论都如此难以理解？现实真的是如此超出我们的想象吗？30年来，每年都要举行一些大型的国际学术研讨会，目的是通过对目前掌握的十几条线索进行分析，再现能与当代物理学研究数据相一致的真实世界的面貌。然而问题的关键在于，每一种对于世界的“现实的”诠释看上去都那么超现实！最著名的一种诠释是1957年美国物理学家休·艾福雷特（Hugh Everett）提出的：针对“为什么量子物体能同时具备多态，但在人们对其加以测量时又缩减为单一态”这一问题，艾福雷特解释说，其他所有的态确实存在，只不过它们存在于平行世界中。而在克里斯托弗·福熙看来，这些研究工作都误入了歧途：“我们的任务并不是要为了证明量子理论的意义，而去额外的制造更多的结构、更多的定义和更多像科幻一般的假设。我们的任务恰恰是要将这一切统统抛弃、重新从零开始。然而，要做到这一点，我认为就必须把目光投向量子信息学理论的著作、技术和含义。”

一片肥沃的土壤
信息：是的！信息在这里意味着什么？这个概念难以准确定义，但大家从直觉上都知道它到底是怎么一回事：在信息学上，信息就是对能够被按照0和1二进制数进行编码的事件的认知要素。乍一看来，它与量子力学好像没什么关系。不过，在20世纪80年代中期，物理学家们发现，量子法则使人们可以用一种全新的方式处理信息。量子法则实现了两个物体之间的长程关联，这实际上可以被看成一种新的联系渠道，使得人们能够实现信息在两地之间的遥距传输、保障机密信息的安全或同时进行大规模的并行计算。在这些美好前景的吸引下，理论学家和实验学家们便创立了一套新的语言，开拓了物理学的一片充满了活力的新领域——“量子信息学”。

然而惊喜并不止这些。从20世纪80年代末开始，出现了这样一种思考：既然我们可以用量子力学来处理信息，那么可不可以反过来，用信息去理解量子力学呢？可不可以不把量子信息学当作量子力学理论的一种运用，而将其视为这一理论的基础呢？这正是科学家们在康斯坦茨大学会议上争论的核心问题：量子力学所揭示的到底是物体本身还是我们所知的关于物体的信息？也许“希尔伯特空间态矢量”所表现的并非光子、分子或石头这些物体本身，而是我们所拥有的关于这些物体的信息。如果确实如此，那不蒂于对物理学理论的一个彻底颠覆！

粗看之下，这一观点似乎没什么特别，甚至还有些落后：显然，我们只能通过我们贫乏可怜的感知能力获得的信息去了解这个世界：从德莫可立特到康德，哲学家们早就告诉过我们，有一块看不到扯不破的纱幕将我们和现实世界隔开。但如果进一步参考尼尔斯·玻尔、埃尔温·薛定谔以及沃尔夫冈·泡利等现代物理学奠基者的思想，我们就会发现这一观点极其适合诠释量子力学。这是因为，信息具有与物质完全不同的属性：与鹅卵石相反，信息没有空间和时间的位置，因而我们可以任意的复制它、分享它、总结它、删除它。那些离奇的量子现象，我们一直以为它们是物质的属性；但如果我们从信息的角度对这些现象逐一加以重新考察，就会发现它们再正常不过了。

比如，为什么一个系统能同时存在于好几种状态之中？很简单，这是因为我们已知的信息尚不足以准确的告诉我们它到底处于何种状态。为什么对该系统进行测量，就能使其一下子缩减为单一态？这是因为这种测量使我们获得了新的信息，加深了对该系统的认识。为什么两个系统之间可以发生超时空的关联？这是因为这两个系统之间存在着共同点，我们从一个系统获得的信息可以立刻让我们了解另一个系统。量子世界里为什么会有偶然的存在？这是因为我们缺乏必要的信息，无法对一些问题作出回答，所以不得不将其划归偶然的范畴。为什么能量不是连续的而是量子化的？这是因为它和信息本身的量子化是对称的，量子化的信息缩减为一些二进制的答案：是或否、0或1。简而言之，正如奥地利物理学家安东·柴林格在几年前曾解释过的那样：“如果我们遵循这样一个原则：即量子力学的基础概念就是信息，那么我们就能够很自然的理解量子现象。”这样一来，量子现象就变得合乎我们的常识了。

