粒子物理是研究物质基础结构和基本作用规律的科学,它是人类长期以来,探讨物质世界究竟是什么样的基本组元构成的和这些基本组元是如何构成物质世界的问题的继续。
从粒子物理学中可知,每一种甚本粒子都应有它的反粒子,到目前为止,已发现的反粒子有10多种,正反粒子共同的特点是其质量与寿命严格相等(见表)其性质是完全对称的,正反粒子在空间不断产生和消火,是场运动的一种表现形式,场无时不在,无处不有,它是永远无法消除的一切物质现象的载体。
有关自然界的正反粒子演化情况,在《周易》中亦有类似而又比较明了的论述。在八卦中,正反卦二十八对,如正卦为屯卦,反卦则为蒙卦;正为需卦,反卦为讼卦;正卦为困卦,反卦为井卦等等。正反每卦中所有的阴爻数和阳爻相等,只是反对称着(图1 )。在八卦中没存正反的卦,是乾、坤、离、屯、坎、大过、中孚、小过等八个卦,如果我们把正反卦卦象赋于正反粒子的物理含义很显然是对自然界的物质基本组元和构成世界规的绝妙反映。
至于如何使动态模型的语言来解释粒子世界的对称性,即描述粒了粒子之间的相互作用。这也是当代物理学的一个重大问题,这个问题归根到底就是如何才能同时考虑到量论和相对论。粒子里有原子世界的“量子性质”。但因为它们有关的能量太高了,所以我们在粒子物理学中无法用量子理论的框架把它们解释成波的模式,必须运用相对论理论,只有运用“量子相对论”的粒子理论才有可能解释所观察到的对称性。
量子场论是用解释粒子世界对称性的第一个动态模型。它可以出色的描述电子与光子之间的电磁相互作用,但是它不能描述粒子之间强相互作用,1943年海森伯提出的“S矩阵理论”是最适合描述强子及其相互作用的框架或模型(散射矩阵的理论)。它的中心概念是“S矩阵”,现已发展成复杂的数学模型。S矩阵包括一组概率,这些概率和所有与强子有关的反应有关,S矩阵的框架虽然能够描述强子的结抅及其相互作用,也能描述它们形成的某些模式,但由于它始终以动态的方式把强子理解为不可分割的反应网络整体的组成部分,所以S矩阵如何用动态的描述解释粒子世界的对称性和守恒律的问题还未得到解决。在这种理论中,强子的对称性必定以这种方式反映在S矩阵的数学结构中,它所包含的元只对应于守恒律所容许的那些反应,这些规律不再是经验性的规律,而是S矩阵结构的结果,因而也是强子动态性质的结果。
为了用一些一般原理来限制构造S矩阵的数学可能能性,使S矩阵具有一定的结构,迄今为至巳提出了三条这样的原理。
第一条:是由相对论根据我们关于时间和空间的宏观经验提出来的,它提出粒子反应的可能性与实验仪器的时空中的位移无关,与它们在空间的取向无关,也与观察者的运动无关,(粒子反应与空间取向及位移无关就意味着反应中的总动量,角动量和能量都守恒,这种“对称性”对我们科学工作是至关重要的)。
第二条:是由量子论提出来的,它指出对于待定的反应结果只能预测它的概率,而且所有可能结果的概率之和,包括粒子间所有作用在内,应该为1。
第三条:是因果性原理,它指出能量和动量必须通过粒子才能在空间传递,并且只能以这样的方式传递,产生粒子的反应必须在消灭该粒子的反应之前发生。
可见S矩阵的中心目标就是从一般性原理推出S矩阵的奇异性构造。但迄今为止还无法构造一种数学模型能满足以上三条原理,并足以唯一的确定S矩阵的所有性质,即强子的所有性质,如果能够做到这一点,那么这种理论的哲学意义是非常深刻的。的确,在粒子物理学中,以S矩阵的一般原理推导出强子的模式虽然取得了一点进展,但仍然是一项长期而艰巨的任务。
当我们带着粒子物理学中这一重大疑难问题转向中国《周易》观点时,在思想上可以得到很好的启示。
“说卦传”中说,昔者圣人之作易也,将以顺性命之理。是以,立天之道,曰阴与阳;立地之道,曰柔与刚;立人之道,曰仁与义;兼三才而两之,故易六画而成卦,分阴分阳,迭用柔刚,故《易》六位而成章。这里阐明的天道,地道,人道的变化作用法则是一致的,这就是宇宙万物遵循阳刚阴柔无穷变化作用的法则,所以称作“天人合一”。这样看来,“易”不仅含有变易,简易,不易的意思,而且蕴含着时空和包括人在内的大统一的相对论思想。宇宙万物因时、因地保持着阴阳,柔刚,静动,变易而不易,复杂而简单,矛盾又统一,对立又和谐的特性。《周易系辞•上传》中说:“生生之谓易”指出了易本身就有变易的含义,所谓变易,仍指天地万物和人问诸事,无不随时随地都在运动和变化之中,所谓不易,乃指天行人事,虽然变化多端,错综复杂但在各种现象背后;都有不变的规律;所谓简易,指自然、社会和思维诸领域中的不易性,确是简朴而平易的。
由上述可知,《周易》与现代粒子物理学研究成果都一样认为世界上所有的现象都是变化的……可以转化的,相互动态的联系在一起的。
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