（繼續）華嚴宇宙觀與現代物理學（6、宇宙的基本粒子是什麼）

#第三集

6、宇宙的基本粒子是什麼

　   粒子的下面是什麼?
      眾所周知,物質是由原子組成,而原子由原子核和電子組成,原子核又由質子和中子組成,質子和中子又由誇克組成。那麼,誇克和電子又是由什麼構成的呢?科學家發現,誇克和電子都不可再分了,似乎是沒有內部結構的點粒子,因此把它們稱為基本粒子。基本粒子是一切物質的基本單元,就像英語裏的“字母”一樣。

      但是,已知的基本粒子並不僅僅是誇克和電子兩種,而是多達數百種,而且,每一種基本粒子都有它們的反粒子。我們現在把所有的基本粒子分為三大類,通常稱為 “族”:輕子族,包括電子、中微子等;誇克族,包括上誇克、下誇克、粲誇克、奇異誇克、頂誇克和底誇克這六種誇克和各自的反誇克;媒介粒子族,包括光子、膠子等。非常奇怪的是,除了誇克和電子外,大部分基本粒子都不組成更大的物質結構,例如,中微子總是在宇宙中獨來獨往,不與其他物質發生相互作用;媒介粒子則只在其他粒子間傳遞力的作用;還有很多粒子像介子、超子等都極不穩定,通常在極短時間內衰變成其他粒子。

      我們知道,電子能像地球繞太陽旋轉那樣繞著原子核運動,但電子能不能也像地球那樣進行自轉呢?按理說,這是不可能的,因為物體在自轉時,其轉軸上有一個固定不動的中心點,電子既然是一個點狀粒子,那它就不會有什麼多餘的“中心點”,它的自旋也就無從談起。但科學家證實,電子仍然像地球那樣,既公轉,也自轉,而且永遠地以固定不變的速率旋轉,這是電子自身固有的性質,稱為“內稟自旋”。而且,所有的基本粒子都有與電子相同的自旋。

      這些基本粒子性質各不相同的原因是什麼?它們為什麼在不停地自旋?這些不同的粒子還能不能找到更深層的、統一的內部結構?這些問題長期以來都在困繞著科學家們。

為何有四種力?

進一步的問題就是,這麼多不同種類的粒子是如何聯繫在一起的?假如宇宙是由很多微小的、相互間沒有關係的物質微粒組成的,它們中的任何一個都是像被“隔離”的,那麼,在這樣的一個宇宙中,就會既無恒星,又無行星和生命,只是一個寂寞的、完全沒有事件發生的微粒集合。

幸運的是,事實並非如此,宇宙中存在著各種類型的力,是它們把散沙般的基本粒子結合在一起,組成了各種各樣的物質,並安排了宇宙間的秩序。這些力從本質上都可歸結為四種基本力:引力、電磁力、強力和弱力。

這四種力的來源是不一樣的。引力源於物體質量的相互吸引,兩個有質量的物體間就存在引力,物體的質量越大,引力就越大。電磁力是由粒子的電荷產生的,一個粒子可以帶正電荷,或者帶負電荷,同性電荷相斥,異性電荷相吸。如果一個粒子不帶電荷,則不受電磁力的影響,不會感受到排斥力和吸引力。強力主要是把誇克結合在一起的力,所以也叫核力。像電磁力一樣,也起源於電荷,不過只是誇克間的電荷,物理學家稱之為“顏色電荷”。弱力的作用是改變粒子而不對粒子產生推和拉的效應,像核聚變和核裂變這兩個過程都是受弱力支配的。

這四種強弱懸殊、性質各異的基本力,完全控制了我們的宇宙。

現在問題又來了: 四種基本作用力的不同還導致了現代物理學兩大支柱——相對論和量子理論——根深蒂固的矛盾。

愛因斯坦的廣義相對論是關於引力的理論。我們前面說過,引力源於物體質量的相互吸引,物體的質量越大,引力越大。但為什麼物體的質量會產生引力呢?引力為什麼很微弱卻又能在宏觀範圍內起作用呢?比如說,兩個人、兩塊大石頭之間的引力幾乎就是零,只有像太陽、地球、月亮這樣宇宙中的星體,才有明顯的引力作用。