两年来，这一思想不断的得到充分的发展。在那些聚集在康斯坦茨大学的物理学家们看来，现在已经到了从定律层面上用对量子力学的这种新解释来“改写物理学教材”的时候了。现在的目的，不再是对量子理论加以诠释，而是要重新创立量子理论；不再是被动的接受20世纪初物理学界以经验论方式拼凑出来的那些法则，而是要证明这些法则都是与信息获取、信息表达及信息传播相关并受到这些条件限制而得出的结果。这个领域是一片极其肥沃的土壤！杰弗里·巴伯、阿列克谢·格兰邦、吕希安·哈代和克里斯托弗·福熙认为，在我们这个世界中，信息是受到某些限制的。他们努力尝试搞清楚什么样的理论是不描述现实的本来面貌而是描述我们对现实信息的获取的。结果，他们的答案都指向量子理论！他们四人的研究似乎十分令人困惑，其实非常深刻非常理性，值得我们加以特别关注。他们的出发点各不相同：有的认为，信息是主观的，取决于提问的人；也有的认为，信息是客观的，就像是一种新的实体，不受观察者的主观因素影响。但他们都同意这样一点：从信息的概念出发，很容易导出量子理论。这恰恰说明，量子力学并不是一种描述波、粒子或场的运动属性的现实理论，而是一种描述信息属性的理论。

幕后的世界
这完全推翻了我们对真实世界的观点。因为，这说明，我们原来所认为的真实世界，可能仅仅是我们的看法而已。这种情况，就好像是一个仅仅通过电脑屏幕来了解外部世界的人一样：他决不能因此断定，外部世界就是他电脑屏幕上的象素！克里斯托弗·福熙认为，我们必须把信息和世界区分开来。我们必须将资料中属于电脑屏幕的因素去掉，这样才能保证剩下的资料反映的是世界的本来面貌。“通过蒸馏净化而保留下来的部分——相对于整套理论来说，它也许非常微小——才是量子力学试图向我们揭示的自然的本来面貌。”他补充道。同时他强调，现在要知道这种“蒸馏净化了的真实”到底是什么样的，为时尚早。

杰弗里·巴伯的看法则恰恰相反：“关键问题并不在于思考信息指涉的内容是什么。比如，你想把一条消息从你的电脑发到我的电脑中来，那么这条消息包含什么内容并不重要：也许是一幅图片，也许是一篇法语文章，抑或是一篇中文的小说。重要的是，对该消息进行压缩、传送和解码，而不必在乎它反映的是什么。描述信息的交换，在我看来，这才是基础物理学全新而唯一的任务。”

阿列克谢·格兰邦的立场看起来更为极端。他认为物理学根本不应该继续关注现实——那隐藏在屏幕背后的现实。因为既然我们必须通过屏幕去了解现实世界，那么奢谈幕后的现实又有何意义？“有关真实的存在的问题是物理学家们的一种信仰。然而科学并不取决于信仰，”他语气坚定的说，“物理学的任务就在于对事务进行描述，而不在于求证其描述的事务的真实性，也不必去管这种真实性是否存在。”

尽管有人指责他们不承认自我以外的任何真实，是陷入了一种唯心论唯我论的泥沼；也有人指责他们把理论仅仅当成行动的工具，是坠入了工具主义的迷途，但这100余位宣布要推翻传统物理学的物理学家们还是引起了科学界的反响。巴黎科学技术历史和哲学研究所的基多·巴恰加卢皮说：“虽然这些研究工作清楚的表明，信息的某些特性可以将我们直接导向量子结构，但目前看来，这些特性都还不具有决定意义。因为他们所使用的某些数学假设仍然缺乏确定性。”巴黎综合技术学院认识论研究中心的米歇尔·让波尔则为“这曾经在20世纪70年代主宰物理学的现实主义浪潮的再次涨潮”而感到欣喜，他说：“这些研究工作证明和实践了埃玛纽尔·康德首倡的超验论推论：即只有从认知局限的形式出发，才能实现认知。”

