第十一章 基本粒子
元：大也，始也，长也，气也，这是中国古人对于万物本源的理解。中国道学思想认为：“圣人以阴阳一统天地，有形者生于无形”。这个“无形”即是万物皆始于“元”。
自然界的物体，大到日月星辰，小到灰尘微生物，究竟是由什么组成的，从哪里来的？古今中外一直是人们关注的焦点。早在西周初年，中国古人便提出万物由“金、木、水、火、土”五种运动程式组成，这就是“五行说”。又有古人认为水是万物之本原，被称为“水成说”。也有古人认定是某种抽象的东西演变出具体的自然事物，这就是“元气说”。元气说一直是中国古代最重要的关于物质结构的思想，正如原子说一直是欧洲人最重要的物质结构思想一样。
“元气”是中国古代的哲学概念，指产生和构成天地万物的原始物质。据《说文解字》对“元”的解释：“元”通“原”,“始也”，指天地万物之本原（如图38）。在中国古代哲学史上，元气学说是人们认识自然的世界观，其产生可追溯至老子之“道”学思想，基本形成于战国时期宋钘、尹文的“心气说”（即“气--元论”)，发展于东汉末年王充的“元气自然论”及北宋张载所倡之“元气本体论”。
元气学说以元气作为构成世界的基本物质，以元气的运动变化来解释宇宙万物的生成、发展、变化、消亡等现象。这种哲学思想在中国古代哲学史上占有极重要的地位，并对自然科学的发展产生了深刻的影响。元气学说作为一种自然观，是对整个物质世界的总体认识。因为人的生命活动也是物质运动的一种形态，故元气学说在对天地万物的生成和各种自然现象作解释的同时，还对人类生命的起源以及有关生理现象提出了见解。中国古人基于元气学说对人类生命的认识即是“元气论”。元气论对中医学、气功学理论体系的形成和发展，都产生了极大的促进作用。
图35-1的符号描述了“口”里面的“·”或“-”即是万物的本源，“日”即是宇宙诞生的母体（详见第一章）；图35-2的符号描述了下半部分的“卩”来源于最上方的“·”或“-”，即“实物”起源于“元”；图35-3会意了“气”来自于位于哪些“点”最上方的那个“·”；图35-4会意了“气”无形，与微小的物质“米”或“·”相关。
“元”可视作组成某一个层次空间的基本粒子。这些基本粒子可以理解为无形的，但也可以理解为有形的，有形与无形是相对于空间层次而言的。由这些基本粒子组成的系统成为一个空间，而在这些基本粒子之内则为另一个世界（空间）。而每一个空间由其内部起主导作用的粒子和场所定义。在我们人类所生存的宇宙空间内，我们可以把由万有引力场所作用的范围视为一个空间，把化学意义上的物质最小单位 -- 原子视为基本粒子，把宇宙视为一个系统，这就是道学所述“气、形、质”的含义，也是“一、二、三和万物”一个具体实例。相对地我们也可以把分子、星球、太阳系、银河系视为基本粒子。
如果我们不去相对地认知基本粒子，那必将陷入粒子大小无穷无尽的深渊，如果我们不把空间以层次来划分，那也必将陷入维度之困惑。所谓粒子本质上就是一个系统，一个空间；所谓维度实质上是某一周期系统内时间和空间的总和；所谓“大”实质是空间之“突破”，所谓“小”实质是空间之“基本”，大小的本意是极限。
前面我们已经提到了《列子·汤问篇》的表述：“无则无极，有则有尽，朕何以知之？然无极之外复无极，无尽之中复无尽。无极复无无极，无尽复无无尽，朕以是知其无极无尽也，而不知其有极有尽也”。这里描述了“太极”是多层次且无穷无尽的，也是在阐述空间和粒子的无极无尽。