愛因斯坦把這個疑惑給解開了,他給出了一個出人意料卻又合乎情理的解答:空間本身是有形狀的,當沒有任何物質或能量存在時,空間應該是平直光滑的,當一個大質量物體進入空間後,平直的空間就發生了彎曲凹陷,這就像一條拉得很平很直的床單上,當放進一個保齡球時,床單就凹陷下去,所謂引力就是因為這樣的空間彎曲而導致的。地球在繞著太陽的軌道上運行,是因為地球滾入了太陽周邊彎曲空間的一道“溝穀”,這就是我們通常所說的太陽對地球的引力作用。兩個人、兩塊大石頭之間的引力幾乎不存在的原因就是,這麼小的質量使空間的彎曲幾乎為零。因此,普通物體之間的引力作用是可以忽略不計的。

在這裏,引力變成了漂亮的幾何圖景,引力本身並不存在,它只是空間的幾何形變所引起的明顯結果。引力的本質就這樣被廣義相對論圓滿地解釋了。

但空間的幾何形變卻解釋不了其他三種力,電磁力、強力和弱力似乎都無法通過空間的褶皺來實現。然而,在微觀世界裏,空間根本就不是平滑的,而是有無數的粒子在劇烈且永不停息地喧囂,廣義相對論的核心原理——光滑的空間幾何概念,在這裏被破壞殆盡。

對另外三種力的解釋需要量子理論來完成。量子理論研究微觀世界裏基本粒子的行為,在這個理論體系中,宇宙中所有的物質最終由數百種不同的基本粒子組成,由於質量小到幾近於零,這些粒子的運動軌跡變化莫測,毫無規律可循。在這裏,力是由粒子的交換而來的, 例如,電磁力是由光子交換而來,兩個帶電粒子間的相互作用實際上是光子在兩個粒子間往來“出沒”的結果,兩個帶電粒子通過交換小小的光子而相互影響,這個過程有點兒像兩個溜冰的人在傳球,通過傳球,兩個人的運動狀態都在受到影響。其他兩種力的相互作用也是如此。

但是,因空間彎曲所導致的引力是無法通過粒子交換而來的,而且,在微觀世界裏,粒子的自身質量不僅小到幾乎沒有,還總是在雜亂無章地運動,它們之間的引力從何談起?因此,量子理論無法涵蓋引力。

廣義相對論與量子理論不能統一,成為現代物理學最核心的災難。人們很難相信,在宇宙的微觀層面和宏觀層面,居然不是一個統一連貫的整體,我們對宇宙最深處的認識居然是由兩個分裂的理論拼接起來的。為了能讓兩個理論協調起來,物理學家做過大量的嘗試,他們以這樣那樣的方法,要麼修正廣義相對論,要麼修正量子理論。雖然一次次的努力都膽識驚人,但結果卻一個跟著一個失敗。

終於,弦理論（String Theory）來了。被稱為最具權威的描述宇宙現象的理論。最有希望解答物理學中一切難題的理論。1974年美國Schwarz教授和法國物理學家Scherk提出。

粒子怎樣變成弦?

一連串的疑惑不得不使科學家認真考慮:也許在基本粒子內部存在一種更深層的結構,這種結構尚未被我們所理解。自20世紀60年代以來,在科學家孜孜不倦地努力下,一個新的理論逐漸浮出水面,這就是超弦理論。超弦理論認為,在每一個基本粒子內部,都有一根細細的線在振動,就像小提琴琴弦的振動一樣,因此這根細細的線就被科學家形象地稱為“弦”。

撥動吉他一根弦,你會聽到一個音。撥動另一根弦,你會聽到另一個不同的音調,因為不同的弦振動的模式不同。一個音樂家通過一個吉他的六弦合奏,使這些弦在不同頻率振動,便可創造出無數美妙的音樂。像琴弦的不同振動模式彈出不同的樂音那樣,粒子內部的弦也有不同的振動模式,只不過這種弦的振動不是產生什麼音樂,而是產生一個個粒子。不同粒子的性質由弦的不同振動行為來決定,電子是以某種方式振動的弦,上誇克又是以另一種方式振動的弦,如此等等。

