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《物质信息论》第四章 性质与关系 4

4-4  无法归结为关系的质量性质

 

既然物自体“穷”得没有自己的信息,只有物性质信息和物关系信息,而性质都是由物体的内部关系决定的,那么,我们是不是可说物质的本质就是关系、物质完全是由关系构成的呢?有一些哲学家和科学家就说过这样的话,他们认为随着人类经验特有的东西逐渐被消除,物理学最后会变成只留下数学关系的系统这完全是一种异想天开。虽然随着物理学的发展,颜色、声音、气味等物质的第二性质从物理世界的图景中消失了,但是质量、力、广延性等第一性质仍然在物理图景中保留着,即使对于力、广延性我们能够用关系来解释和表述,但质量性质的本质仍然是一个悬而不可决的问题:尽管人类对物质的结构探索一再层层深入,但至今也没有发现物质的本质属性──质量(mass)是由什么物关系决定的。只有确定了质量性质是由什么物关系决定的,我们才可以说物质完全是由关系构成的,质量性质是某些关系的虚像,这时唯物主义就会换成一副全新的面目。如果质量性质不是关系的综合呈现,不是关系的虚像,那么质量性质就只能是一种特殊的、不属于信息的性质。只要物质还有某种性质不能够用关系来取代和消除,数学就不可能取代物理学。

对于物体的质量,物理学上是从两个方面来认识的,一个被称为引力质量,一个被称为惯性质量。引力质量的概念产生于人们对于物体之间的引力的量与物体本身的量的关系的认识,“引力质量”这个名称是没有问题的。但是“惯性质量“这个名称却有点问题,因为物体在单纯的惯性状态下是显示不出它的质量的,物体只有在受力做加速运动的情况下才显示质量,实际上,惯性质量的概念是产生于人们对物体的状态改变量与物体本身的量的关系的认识,“惯性质量”应该叫做“变速质量”更为合适。无论是引力质量还是惯性质量都是在物体受到外力作用时显现出来的,这是一个跟物质的相互作用有关的量,引力质量和惯性质量在本质上就是作用质量。

无论是从引力质量来看,还是从变速质量来看,质量都可以说是物质通过作用关系所呈现的性质。由于这个性质的数量跟物质所受到的力成正比,所以人们认识到这个性质在量上是可叠加的,遵守守恒律,并进而认识到这是物质的固有性质,尽管物质在单体情况下并不呈现这种性质。质量和空间都是物质的存在性质,由于质量遵守守恒律,而空间在数量上不遵守守恒律,因此质量是物质的核心性质,空间不是。

如果物质只有引力质量,没有惯性质量,那么人们的头脑中就不会形成质量概念,只能形成重力(引力)概念,因为在这种情况下质量概念完全是多余的。同样,如果物质只有惯性质量,没有引力质量,人们的头脑中也不会形成质量概念,而是只有惯性力(克服惯性的力)概念,在这种情况下质量概念也是多余的。在这两种情况的无论哪一种情况下,物质的引力与物质的惯性都毫无关联。

 

物质的实在性是源于它的质量性。物质的质量性只所以表明物质具有实在性,缘由在于两个方面,一是质量性与作用关系联系在一起,二是质量遵守数量守恒律,后者意味着物质不会神秘地产生也不会神秘地消失。

质量性质是跟作用关系完全紧密地联系在一起的。有质量的存在能够与其他有质量的存在产生相互作用,这就是引力,这个引力与这两个存在者的质量和两者之间的空间关系(距离)有关;有质量的存在能够对其他任何对它的作用产生反作用,这就是所谓的惯性力,这个惯性力跟质量和速度变化量有关。速度变化量可用于外部状态的变化量的度量。

就像质量性质那样,电性质也是从存在之间的相互作用(力)中显现出来的性质。电性质也具有数量关系,也符合数量守恒性,但电性质不是物质的核心性质,因为具有质量性质的的存在不是都具有电性质,而具有电性质的存在都具有质量性质,并且所有具有相互作用的存在都具有质量性质。显然电性质,或者说呈现出电性质的那些关系,是依附于质量性质之上的。呈现出电性质的那些关系一定是具有质量性质的存在之间的关系,换句话说,这些关系的主体是具有质量性质的存在。

 

通过作用关系来认识质量,在本质上是通过质量性质的外部关系来认识质量性质。那么质量性质的内部关系又是怎样的呢?

