科學與近代世界 · 第八章 量子論

相對論的理論引起了人們極大重視，這是理所當然的。它雖十分重要，但卻不是近來吸引物理學界興趣的主要論題。這個地位無疑地被量子論占據了。這個理論中有趣的地方在於，根據這種說法，某些可以漸增漸減的效應實際上都是以某種明確的跳躍方式增減的。這好像是說，你能每小時走三英里或四英里，但卻不能走三英里半。 上述的效應牽涉到分子受到碰撞時所激發的發光現象。 光是由電磁場中的振動所產生的波組成的，當一個完整的波經過某一點的時候，那一點上的一切東西便又恢復原狀，準備接受隨之而來的第二個波。大家不妨設想一下海洋里的波，把一個接著一個的波峰數一數。在一秒鐘之內通過某一點的波數就是這一波動體系的頻率。具有一定頻率的光波體系就相當於光譜中的一定顏色。當一個分子受到激發時，便以幾種固定的頻率振動。換句話說，分子振動有一套固定的方式，而每一個方式都有一個固定的頻率，它能在電磁場中激起與它本身頻率相同的波。這種波帶走振動的能，所以當這種波形成之後，分子也就失去了激發的能，隨著波就停止了。因此，分子可以輻射出一定顏色的光，也就是可以輻射出一定頻率的光。 大家也許會認為，每一種振動的方式都可以激發到任何強度；因之，這種頻率的光便可以帶走任何量的能。但實際上卻不然。似乎有一種最小量的能是不能復分的。這情形就好像是一個美國人用國幣付款時，無法把分幣分成更小的單位來支付他所得到的最小分量的貨物一樣。分幣就相當於光能的最小量，取得的貨物就相當於激發原因的能。這種激發原因要麼就強到能得到一分錢能的發射，要麼就根本得不到任何能的發射。在任何情況下，分子都只能發射整分幣數的能。 另外還有一個特徵可以用一個英國人來解釋。這人如用英國貨幣來付款，其最小的單位是法尋。法尋的價值和分幣是不同的，大約只及半分左右。在分子中，不同的振動方式具有不同的頻率。我們不妨把每一種方式都比作一個國家；一個比作美國，一個比作英國。那麼有一個方式便只能以整分幣數的量輻射出能。因而一分錢的能便是它所能付出的最小量。至於另一種方式，則只能以整法尋數輻射出能，因而一法尋的能便是它所能付出的最小量。此外，我們也可以找出一個法則來計算某一方式中一分錢的能和另一方式中一法尋的能的相對價值是多少。這一法則簡單得連三歲小孩子都能明白。因為每一個最小錢幣的能的價值和該方式中的頻率是嚴格地成比例的。根據這一法則來比較法尋與分幣，美國頻率將等於英國頻率的二倍。換句話說，一個美國人在一秒鐘之內所做的工作等於英國人的二倍。至於這情形和外間傳說的兩國人的性格是不是相同，就要讓大家來評價了。最後我還要提出一點，太陽光譜的兩端都被認為有一定作用，有時人們需要紅光，有時則需要紫光。 我想量子論關於分子的敘述是不難理解的，迷亂的情形是由於把這個理論硬套到科學上關於原子與分子內部情形的一般描述中而產生的。 唯物論的基礎是，自然界的事物應當用物質的空間運動來解釋。根據這一原則，光波便要用物質性的以太的空間運動來解釋，而分子的內部情況則必須以分立的物質所組成的部分的空間運動來解釋。關於光波方面，物質性的以太退到後面一個不穩定的地位上去了。現在談到它的人已不多了。但把這一原理應用到原子上則沒有人懷疑過。例如，一個中性的氫原子被認為至少是由兩團物質組成的，一團是包含著正電的物質的核，另一團是構成負電的單個電子。有跡象表明核的結構是複雜的，並說明可以重新分為更小的物質團，有些成為正電物質團，有些則成為電子物質團。這個假設的意思是說，原子中不論發生什麼振動，都應歸結到可以從其餘物質上分離出來的一小片物質的振動式的空間運動。根據這種假說，量子論的困難就在於：我們必須把原子描繪成具有有限數目的凹槽作為振動發生的唯一軌道。然而古典科學的描述卻沒有這種凹槽。量子論所要求的是路線有限的電車，而科學的描述卻只能提供在原野里奔馳的馬。其結果是物理學上的原子理論很像哥白尼以前的天文學上的本輪說。 根據自然機體論說來，便有兩種完全不同的振動。一種是振動式的空間運動，一種是振動式的機體變形。這兩種變化的條件性質是不同的。