弦與粒子質量的關聯是很容易理解的。弦的振動越劇烈,粒子的能量就越大;振動越輕柔,粒子的能量就越小。這也是我們熟悉的現象:當我們用力撥動琴弦時,振動會很劇烈;輕輕撥動它時,振動會很輕柔。而依據愛因斯坦的質能原理,能量和質量像一枚硬幣的兩面,是同一事物的不同表現:大能量意味著大質量,小能量意味著小質量。因此,振動較劇烈的粒子質量較大,反之,振動較輕柔的粒子則質量較小。

依照弦理論, 根本不存在粒子,只有弦在空間運動,每個基本粒子都由一根弦組成,而所有的弦都是絕對相同的。不同的基本粒子實際上是在相同的弦上彈奏著不同的“音調”。由無數這樣振動著的弦組成的宇宙,就像一支偉大的交響曲。

　　所以，根本沒有基本粒子，更沒有物質存在，宇宙完全是振動而產生的。

這跟佛家講的萬法皆空，《金剛經》上所說的「凡所有相，皆是虛妄」、「一切有為法，如夢幻泡影」，那是不是這個情形？真的，物質不存在，物質是幻相。

佛告訴你，弦都沒有了，心動！六祖大師當年到法性寺，就是現在的光孝寺，聽印宗法師講《涅槃經》。他看到有兩個聽眾，外面風吹著幡，兩個人在爭論，一個人說，你看幡動；不是的，風動，那個講幡動，他們兩個在爭論，爭論不休。六祖走上前去跟他們兩個說，「不是幡動，不是風動，仁者心動」。風也沒動，幡也沒動，是你心在動。這才把現象的根源說出來了。

　　如來現相品第二：

佛剎微塵數　如是諸國土　能令一念中　一一塵中現

宇宙實際就是一念，念念相續的虛幻相

　　若心不動，則能悉見悉現：

　　世主玅嚴品第一：

佛於一切十方中。寂然不動無來去。應化衆生悉令見。

弦如何運動?

弦本身很簡單,只是一根極微小的線,弦可以閉合成圈(閉弦),也可以打開像頭髮(開弦)。一根弦還能分解成更細小的弦,也能與別的弦碰撞構成更長的弦。例如,一根開弦可以分裂成兩根小的開弦;也可以形成一根開弦和一根閉弦;一根閉弦可以分裂成兩個小的閉弦;兩根弦碰撞可以產生兩個新的弦。

但是當一根弦在時空中移動時,它就沒那麼簡單了。弦的運動是如此的複雜,以至於三維空間已經無法容納它的運動軌跡,必須有高達十維的空間才能滿足它的運動(十維空間是數學方程計算的結果)。就像人的運動複雜到無法在二維平面中完成,而必須在三維空間中完成一樣。

入法界品第三十九：

　　善財童子參訪喜目觀察眾生夜神（三地菩薩發光地）。

喜目觀察眾生主夜神:

佛子我爾時　得入普賢道　了知十法界　一切差別門

例：萬花筒（知道一切差別皆由轉動而起之幻相）

點粒子內部的空間不是三維的,可能還有很多維,這似乎非常不可思議,不過,認真想起來,高維空間的存在完全是合理的。為了看清這一點,我們可以舉一支筆的例子。我們知道, 筆的表面是二維的,但是當我們從遠處看它時,它卻像是一維的直線。這是為什麼呢?原來, 筆的那兩維很不一樣,沿著筆伸展方向的一維很長,容易看到;而容易繞著筆的那一個圓圈維很短,“捲縮起來了”,不容易發現。你必須走近筆,才能看清繞著圓圈的那一維。

這個例子表明了空間維度的一個微妙而又重要的特徵:空間維有兩種。它可能很大延伸得很遠,能直接顯露出來;它也可能很小,捲縮了,很難看出來。筆比較粗大,繞著筆的那一維很容易就看到。假如筆很細——像一根頭髮絲或毛細管那樣細,要看那捲縮的維可就不那麼容易了。