无论如何，这一观点目前尚不成熟。因为，即使我们原本以为的真实完全是或部分是一种幻象，那还必须要解释，为什么真实会具有这样一种表象而不是别的表象。因此在信息的基本概念上重新建构时间、空间乃至物质的概念，将是这一全新的物理学艰巨的任务。

通向量子引力学？
这些物理学家们用爱因斯坦在1905年至1915年间完成的事业为例激励自己。起初，爱因斯坦这位年轻的天才为了建立自己的狭义新相对论而对那些高深玄妙的经验方程（洛伦兹方程）进行了重新诠释。两年后，他在此基础上又创立了广义相对论，成了物理学的一根支柱。广义相对论描述的是空间和时间的对称以及万有引力。然而，就像克里斯托弗·福熙所强调的那样：“很难想象一个人——即便他是爱因斯坦——能够实现从洛伦兹变换这样一个抽象结构到广义相对论的直接飞跃。”

爱因斯坦创立相对论是一个充满吸引力的记录：对于量子力学的重新诠释会不会在将来的某一天超越这一记录？信息的概念能否协调量子力学与相对论的矛盾，并最终实现朝向“量子引力理论”的飞跃？这可是物理学家们的最高梦想。吕希安·哈代已经走上这条道路。他在康斯坦茨大学首次介绍了他的“通往量子引力学的新途径”。如果他能够坚持到底，那将是对这一观点的真正的确认。尽管这必将会让物理学家们头痛不已，但物理学教材将因此而彻底改变。

我是夏雯静

我们曾经以为的客观现实已经被打破，在这片废墟上渐渐诞生了一门“新物理学”：这是一种以信息概念为出发点研究万物的学科。它雄心勃勃的想要重新定义时间、空间和物质。它的最终目标，就是探索一个新的世界——我们的世界。

“欢迎来到世界的源头。”物理学家们孜孜不倦的研究着在微观层次上主宰着我们世界的法则，他们为我们带来了这样一条令人晕眩的消息。他们承认，量子力学远远不能描述物质的属性，它告诉我们的只是“信息”。结论就是：虽然我们一直以为只要伸手出去就能触及到世界的真实基础，但就在我们伸出手去的那一瞬，这些真实的基础便突然消失了，留在我们眼前的只是一种集体的幻觉、一种由我们自己的研究模式所造成的伪迹。

这一切不由得让人联想到几年前由沃卓夫斯基兄弟编导的三部曲电影《黑客帝国》（Matrix）。在这部影片中，无处不在的电脑程序控制了人类，让他们以为自己生活在一个安详的世界之中，然而那个世界却是虚拟的。英国剑桥大学的数学家约翰·巴劳在去年发表的一篇文章，就描绘了一个“仅仅比我们的文明先进一点点”的文明世界。在那个文明世界中，人们“能够模拟星辰的升落和星系的形成；通过整合生物化学法则，还能观察生命和意识的进化、见证不同文明的成长并与他们沟通；人们努力的进行研究和探索，想要知道天空中是否存在着一个创造了他们的宇宙的凌驾于一切之上的超级程序员。”简单的说，他提出了一种观点，即我们可能只是一个巨大的电子游戏里的虚拟存在而已，这种观点并不荒谬。只不过，在目前看来，这种观点还谈不上是科学的，而更多的是一种科学幻想，因为我们无法通过实验来证明或驳斥它。和《黑客帝国》中的主人翁们相反，我们可没有什么红色药丸可以让我们穿透电脑屏幕！既然如此，那么构建这样一个可能永远只是假设的“超宇宙”又有什么意义呢？

不过，几年来信息学的汹涌澎湃对物理学造成了巨大的冲击，这使一些人对该影片剧本的立意产生了浓厚的兴趣。这是因为，如果我们能够恰当把握其表达的思想，就有可能获益良多：我们完全没有必要像这些科幻作品中所描写的那样，为了寻求那超越表象的真实或为了揭开某个虚无飘渺的“超级程序员”的真面目而无畏的耗费我们的精力；相反，我们可以循着这一思路，重新定义我们与世界的物理关系，以便寻找一条与世界和谐相处的途径。