換句話說，一種是整個模式的振動式的空間運動，另一種是振動式的模式變化。 機體論中的完整機體，相當於唯物論中的質點。有一種原始的屬，包含著若干種機體。凡是這原始屬中的種所包含的機體，都不可分解為次級的機體。這種機體我都稱之為原始體，所以我們將有許多不同種的原始體。 我們必須記住現在談的是物理學的抽象概念。所以我們心目中所想的便不是包容具體位態而形成模式的原始體本身，也不是原始體的具體位態被包容在環境內的關係。我們所想到這些位態時只是它們對模式和空間運動發生可以用時—空關係表達的效應時的情形。因此，在物理學說來，原始體的位態只是它加到電磁場中去的東西。實際上這正是我們所知道的關於電子與質子的一切。對我們說來，電子僅是它在環境中有關電磁場的位態模式。 現在討論相對論的時候，我們就可以看出，兩個原始體的相對運動，僅意味著它們的機體模式正在利用不同的時—空系統。假如兩個原始體不繼續處於相對靜止中，或作相對均速運動，那麼其中至少有一個是在改變它的內在的時—空系統。運動定律所說明的是這些時—空系統發生改變的條件。 振動式空間運動的條件便是以這種普遍的運動定律為基礎的。 但有幾類的原始體在導致時—空系統改變的條件下常常發生分裂。這些種類只有在不同種類的原始體之間造成有利的聯合，以便讓分裂的趨勢被聯合的環境抵銷，它們才能具有長期的持續性。我們可以設想，原子核包含著大量不同種類的原始體，其中有些原始體是屬於同一種類的，整個聯合便有利於穩定。帶正電的原子核和帶負電的電子組成中性的原子便是這種聯合的例子。中性的原子像這樣就隔絕了電場。 在其他情形下；電場是會要在原子的時—空體系中引起變化的。 物理學的要求提供了一個和機體哲學非常配合的概念。 現在不妨用問答方式來講：持續性的機體論是不是受到唯物論的薰染，以致毫無疑問地認為持續性必然意味著在有關的生命史中始終不分化的同一性呢？大家也許會注意到，我在前一章中把「重現」當成「持續」的同義語用。顯然，這兩個字的含義不完全相同。現在我要指出，重現與持續性發生區別的地方，正是重現更接近機體論的要求的地方。這種差別正好相當於伽利略派人物和亞里士多德派人物之間的區別。亞理士多德說「靜止」的地方伽利略正好加上「或者是直線均速運動」。 因此，在機體論中，模式也不一定要在時間過程中維持不分化的同一性。模式可能是一個審美的對照，需要一段時間來展示自己。音調就是這樣一種模式。在這兒，模式的持續便是對照的連續重現。這顯然是機體論中最普遍的持續概念。「重現」也許是最能直接表達這一概念的字。當我們把這個概念轉化為物理抽象概念時，馬上就變成了關於「振動」的專門概念。這種振動不是振動式的移動，而是振動式的機體變形。近代物理學中有人提示，必須有振動實有才能解釋物理界的基礎中的微粒機體的作用。這種微粒就是從原子核中被排斥出來時所看到的那種微粒，排出後就變成了光波。我們也許會猜想，這樣一個微粒單獨存在時，它的持續性是不穩定的。因此，在一個不利的環境下，就將使它固有的時—空體系發生迅速的變化。換句話說，這種環境把他衝擊得具有猛烈的加速度，使它分裂而化為同一振動周期的光波。 一個質子，甚至一個電子，都可能是這種原始體互相疊加的組合，其頻率與空間維數當這種原始體被衝擊得具有移動的加速度時，就能促進有機綜合體的穩定。穩定性的條件，將使周期的聯合能產生質子。排斥原始體的衝擊力，如果不使質子變成另一種組合，便一定是由於吸收了這種能而產生另一種原始體。 一個原始體的振動式機體變形必然具有固定的頻率，所以在分裂時就能分解為同一頻率的光波。光波則將其平均能量全部攜走。作為一個特殊的假說來講，不難想像出具有固定頻率的電磁場的駐波振動。這種駐波圍繞著一個中心往復輻射。根據公認的電磁定律這電磁場將包括一個振動的球形核，而滿足某一套條件；還有一個振動的外場滿足另一套條件。這就是機體振動變形的例子，根據這一特殊假說，有兩種決定輔助條件的方式可以滿足數理物理學的一般要求。其中一種方式，全部的能便可以滿足量子條件，因此便包含著整數的單位或分幣，而原始體每一分錢的能則與其頻率成正比。