在最微小的尺度上,科學家業已證明,我們宇宙的空間結構既有延展的維,也有捲縮的維。就是說,我們的宇宙有像筆在水準方向延伸的、大的、容易看到的維 ——我們尋常經歷的三維,也有像筆在橫向上的圓圈那樣的捲縮的維——這些多餘的維緊緊捲縮在一個微小的空間,即使用我們最精密的儀器也根本不能探測它們。

那些看不見的維可能會有多小呢?我們最先進的儀器能探測到百億億分之一米的結構,如果那些維度捲縮得比這個尺度還小,我們就看不見了。科學家的計算表明,捲縮的維可能小到普朗克長度(即10-33釐米),是目前的實驗遠遠不可能達到的。

為什麼需要多維空間?

理解了宇宙的空間有更多維存在,再回過來看相對論與量子理論是如何產生矛盾的,我們就很容易理解了:這兩個理論在日常的三維空間裏是不可能統一的,它們的矛盾是必然的,只有在高維空間裏才能得到統一。

為了更好地理解這一點,我們可以舉一個三維世界和二維世界的例子。我們首先假設有一些生活在二維平面世界的生命,它們的世界裏只有長和寬,根本無法理解第三維——“高”這一維。因此,它們對三維世界的感知只限於三維物體在平面世界的投影,或者三維物體與平面世界的接觸面,試想一想,一個平面生命怎麼能夠通過投影來想像三維物體的豐富性和完整性呢?當三維物體與平面世界接觸時,三維物體在平面世界上的零碎片段,比如一張桌子的四根腳柱、人印在地面上的兩雙鞋印,更讓平面生命摸不著頭腦——這些拼不到一起的碎片究竟意味著什麼呢?它們不能想像,四片互不相連的印跡怎麼會構成一張完整的桌子呢?那斷斷續續的鞋印上怎麼會有一雙完整的鞋呢?而且,鞋的上面竟然還有一個更加完整的人!用二維的眼光來打量這些碎片,你永遠不可能將它們拼成一個整體。

於是有一天,一個足智多謀的平面生命偶然想出一個絕妙的主意。它宣佈,平面世界之外還有一個“向上”的第三維,如果順著這些碎片“向上”看,其實碎片是一個完整的整體!這真是個驚人的見解,大多數平面生命都困惑不解。

相對論和量子理論的遭遇與這種情況非常相似,在我們的三維空間裏,它們就像兩塊互不相干的碎片,永遠也拼合不到一起。但把空間“向上”抬一抬,把宇宙變為十維空間,相對論和量子理論這兩塊看似互不相干的碎片就會令人震驚地結合得天衣無縫,成為一個更完整的理論大廈的兩根互相依存的支柱!雖然我們在三維空間中無法想像和描述一個多維的空間,但我們卻能通過複雜的數學方程推導出它的存在。

　　大菩薩有能力解了悟入多維空間，一切空間：

如來現相品第二：

智身能徧入　一切剎微塵　見身在彼中　普見於諸佛　

如影現眾剎　一切如來所　於彼一切中　悉現神通事

（例：用鏡子對照 - 影現）

大乘菩薩的心與性德、性體不能圓滿相應，我們說得明顯一點，還摻雜著毫分不淨不善；普賢心決定不摻雜毫分不淨不善，他是圓滿的。

『如影現眾剎』，真的確實是影。我們今天這個相，實實在在講是影像，這是真的不是假的。但是真正修行人，念念清楚，一點不迷。一念不覺就迷了，要念念覺，我們常常說要時時覺、處處覺還不夠，念念覺，念念都清楚。這是事實真相。無量無邊諸佛剎土，怎麼來的？從哪裡來的？從眾生的業感，這是緣，諸佛菩薩度生的弘願這是因，因緣和合，影像就現前。

　例子：用鏡照前，一尺之鏡。現千里之影。

由此我們就要覺悟，覺悟到一切法空，《般若經》上講的確實不錯，「一切法無所有，一切法畢竟空，一切法不可得」，我們的心就平靜，妄念就沒有了。為什麼？妄念很辛苦，不是真的，不是事實，那又何必自找苦吃？