我们应该记住这样一个道理，尽管这个道理好像是一句罗嗦的废话：我们只能通过我们所掌握的关于现实世界的信息去了解这个现实世界。“信息是物质与抽象、真实与理想之间的中介，”美国物理学家汉斯·克里斯蒂安·拜耶强调，“真实的物体，不管是一个原子、一个DNA分子，还是一本书或一架钢琴，都是从信息这种奇特的可压缩的实体中迸发出来的，而信息，在进行了一系列复杂的转换后产生了意义，扎根在我们的大脑、我们的理智之中。”（博主注：这里的“信息”，应该就是佛法说的“业”）

19世纪的一场公开辩论
要想理解世界，物理学家们的客观性就首先是与信息密切相关的。物理学不只是一种研究本质的本体论，它首先应该是一种方法论——它首先应该研究的是，我们是以什么方式去了解我们所了解的东西，并且应该研究与我们的认知相关的局限。汉斯认为：“如果我们能够理解信息的本质，并将其涵容于我们的物理世界模型之中，那将是我们朝着真正理解客观现实这一目标迈出的第一步。”“一切皆源自信息？”（It from Bit?）这是美国物理学家在1989年提出的一个口号，巧妙的归纳了物理学家们的雄心壮志。也许我们周遭的一切真的只是一个由0和1构成的巨大漩涡的表现？也许我们真的应该用纯信息学的术语去重新定义物理学的法则、重新定义空间、时间以及物质的概念？这一思想看上去如此离奇（博主注：这里的“信息”，应该就是佛法说的“业”），但其实，早在19世纪下半叶热力学奠基之时，就已经激起了一场纷纷嚷嚷的公开辩论。热力学研究的是蒸气机内部的热流，当时建立这一学科的坚实基础就是一些可测量的物理概念（比如能量、热、温度和熵），以及一些简单明确的定律（比如能量守恒定律或熵增加原理），还有就是经过证明的能够提高机械效率的一种有效系数。

热力学的例子
当时在物理学界一石激起千层浪的问题就是，这些主宰着宏观物质的法则与分子的微观属性到底有何联系。奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼是第一个通过提倡方法论的态度为解答这个问题扫清了障碍的人：他借助统计学研究，在1875年证明熵的概念——热力学的中心概念——能够被解释为对混乱程度的测量、对一个系统中每个分子位置和速度等未知信息的量的测量。然而，正如苏格兰人詹姆士·麦克斯韦所强调的那样，“混乱，和与其对应的秩序一样，并非物质本身的属性，而是取决于观察它们的人的精神因素”。也许那些具有天赋的感知力、记忆力和计算能力的超人才有可能了解分子的所有奥秘并为熵赋予一个虚空的值。这些物理学家可谓是信息时代先驱，他们不顾当时那些现实主义定义的捍卫者的尖叫和惊呼，大胆的断言热力学概念是“与我们所认知的外延相关的”，这些概念只存在于“仅具有中等认知水平的人的头脑中，这些人能够发现某些形式的能量，同时却忽略了其他形式的能量”。

这场辩论一直没有定论。几十年后，同样的“本体论”和“方法论”之争又随着量子力学的诞生而展开了。在物质最深处发现的奇异性将物理学家们逼进了死胡同，他们中的许多人早早的就预感到有必要换一个角度进行思考。不过，这要一直等到20世纪50年代初洛德·香农提出信息数学理论以及20世纪80年代中期该理论与量子理论发生碰撞之时，这种“信息学的态度”才渐渐成为了科学研究的一个计划。这个计划之所以如此吸引人，是因为香农的理论和物理学都有一个共同的目的：最大限度的对信息进行压缩。事实上，在香农看来，这种压缩是估算一条消息中所包含的信息量的唯一方法；而在物理学家们眼中，这种压缩就要求我们要找到能够归纳尽可能多的现象的、具有足够普遍性的法则和概念。尽管信息的概念依然很难定义，但今天新一代的物理学家们已经准备好了要重新继承麦克斯韦和玻尔兹曼的渎圣的勇气。

