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从牛顿3大定律到易经64卦,物理学对话易学,不一样的思维之火

前言:没有哪一门科学能像物理学这样深刻影响哲学,所以,把物理学与易学对比,是件好玩的事情。作为一名物理老师,研究物理教学是我的本职工作。作为一名国学爱好者,喜读经典是我的业余爱好。这篇小文是一个我和另一个我的对话。既是所谓“对话”,那么就包含了“对比”和“探讨”两层意思,对比在我,探讨则在诸君。

物理学研究范围“致广大 尽精微”

物理学和易学揭示的世界普遍“大法”

物理学研究的时间跨度极大,从宇宙大爆炸到现在,再到未来。物理学研究的空间跨度极大,从浩瀚无垠的宇宙,到小小小小的原子核内部。《中庸》上有句话, “致广大,尽精微”,用来描述物理学研究的空间跨度,倒是很贴切。

如果加上时间维度,古语说, “四方上下曰宇,古往今来曰宙。宇虽有实,而无定处可求。宙虽增长,不知其始所至。” 这也许是中国文化中,对物理学研究范围最贴切的描述了。

物理学是非常古老的学科,在中国春秋战国时代,墨家就有很多关于力学知识的总结和应用,《墨经》上,甚至还有“小孔成像”的记载。

不过物理学作为一门独立的科学,却是诞生在17世纪的欧洲。物理学的发展中心,先是在欧洲,后是在美国,于华夏是一种遗憾,却也是一种哲学的必然。

欧洲在中世纪前,跟中国古代一样,也有很多物理学的知识记载。大家熟知的阿基米德鉴别王冠真假的故事,就讲到阿基米德对浮力的研究。阿基米德还总结出了杠杆原理,我们在初中物理学习过。

公元5世纪至15世纪,欧洲处于黑暗的中世纪时期,经院哲学和宗教神学禁锢了人们的思想,科学发展停滞不前。物理学也不例外。

随着欧洲“文艺复兴”的到来,物理学也迎来了发展的第一个高光期。意大利物理学家伽利略在17世纪上半叶,开启了“假说—猜想—逻辑推理—实验验证—合理外推”的现代科学研究,将物理学向着精确实验、定量研究的方向推进。

1687年,伟大的物理学家、数学家牛顿发表了划时代的巨著《自然哲学的数学原理》,以此书的发表为标志,物理学独立成为一门精密的实验科学和严谨的理论科学。

近代科学巨匠牛顿

随后的200年,经典物理学的发展非常迅猛,力学、热学、光学、电磁学都建立起了完备的理论体系。当时科学界甚至流传,物理学已经没有什么重大问题可以研究了,剩下的工作只不过是把精确度往小数点后再推进几位。

在17世纪到19世纪,甚至20世纪,经典物理学不仅仅是在科学领域成功,在技术领域更是极大地推动了社会生产力的发展。从蒸汽动力时代,到电气化时代,再到电子信息时代。

简单回顾物理学史,是为了展现接下来我们要说的“相互作用”,这一世界普遍“大法”是如何揭示出来的。

自文艺复兴以来,自然科学尤其是物理学的发展,对西方哲学的影响极大。而经典物理学是以牛顿力学作为基础的。

在《自然哲学的数学原理》一书中,牛顿提出了著名的运动三大定律。所谓定律,就是说是普遍存在的,是不需要前置条件的,是一般性规律。

牛顿第一定律说:一切物体总是保持匀速直线运动状态或静止状态,除非有外力迫使它改变这种状态为止。

牛顿在还定义什么是力,他说,力是物体间的相互作用。并且提出:两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上。这就是牛顿第三定律

牛顿第一定律揭示了一个可怕的真相,那就是,如果没有相互作用,物体将保持初始状态,直到永远。果真如是,那这个世界是多么的单调、无趣,甚至是死寂。正是因为有了相互作用,这个世界才有了千变万化,才有了丰富多彩,才有了无限可能。

举个例子,假如没有万有引力相互作用,就没有我们看到的太阳东升西落,月亮朔望圆缺,地球也将是另一番景象。

老子在《道德经》说, “人法地,地法天”,孔子在《系辞传》说, “古者包栖氏之王天下,仰则观像于天,俯则观法于地”。倘若没有万有引力,所观天地已不同,所效的天地之法也已不同。

可见,相互作用,是万物世界的“大法”。牛顿从观察和实验中,抽象出了力的相互作用。而中国古代先贤们,从观像和思辨中,抽象出了阴阳的概念。

牛顿运动定律揭示力是成对出现的,一个叫做作用力,另一个叫做反作用力。在中国哲学里,阴阳也是共生的。正所谓“独阳不生,孤阴不长” 。相互作用力方向相反,阴阳变化也方向相反。相互作用力可以在两个物体之间,也可以在两个系统之间。阴阳相推也类似。

所不同的是,相互作用力大小相等、同时产生、同时消失,没有主次,没有先后。而阴阳是此消彼长,动态变化。在某个确定的阶段,阴阳有主次之分。不单单是“独阳不生,孤阴不长”,阴阳均等的情况也是少见得很。作用力与反作用力的变化是直线的,而阴阳的此消彼长是曲线的。

