正文 第一章 物理世界的圖景(1 / 3)

物質的概念

人們生活的自然界中有無窮無盡、千差萬別的東西,它們是怎麼來的呢?這個問題不僅是哲學上的首要問題,也是自然科學上的根本問題。對於這個問題的研究,在我國至少已有4000多年的曆史了。答案有許許多多。

唯物主義的科學家認為,世界是物質性的,是獨立於人的意識以外的客觀存在。因而他們不斷地探索世界的物質本源。早在西周時期,人們根據長期的觀察,認為世界的本源是金、木、水、火、土五種物質。到了春秋戰國時期,有人企圖以水為萬物的本源去說明自然界的一切,認為自然萬物都是由一種客觀存在的“精氣”組成的。後來有許多唯物主義思想學者,繼承、發展了這種學說,其中宋代的張載做出了重大的貢獻。這裏的“氣”已經接近於現代物理學中所說的“物質”的概念。明代的呂坤也提出過許多理論,其中幾點很精辟,他說:“天地萬物隻是一氣聚散,更無別個”,“形生於氣”,“故形中中國曆史知識全書一輝遍科技

有氣,無氣則不生,氣中無形,有形則氣不載。故有無形之氣,無無氣之形。”明代大思想家王夫之是樸素的元氣論的集大成者,他認為“氣”的形態是“無間隙”的。這樣就使得“元氣”本源說更加全麵了。

現代物理學告訴我們:物質有兩種基本存在形態。一種是不連續的微粒形態,即常所說的分豐、原子、電子、質子、中子……;另一種則是連續的“場”的形態。“場”雖然看不見摸不著,但確實是客觀存在的,充滿著整個空間,而且還有物質的基本屬性,如質量、能量、動量等等,在一定條件下,“場”還可以和微粒形態的物質相互轉換。我國古代“元氣”理論中的“氣”有點類似於“場”形態的物質,“形”則有點類似於微粒形態的物質。它們之間,通過“聚”、“散”而互相轉換。這種思想和現代物理學裏關於物質的波粒二象性有點“形似”;當然,這兩者的基礎和實質是完全不同的,後者是科學論斷。而前者隻是一種混沌的思想,一種臆測。這種“元氣本體論”的物質概念發源於戰國時期的名家,而奠定基礎的是張載,集大成者是王夫之。

樸素的原子論思想

我們通常接觸到的物體,是由微粒形式存在的物質所構成的。它們總是可以被分割的,這是盡人皆知的常識。但是能不能無限地分割下去呢?直到19世紀初斯,人們都沒有辦法把一個原子再分割,所以就以為原子是組成物質的最原始的微粒。後來,人們發現原子還可以分割為原子核與電子。原子核又可以分割為質子與中子,現在又發現質子、中子、電子等等還可以分割。所以,人們認定物質也許是可以無限分割的。

大約在西周時代,人們就注意到物質的分割問題。那時雖然沒有什麼道理,但在造字中多少透出一點消息來。譬如“小”字,在最原始的文字裏隻作三點,就表示細小的意思。東漢的許慎解釋:“丨”代表一根東西,“八”表示劈為兩半,意思是說:把一根東西劈了又劈,剩下的就是“小”的形象。但是究竟能“小”到什麼程度呢?宋代儒家權威朱熹(公元1130—1200年)解釋:“就是到不可再分”的意思。這樣論證了物質有不可再分割的最原始單位,相當於古典原子學說中的原子概念。

主張不可無限分割的一派,最著名的是戰國時期的墨家。墨家著作的總集叫做《墨子》,其中有篇《墨經》,裏麵專門談論到這個問題。認為,砍一個物體,一定分為兩半,如沒有或不能分為兩半的就是不可砍開的,如將一物體不斷地分半,最後便能得到一個最原始的東西。