“时间，就是无知”
只不过，如今，他们要用信息术语重新诠释的是物理学用来描述世界的所有概念：空间、时间、物质、定律。要实现这个计划，就不可避免的要对爱因斯坦用来描述物质、时间和空间之间关系的广义相对论进行重新诠释。进行这样的重新诠释，人们还没有什么把握。最困难的并不是空间概念。传统上认为，空间一词指的是物体在其中运动的几何环境。但在卡尔洛·罗维利看来，“空间就是关系”。这位任职于马赛地中海大学的意大利理论学家证明了从基础的互动网络——即信息交换网络——出发，就能建构一个拥有一切空间属性的实体。这就有点像是古代军人穿的锁子甲，凑近一些观察，就会发现它并不是一个平面，而是交织在一起的许多小球。为了得出这一结论，罗维利运用了源自“球体量子引力学”（这门正在兴起的学科的目的是将量子理论和相对论统一起来）的一些方法。因此，一直被当作运动的范畴的空间，可以从信息学的角度，被重新定义为无数数据本地传送的结果。

“至于时间。人们已经有了一些奇思妙想，不过仍然很模糊”，罗维利进一步解释道。尽管如此，他还是和法国数学家阿兰·科纳一起，揭示出时间流并不存在于微观层次，而是产生于宏观层次上我们的那种对信息进行压缩的必然需要。更确切的说，只有忽略各种基本态之间的信息差别，我们才有可能观察到参数t（博主注：t在物理学中被用来表示时间），这个参数不隶属于任何态，并且具有时间的所有特性。就像熵一样，如果戴上信息学的眼镜去考察时间这个概念，就会发现它也取决于观察者的信息处理能力，它也是只存在于像我们这样“仅具有中等认知水平的人的头脑中”。可能时间并不是一个用来标记事件进度的独立的流，而是我们没有深入了解事件细节的能力的标志！年轻的俄罗斯哲学家阿列克谢·格兰邦在其论文中也花了一部分篇幅来探讨这个问题，他就此提出了一句令人惊骇的格言：“时间，就是无知。”

那么，对于物质和能量的概念又该如何重新诠释？目前，人们暂未找到任何明确的途径。但是，就像阿列克谢·格兰邦锁强调的那样：“电子或原子，它们首先是一些词语，是普通语言中的一些词汇；有了这些词，我们就可以不去考虑这些物体到底是由什么构成的。”而在方法论的浩大计划中，就必须使用信息术语对这些词加以重新定义。也许有一天，会有一种新的理论能够通过信息概念将量子力学和广义相对论统一起来，到那时我们就能找到答案了。而这正是英国物理学家吕希安·哈代所接受的挑战，为此他提出了一个全新的概念：“原因曲线”，也就是理解我们所具有的为涌入大脑的信息提供逻辑解释的意愿。尽管目前我们还无法判断这种“通向量子引力学的新途径”是否正确，但这种“原因曲线”可以被看作是那些方法论新概念的范型，它们的使命就是全面主导物理学。在人类进入到“信息时代”的今天，物理学的目的不再只是描述世界的本来面貌，而更多的应该是描述我们那被困在颅骨之中的大脑为了理解世界所进行的顽强努力。物理学要作的，不再是通过方程式去对在时间和空间中运动的物质进行计算，而是要以我们为了掌握数据浪潮而做的有限然而勇敢的努力为出发点，使这些概念显现出来。说到底，物理学正在重新定义的，不仅是外部世界，而更多的是我们人类的境遇。是的，从某种意义上说，我们的确是被关在一个类似《黑客帝国》所展示的虚拟世界之中！但和影片所表现的不一样，这个世界并不是一个普普通通的电脑程序：在与这个世界共处时，我们所得到的，就是我们自己对信息进行计算的结果（博主注：这是佛法中因果定律的物理学诠释。物理学可以说是精确计算因果律的学问，只不过只研究了极小一块）。这个结果不仅不能奴役我们，相反还能使得我们得到解放，防止我们被那汹涌澎湃于我们周围的信息巨浪所淹没。而且，今天，新一代的物理学家们已经下定决心要解开这个结果的密码。

备注：本文发表于《新发现》杂志2005年12月号，标题是《世界真的存在吗？》，原作者不详

我是夏雯静

实证科学一直在缓慢而羞涩地验证着佛法 (2007-09-06 14:51:57)
按：最近俗务实在太多，不仅没有参加昌烈寺法会，也没去五台山陪伴上师拜山，更无时间写博。上师却还托多吉师兄送我金刚杵，让我万分感动。我自当不忘上师的教诲，更精进修行。今抽点时间出来略写一博文，做为学地球物理并兼理论物理和天体物理出身的佛弟子，我的目的依然是为了本博的主旨——让更多具有实证科学知识的人相信佛学的宇宙观和生命观，以利益一切有缘众生。  