直线思维更为刚性,曲线思维更为柔性。刚性讲对错,柔性讲圆满。刚性讲精确,柔性讲模糊。刚性强调一致性,柔性强调包容性。这也许是西方更注重对错,而中国更讲究圆满的哲学根源。这也许是西方文化更具侵略性,而东方文化更具融合性的原因。当然,这也许也是分析科学西方胜过东方,系统科学东方强于西方的原因。

我们的中医就是系统科学,中医的没落是我们的罪过,中医的复兴是我辈的责任。这是题外话。

物理学和易学揭示的人类认知“天花板”

经典物理学的成功,极大的推动人类生产力的发展。这对西方世界观影响很大,人们几乎以为人类无所不能了。

但是,到了19世纪末20世纪初,一系列重大物理现象和物理实验,例如X射线的发现、放射性的发现、电子的发现,以及著名的“以太飘移实验”,经典物理学理论无法解释。经典物理学遭遇大前所未有的困境。1900年,英国物理学家开尔文男爵把这种困境,形容为“飘在物理学天空的两朵乌云”。

在焦虑当中,科学家们不懈努力,终于迎来了现代物理学的诞生。1905年伟大的物理学家爱因斯坦建立了相对论,20世纪上半叶量子力学在玻尔、狄拉克、海森伯等人的努力下,也建立了起来。

相对论将经典物理学从低速范围扩大到了高速范围,量子力学则将物理学的研究从宏观领域引向微观领域。相对论和量子力学作为现代物理学的两大基石,再次深深的影响了人类的世界观。

相对论让人类看到了认知的局限性,用中国的一句俗话说“人外有人,天外有天”。而量子力学,特别是海森伯测不准原理,则直接宣告了人类认知的上限。我们不可能完全认识物质世界。

对这一点,牛顿曾说过:在科学面前,我只是一个在岸边拣石子的小孩。这并非虚伪的谦逊,实在是发自肺腑的感叹。作为科学巨匠,牛顿穷毕生之力, 终于看到了宇宙的浩瀚无际,也看到了自己的局限性。

人类认知的局限性,还有一点可以例证。就是对这个世界的“始作俑者”,科学始终没有给出明确答案。

这个世界相互作用起来的状态我们已经描述得很清晰了。比如行星运动的规律,是万有引力作用下,才呈现这样的运动状态。但是,初始状态是怎么来的呢?牛顿晚年有人问他这个问题时,他说, “有一天上帝无聊,踢了一脚,于是就这样运动了。”当然,这可能是玩笑话,或者是讹传。

但是晚年的牛顿醉心于神学的研究,却是事实。也许是苦苦寻找“始作俑者”而不得的缘故吧。

老子的思想更接近宇宙起源

对于“始作俑者”,中国的老子倒是给了回答。《道德经》第一章就说: “无,名天地之始,有,名万物之母。……此两者,同出而异名。”

老子的思想可能是最接近宇宙起源的。在《道德经》开篇,老子就说, “道可道,非常道”。在第二篇,老子又说, “有无相生”。(感兴趣的朋友,可以翻看拙文《从现代科学角度看懂“有无相生”,为老子摘掉“虚无主义”的帽子》)

前文述及德国物理学家海森伯提出的“测不准原理”,按照这一原理,当我们试图测量某个粒子,使用的测量手段就会不可避免的干扰到这个粒子的状态,使得我们的测量结果,已经跟粒子本来的真实状态产生了偏差。

列位看官,《道德经》开篇第一句所讲,与海森伯测不准原理何其一致啊!

这个世界本来什么都没有,当我们人类开始认知世界,世界的景象就开始建立起来了。王阳明先生也有类似的表述, “我不去看那花,那花与我的心一同寂寥。当我去看那花,花与我的心一同灿烂起来。”

这个世界的奇妙在于它是有规律的,更奇妙的是我们人类竟然能够认知它的规律,而最奇妙的是,人类对世界规律的认知是有上限的。

《易经》分析问题,从“像”“数”“理”入手,这个世界的“像”,我们已经描述得很清楚了。它的“数”的规律,我们也掌握了很多了。但是,当追问“理”时,我们人类还说不清楚。

“像”、“数”都有确切的答案,只要谈及“理”,却总是公说公有理婆说婆有理。当追问世界因何而来,因何而生之时,我们就无可避免的陷入到玄学,乃至神学当中。

其实,对于人类认知的局限性,《易经》早已讲过。六十四卦最后一卦,未济卦。未济卦全部爻都不正,呈现出阴阳交错的状态,意味着事物回归到新的开始状态。接下来怎么变化呢,阴阳相推而生变化,新的循环又将开始。

中国哲学的伟大之处就在于总是从系统思维着眼未来,总是从周期性变化思考未来,总是保留一份敬畏之心。看来人类最终要在古老的中国哲学中,来寻找归宿。

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