以上我還沒有把穩定性或穩定組合的條件描述出來。我提到這個特殊假說時，只是舉例說明自然機體論使我們有可能重新考慮基本的物理定律，而與此相反的唯物論則不能如此。 在這種振動原始體的特殊假說中，麥克斯韋方程式被認為在所有的空間（包括質子內部在內）都能適用。這些方程式表示了在振動的方式下產生和吸收能的定律。每一個原始體所經過的全部過程都產生某種本身所特有的，並與其質量成比例的平均能量。實際上能就是質量。在原始體的內外，都有振動的輻射能流。 原始體內，電的密度作振動式的分布。根據唯物主義的理論，這種密度就標誌著物質的存在。但根據機體振動論，則標誌著能在振動的方式下產生。這種產生方式只限於原始體內。 所有的科學都必須將自己所研究的事實作一最後的分析，並將關於這種最後分析的假定作為自己的出發點。這種假定一方面由於符合我們直接看到的各種形式的事素，另一方面也由於它能不用特殊假設、而用一定程度的普遍性表示被觀察到的事物，所以便能成立。上面概述的原始體振動的一般理論只是舉例說明機體論對物理科學提供了什麼樣的可能。要緊的是這一理論在單純的空間運動以外，還增加了機體變形的可能。 光波就是機體變形的重要例證。 天文學在16世紀時從本輪說的狀態中被解放出來。不論任何時期的科學假設，如果表現出本輪說這種症候便都將站不住腳。現在物理學正表示出了這樣的症候。 為了重新考慮它的基礎，就必須回到對真實事物性質的更具體的觀點上去，必須把它的基本概念看成是從這種直覺中得出的抽象概念。 物理學正是以這種方式來探討擺在眼前的修改的一般可能性。 量子論所提出的不連續的概念要求物理學概念作一次修改，以便能配合這一概念。尤其是現在已經指出，我們需要一種解釋不連續存在的理論。我們所要求於這樣一個理論的東西，是電子的軌道可以看成是一系列分立的位置，而不是一條連續的線。 上述的原始體或振動模式的理論，再加上前一章所說的時間性與廣延性的區別，就剛好能得到這個結論。大家還記得，事件綜合體的連續性來自廣延關係。 而時間性則來自一個模式在主體事件中的體現。這模式的展現需要將全部延續以事件中的位態所賦與的方式空間化（即滯留）。因此，體現便是以一系列時期性的延續來進行的。而連續的轉變（即機體變形）則是在已經提出的延續之內實現的。振動式的機體變形實際上就是模式的重現。一個整個的時間就是完整模式所需要的延續。因此原始體便是原子式地在一連串的延續中實現的。每一個延續都應從一個極點到另一個極點來加以量度。因此，原始體作為一個完整的持續實有來看時，便將連續地分配在這些延續上。如果把它當成一個東西來看，圖上表示的軌道便成了一系列分立的點。因此，原始體的運動在時間與空間中便是不連續的。如果我們深入到時間量子（即一系列原始體的振動周期）之下，就會發現一系列振動的電子場，每一個電磁場在其本身的延續的時—空內都是穩定的。 每一個這樣的場都表現出一個單獨完整的電磁振動周期，這種振動就構成了一個原始體。但它並不能認為是實在的體現，而只能認為是原始體的一個不連續的體現狀態。原始體藉以體現的相繼各延續本身是連接的。因此，原始體的生命史可以表現為電磁場中事素的連續發展。但這種事素是以占據一定時期的整個原子式的團的方式體現的。 所謂時間是原子式的，並不能理解為所有的模式都必須在同一系列的延續中體現。首先，縱使有兩個原始體的周期相同，體現的延續可能還是不一樣。換句話說，兩個原始體可能異相。如果周期不同，那麼任一原始體延續的原子化就必然會被另一原始體的延續的邊界瞬間所復分。 原始體空間運動的定律說明的是在什麼條件下原始體將改變其時—空體系。 這一概念不必繼續詳論了。振動存在的概念的根據必然完全存在於實驗之中。 這個例子所說明的問題是：這兒所採取的宇宙觀和物理學方面所提出的不連續性的要求是完全符合的。如果我們採取這種看法，認為時間化是一系列時期性的延續的體現，那麼芝諾的難題也就可以避免了。我們在這兒為這個概念所提出的特殊形式，只是拿來說明問題的，在適用於實驗物理學的結果以前，必須重新擬定。