    假设50岁的你狂热地爱上了一个8岁的女孩，你必须等待漫长的10年才能跟她结婚，而你既担心10年后人已衰老，又怕受不了10年难熬的日子，于是求佛祖给你一个两全其美的解决办法，佛祖说：我带你到天道去住几天吧。于是，你被佛祖带到了天道，并在那里愉快地过了几天。然后你回到了地球，然后你惊讶地发现，你几乎没有任何变化，而你爱的那个8岁女孩已经成为18岁的美丽姑娘了，你高兴地与她举行了婚礼……
    这个假设一定没有几个人相信真的能实现，然而，在理论上，却千真万确是能实现的。爱因斯坦的《狭义相对论》告诉我们，如果你乘坐一艘运动速度接近光速的宇宙飞船去遨游宇宙，尽管你游了几个月就回来了，但地球上却已经过了10年甚至100年甚至更多（飞船的速度与光速越接近，这个时间越长）。
    爱因斯坦发表狭义相对论（主要描述时间和空间的相对性）的时候，地球上只有3个人能懂这个理论。然而，时间（乃至空间）的相对性，佛祖在2000多年前就发现了，他是亲证的，而不像爱因斯坦那样只是理论推导，只不过佛祖他老人家没有用“数学物理方程”来描述——因为涅盘超越概念。
    实证科学的重要特征，是每个人按同样的步骤做实验都能得到同样的结果，所以能被世人相信，于是科学家也被世人崇拜。其实，所谓实证，根本上说来就是亲证——亲自做实验来证实。而佛法正是亲证得来。历代有成就的高僧，都亲证了，并将佛法一代代传了下来，遗憾的是，现代人宁愿崇拜科学（甚至宁愿相信科学实验导致的错误结论），而不崇拜佛法。
    然而，尽管科学每一步都试图证明佛法的错误，但科学却总是不断验证着佛法。
    佛法中的一个基本理论是生命存在轮回，存在因果报应，这让很多人不相信，以为是宗教迷信。美国科学家通过数十年的上万例实验证明了生命的确存在轮回，存在因果报应（见本博其它文章），存在灵魂投胎转世，但我们没有见到大众媒体对如此惊人的研究成果进行大规模的报道，国际组织也没有对这样的科学家进行公开的表彰和奖励，而宁愿对这个成果表示怀疑。
    佛法中明确指出生命世界的十法界架构，三界六道，科学其实已经证实了天道、鬼道的存在，但也没有被宣布为科学的重大突破，更没有广泛的宣传。
    许多人（包括政界、军界要人）亲眼见到了藏传佛教的高僧在离开这个世界时当着大家的面，做完告别后，肉身完全化为彩虹而飞去，但也只是在私下里和最亲密的朋友说说，仿佛这是什么不可告人的东西。然而，爱因斯坦早就从理论上解释了——质量转化为能量。其实，牛顿和爱因斯坦等众多科学家对佛法推崇备至，但媒体几乎从不提到这些。
    佛与大菩萨有无量的化身，随时能应机缘化现在任何地方，很多人只要念颂咒语就能实现这一点，但绝大多数人认为这是天方夜谭。尽管现在的科学已经能做到：在任何地方只要有个手机就能与相距遥远的人通话甚至能看到对方影象（各种频率的电磁波携带着无量的信息存在于虚空的每个角落，通过调整频率，任何一个点上可以接收到任何这样的信息，并且可以与对方互动），但这依然无法让人们的思维再上升一个层次去理解佛菩萨的行为。
    佛、菩萨有无限的神通，他们能在一瞬间到达远至数十亿光年（甚至更远——光走一年的路程叫一光年）的任何地方（佛陀和弟子的肉身多次在瞬间穿梭天道和人间），可以穿越任何障碍（更别说是区区一堵墙壁），这一点无论如何也无法让大家相信，因为，爱因斯坦的理论还提到，光速（每秒30万公里）是物体速度的极限，没有任何物体速度可以超越。然而，爱因斯坦并不是每一样都对的，自然规律在制定时更不可能有谁请示爱因斯坦是否批准物体速度可以超越光速。何况现在已经有科学家发现光速并不是不可超越。有意思的是，爱因斯坦却提出了另外一个重要理论——虫洞理论（我们这里不讨论另外一个重大假说——关于多维时空的超弦理论）。