空間中的裂縫

超弦理論還給我們帶來一個更加令人震驚的結果:我們的空間結構居然是離散的,而不是連續的!在我們的日常經驗中,空間和時間總是無限可分的,但事實卻大謬不然。空間和時間都有自己的最小值:空間的最小尺度為10-33釐米,時間的最小值是10-43秒。因為當空間小到10-33釐米後,時間和空間就會融為一體,空間維度就會高達十維,在這樣的情況下,即使空間還能分割,那也是我們目前所不能瞭解的了。

雖然當時科學家已經知道了粒子能量的不連續性,但他們卻不知道為何有這種不連續性,只是被迫接受而已。但現在我們都知道了,這與空間的不連續性密切相關。正是由於空間有最小的、不可分割的單位,才會影響到基本粒子的能量發射方式。

空間具有一個最小的、不可分割的值,這個不可思議的現象會導致什麼樣的結果呢?我們很容易想到:我們宏觀的空間結構是由一份份最小的空間包組合起來,在這一份份的空間包中間,極有可能存在著我們無法探測的空間裂縫!所謂“蟲洞理論”中在空間中鑿開一個洞口的設想,從理論上來說真的是可行的,這就是尋找相鄰空間包之間的裂縫,然後用難以想像的高能量轟開這個裂縫,一個蟲洞就出現了!可以說,小小的十維空間包以及它們之間的裂縫存在於我們空間的每一個角落,只要我們有足夠的能量,我們可以在任何地方鑿開一個蟲洞。

　　這個基本粒子（弦）實際上是念頭，所謂空間裂縫是念與念之間的間隔。

　　佛即問彌勒：心有所念，幾念幾相識耶？彌勒言：舉手彈指之頃，三十二億百千念，念念成形，形形皆有識，念極微細，不可執持。 (《菩薩從兜術天降神母胎說廣普經》〈三世等品〉第五)

這段話說明宇宙間這些森羅萬象，在佛法裡面講的自性能生萬法，怎麼生？波動現象。你看佛說的「迷唯一念」，那個一念就是波動，只要一動，遍法界虛空界裡面的現象就生了。它有沒有次第？是有次第，太快了，我們沒法子觀察到。它的次第在《唯識論》裡面講得很清楚，一念不覺，這一念不覺就叫做無明，無明就是不覺，不覺就叫無明。這一念不覺怎麼樣？大光明藏見不到了。不動的時候，心裡沒有念頭不動的時候是光明的，自性是光明的、是圓滿的，宇宙是大光明。所以性德的光是柔和的，這個磁場非常之好。

可是你心一動，這就失掉，你就見不到了，這個光明就變成黑暗，所以叫無明，明沒有了。本來是明的，你心一動就變成無明；心不動的時候，無明就沒有了。所以無明不覺生三細，無明裡面有三細相，第一個是業相，業就是動，就是此地講的它不斷的在動，從來也不停。但是你要曉得，它那個動就像我們電影的放映機一樣，確實這個動不是連續的，它是剎那剎那，像閃光一樣，一閃一閃的，它閃得太快了，我們看到好像是連到，其實它是一念一念的。所以你一念覺，無明就沒有了，覺也是一念，迷也是一念。我們現在這個現象就是一個念頭一個念頭它全是迷，念念都沒有覺悟過，都在迷，它都在動，不動就覺了，極其微細的還是在動。

　　八地菩薩可觀察到此生滅相（空間的最小尺度為10-33釐米,時間的最小值是10-43秒。）。　

　　八地菩薩能見此境界

十地品第二十六：

觀世間成。觀世間壞。

由此業集故成。由此業盡故壞。

幾時成。幾時壞。幾時成住。幾時壞住。皆如實知。

　　空間裂縫，即前念已滅，後念未生以前。大光明藏，常寂光土。

入法界品：

善財童子，參訪慈行童女，慈行童女開示：

智眼無瞖普觀法界。慧心廣大猶如虗空。一切境界悉皆明見。獲無礙地大光明藏。