主張物質可以無限分割的,以戰國時期叫做“辯者”的一派為代表,其中最著名的是公孫龍(公元前320—250年)。他有一句有名的話,叫做“一尺之棰,日取其半,萬世不竭。”“棰”就是木杖。意思是說,一條尺把長的木杖,今天截取一半,明天截取一半的一羊,依此截下去,永遠截不完。這等於說木杖可以無限地分割。

過去,有的人大概接受了墨家的物質理論,結果把公孫龍的說法也納入墨家,這是不對的。也有人認為公孫龍是錯誤的,說它隻是一個數學上的無窮小概念。公孫龍臆測到物質的無限可分,應該說是符合於辯證法的。現代物理學正不斷發現著越來越多的所謂“基本粒子”,揭示出物質的無限可分性。從這個意義上看,2000年前的公孫龍的臆想實在令人吃驚!另一方麵,那些主張物質不可無限分割的人,則是認識到了分割的“關節”。他們提出理論,是古典原子說的雛形,也是我國科學史上的光輝遺產!

樸素的元素論思想

自然界的物質究竟有多少種呢?這是一個很耐人尋味的問題。原來,自然界存在為數不多的最簡單的物質(現已知107種)叫元素。這些元素中的幾種以不間的比例、不同的結合形式,組合出名目繁多的物質來,這種認識就叫做元素論。我們的祖先在遠古時期就有著類似的思想,那就是“五行學說”。

古代人在長期生產鬥爭中,逐漸認識到了一些物質的性質。四五丁-年以前,主要是從事農牧業,後來還學會了燒製陶器和冶煉金屬。在這些活動中,同人們的生活和生產關係最密切的,主要是水、土、木、火,後來還有金屬等五種物質。因為農業種植離不開火,所以金、木、水、火、土都是那時候人們最常用的五種最基本物質,大家都稱之為“五行”。實際上這就是最原始的元素學說。

五行說,如果按本來的意義發展下去,不失為一種解釋自然現象的理論。但是在發展的關鍵時刻,受到了唯心主義一派的毒化與侵蝕,被搞得“神秘”、“怪誕”起來,完全離開了原來的意義。

對物質某些共性的認識

世界上的物質是無窮無盡的,它們的性質又是千差萬別的,幾乎沒有兩樣物質的性質是完全相同的。就是說任何物質都有它自己的“個性”。那麼,物質有沒有“共性”呢?有的。比如,任何液體,它的表麵都存在一種張力,叫做表麵張力;任何固體(物理意義的固體)其分子的排列總是有某種規則,即構成所謂結晶體。

液體的表麵張力關於液體的表麵張力,那是液體表麵各部分之間互相作用的力。各種不同的液體,表麵張力的大小是不同的,同一種液體表麵張力的大小,也同它的溫度、純度等因素有關。由於表麵張力的作用,使得液體表麵處於拉緊了的狀態,猶如一張拉緊了的橡皮膜。所以當把一根細鐵針輕輕地放到水麵七時,能夠橫臥在水麵。那並不是受到浮力的作用,而是水的表麵張力支持著它。著名的杭州虎跑泉的水,表麵張力特別大,竟能支持住幾枚鎳質分幣。對於這種現象,我國遠在2000多年前的西漢時代就已經發現了。那時有個叫劉安的人,邀集了許多有學問的人,寫了一部書叫《淮南子》,還有一部叫做《淮南萬畢術》。在《淮南萬畢術》裏就記載著一件事,說拿一根針,用頭發或頭皮上的油垢塗一下,並用油垢塞住針孔,輕輕放到水麵上,針就可以“浮”著。為什麼在針上要塗點油垢呢?這是很有講究的。因為隻有當針'和液體之間相互不浸潤,針放到液麵上的時候,接觸麵呈下凹,表麵張力的作用是向上的,才能支持針昨重量。金屬針和水本來是相互浸潤的,塗上油之後才不浸潤,實驗比較容易成功。可見,當時對這個現象的觀察足仔細的,也算是初步有些研究。