我们现在知道了物质的性质与关系之间的关系,那么我们就可以把性质归结为关系,由于这些关系以及由关系形成的性质都属于信息,那么在把信息统统剥离之后,就剩下了物质本身。这个被剥离了信息的物质本身只剩下了一个性质,就是质量性质,或者说质料性质。这个质料性质或者说质量性质,有点像康德说的那个物自体。不过与康德的物自体也有不同,质料是我们能够感觉得到、测量得出的,只是我们不知道形成这个质料性质的内部关系是什么,而康德讲的物自体是我们不能认识的,是我们感觉不到、测量不出的。

只有质量性质,除了它表面上的数量关系之外,我们现在还不可能找到它是由什么样的内部关系形成的,或者说,我们不可能发现质料是由什么样的内部关系形成的。如果质量性质有着形成它的内部关系的话,那么这种关系是什么?这种关系的关系是什么?这又会引出新的也许是没有穷尽的问题。

对于质量性质的形成,英国物理学家希格斯(P.W.Higgs)提出了希格斯机制。在此机制中,希格斯场引起自发对称性破缺,并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯的理论只是说费米子的质量是在费米子场与希格斯场的汤川耦合中产生出来的,而这个耦合关系的主体──费米子场和希格斯场究竟是怎么一回事,它们的能量是哪里来的,还是不清楚。到这里为止,本体论哲学中最后一个问题──质量(或能量)问题──已经完全交给物理学了,而且成了物理学的最大难题。到底物理学最终能否解答这个问题,不仅哲学家不知道,物理学家也不知道。我希望神学家们不要跳出来信口开河地讲“我知道,上帝创造了质量”。

物质除了质量性质以外的一切性质我们都可以归结为关系,一般认为,抽掉所有这些性质之后,物质就成了空洞的概念。但是物质的核心性质??质量性质,我们无法把它还原为纯粹的关系,而物质身上的所有关系又不可能脱离质量性质,因此我们不可能使物质的任何一种性质脱离开质量性质而单独存在。所以物质不会成为空洞的概念,不会只是空洞的信息。

因为所有其他性质都可以归结到关系上去,只有质量性质不能够归结到关系,所以在所有的性质当中,质量性质是一种最特殊的性质。还有,质量性质直接跟质料范畴有关,所有其他性质都跟质料范畴没有关系,至少是不直接相关,即使有关系也是通过质量性质跟质料发生关系。

如果按照希格斯所提出的所谓“希格斯机制”的说法,夸克、电子这些费米子都是依赖希格斯机制在希格斯场与费米子场的汤川耦合中获得质量。而耦合就是一种关系,质量也是关系的呈现。按希格斯斯的理论,希格斯玻色子是希格斯场的振动,或者说是希格斯场的量子化激发,这个被称为“上帝粒子”的东西在实验中已被发现。希格斯场是遍布于整个宇宙的,有点像亚里士多德所设想、经典物理学家们相信其存在的以太。至于希格斯场是像电磁场那样的物质存在,还是像电场、磁场那样仅仅是个方便的理论工具(就像本书后面要讲的那样),现在下定论还为时过早。

有一些人把质量、质料归结为能量,而能量是什么?同样是无法回答的。事实上能量比质量有着更多的表现形式:动能(有静质量)、势能、纯能量(无静质量,如光),用能量来解释物质的质量可能会遇到更多的困难。用物质来解释能量更为容易一些,能量不过是物质状态的差异,或者差异量。能量只在两个或两个以上物质体之间才能体现,单一物体是没有能量可言的,质能方程式所计算的能量只是一个物质体相对于他物所可能产生的最大能量,而不是它实际释放出的能量。质能方程式恰恰说明了质量是物质的绝对性质。而能量只是物质的相对性质,两个物质体如果没有状态的差异,是体现不出能量来的,在两个同向运动且速度相同的物质体之间、在两个温度相同的物质体之间、在引力场中处于同一高度的两个物质体之间、在光与光之间,都体现不出能量。而质量性质作为物质的绝对性质是处处都可以充分体现出来的,如任何两物之间的万有引力、物质被迫改变自在状态的加速运动都能体现物质的全部质量而不是部分质量。而物质体只有在物质全部转化成光的情况下相比于普通物质才能体现出全部的能量。

除了质量性质以外,量子的性质,如电荷、自旋、角动量等,到目前为止也只能观测到其外在的关系,无法寻找其内在的关系。量子也具有质量性质。量子的这些性质本身都具有数量关系。

 

亚里士多德提出实体范畴有两个组成部分,一个是质料,一个是形式。这两个部分基本上对应着我现在提出的物质和信息。质料和形式是组成实体的一对范畴。我在这里所讲的性质和关系又是一对范畴,性质和关系这一对范畴构成了形式范畴。其中关系是实范畴,性质是虚范畴。

在实体的两个组成部分中,质料是一般的、普遍的、无差别的范畴,而形式是具体的、个别的、有差别的范畴。这是哲学的观点。但是在日常社会中会把形式与内容相对,把形式看成是一般的、普遍的、缺少差别的,把内容看成具体的、个别的、有差别的。后者的观点相比于哲学的观点较为片面,它是把表面的笼统的形式看作是形式,而把内在的、具体的形式看作是内容和实质。我们应该注意把通常的观念与哲学的范畴加以区分。

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