    那么，“虫洞”是什么呢？简单地说，“虫洞”是连接宇宙遥远区域间的时空细管。它可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。
    虫洞的概念最初产生于对史瓦西解的研究中。物理学家在分析白洞解的时候，通过一个阿尔伯特·爱因斯坦的思想实验，发现宇宙时空自身可以不是平坦的。如果恒星形成了黑洞，那么时空在史瓦西半径，也就是视界的地方与原来的时空垂直。在不平坦的宇宙时空中，这种结构就意味着黑洞视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合，然后在那里产生一个洞。这个洞可以是黑洞，也可以是白洞。而这个弯曲的视界，就叫做史瓦西喉,它就是一种特定的虫洞。
    自从在史瓦西解中发现了虫洞，物理学家们就开始对虫洞的性质发生了兴趣。
    虫洞连接黑洞和白洞，在黑洞与白洞之间传送物质。在这里，虫洞成为一个爱因斯坦—罗森桥，物质在黑洞的奇点处被完全瓦解为基本粒子，然后通过这个虫洞（即阿尔伯特·爱因斯坦—罗森桥）被传送到白洞并且被辐射出去。
    虫洞还可以在宇宙的正常时空中显现，成为一个突然出现的超时空管道。虫洞没有视界，它只有一个和外界的分界面，虫洞通过这个分界面进行超时空连接。虫洞与黑洞、白洞的接口是一个时空管道和两个时空闭合区的连接，在这里时空曲率并不是无限大，因而我们可以安全地通过虫洞，而不被巨大的引力摧毁。理论推出的虫洞还有许多其它特性。
    早在20世纪50年代，已有科学家对“虫洞”作过研究，由于当时历史条件所限，一些物理学家认为，理论上也许可以使用“虫洞”，但“虫洞”的引力过大，会毁灭所有进入的东西，因此不可能用在宇宙航行上。随着科学的发展，新的研究发现，“虫洞”的超强力场可以通过“负质量”来中和，达到稳定“虫洞”能量场的作用。科学家认为，相对于产生能量的“正物质”，“反物质”也拥有“负质量”，可以吸去周围所有能量。像“虫洞”一样，“负质量”也曾被认为只存在于理论之中。不过，目前世界上的许多实验室已经成功地证明了“负质量”能存在于现实世界，并且通过航天器在太空中捕捉到了微量的“负质量”。
    据美国华盛顿大学物理系研究人员的计算，“负质量”可以用来控制“虫洞”。他们指出，“负质量”能扩大原本细小的“虫洞”，使它们足以让太空飞船穿过。他们的研究结果引起了各国航天部门的极大兴趣，许多国家已考虑拨款资助“虫洞”研究，希望“虫洞”能实际用在太空航行上。
    宇航学家认为，“虫洞”的研究虽然刚刚起步，但是它潜在的回报，不容忽视。科学家认为，如果研究成功，人类可能需要重新估计自己在宇宙中的角色和位置。现在，人类被“困”在地球上，要航行到最近的一个星系，动辄需要数百年时间，是目前人类不可能办到的。但是，未来的太空航行如使用“虫洞”，那么一瞬间就能到达宇宙中遥远的地方。
    科学家指出，如果把“负质量”传送到“虫洞”中，把“虫洞”打开，并强化它的结构，使其稳定，就可以使太空飞船通过。当物理学家将量子理论和相对论进行完美结合的时候，这个理论将为我们带来巨大的惊奇，其时，佛菩萨的行为就很容易理解。
    科学大可不必因为总是验证佛学而感到羞愧，因为佛学事实上已经通过我们无法理解的方式搞清了宇宙和生命的几乎全部真相，而科学只不过是不断通过观察、实验和数理演绎在证实着这些真相。然而，科学要想达到遍知一切的佛一样的科学成就，验证他老人家发现的这些真相，还有无量劫的路要走。作为佛弟子的我们，还是老老实实按照佛陀的教导去修行吧。