原子（atom）是一个物理概念，科学家把原子定义为：化学反应不可再分的基本微粒。原子由原子核和绕核运动的电子云组成。在人类所生存的空间里原子可视为构成物质的最小单位，也称为元素。已知的元素有118种，如氢、铁、金等等，这些都是组成世界万物的基本元素。元素的种类和性质取决于原子核内质子和中子的数量。原子直径的数量级大约是10的 -10次幂米。原子的质量极小，一般为10的 -27次幂千克。原子的质量主要集中在质子和中子上。原子核外分布着电子，电子跃迁产生光谱，电子决定了一个元素的化学性质，并且对原子的磁性以及原子进而组成分子有着很大的影响。
根据质子和中子数量的不同，原子的类型也不同，质子数决定了原子属于哪一种元素，而中子数则确定了原子是此元素的哪一个同位素。质子数（Proton number）就是质子的数量，质子数=原子核电荷数=原子核外电子数=原子序数；质子数+中子数≈相对原子质量。不同数量的质子、中子组成了不同的元素。
以氢原子为例：氢元素的原子含有一个正价的质子与一个负价的电子，他们被库仑定律束缚于原子内。一个水分子包含了一个氧原子和两个氢原子，一滴水中就有2万亿亿个水分子，这其中包含了4万亿亿个氢原子，可见氢原子有多么微小。如果把氢原子的大小比作一个地球的体积，处于外围的电子就只有一个足球那么大，处于中心位置的质子的体积大约也只有直径为150米左右的球体那么大，两者之外的部分基本都是“虚无”的空间。但氢原子是稳固的，就像宇宙是稳固的一样。我们没有必要担心那些电子会无缘无故地逃逸，就像没有必要担心地球会逃离太阳系一样，组成这些空间的场严格界定了空间的层次，使不同层次的空间井水不犯河水。
其实电子和质子的直径长度也并非是物理学中最小的单位，物理学概念上最短的距离是普朗克长度。截止到目前，量子力学认为人类所生存的宇宙空间中的物质小到这个幅度上就不可分割了，因此普朗克长度也被认为是宇宙最小长度单位。普朗克长度指的是光子在一个普朗克时间中走过的距离，大致为1.6乘以10的-35次方米，或者一个质子直径的10的22次方分之一，它是一个相对于人类的感知来说小到难以置信的数字。
我们可以直观地比较一下：如果我们把一个普朗克长度看作一个身高1.8米的人的高度，那么一个质子的直径的长度要比银河系的16万光年直径还大很多。而氢原子的直径又比质子大了约10万倍，相对于这个1.8米高的人来说，氢原子的直径就堪比可观测宇宙的直径了。相对于量子物理学中认为的宇宙中物质的最小体积单位，氢原子简直就如同一个宇宙。显而易见，决定“氢原子”这个宇宙空间的场肯定不是万有引力场。
原子构成分子，而分子组成的物质中同种电荷相互排斥，不同种电荷相互吸引。原子是稳固的，同样分子也是稳固的，要想破坏这些稳固的结构，必须拥有远远超过相对于本层次空间而言的超能量。原子被定义为：在化学反应中不可分割的最小单元，这恰恰说明了这一空间的跃迁需要不一般的能量，也为这个层次的空间划分了极限和边界。场是传递能量和力的介质，场也是形成基本粒子的原材料，基本粒子就是被封闭固化的场。
【元】“兀”如图38-1除去最上面的“·”或“横”，辞海的解释是：①高耸特出貌；②浑然无知貌；③静止貌；④犹还。符号会意：来源于基本元素并在法则下存在的事物。但由于没有上方的“点”或小横线“-”，“兀”是在重点会意：失去了本元的“指引”而处于静止状态。而“元”符号则重点会意“兀”来源于上面的那个“点”或小横线“-”，那里才是“元”。
【原】如图38-2符号如今写作“原”，古代通“元”。位于符号正中间的“·”即是“原”或“元”，位于“·”下面的多个“、”则代表“气”。符号会意了“元”和“气”之间的关系，即“气”来源于“元”。位于符号外围的“框”会意了“元”的某种封闭特性，描绘了空间尚未突破。可见，甲骨文符号所会意的“元”是一个“·”，它没有结构，没有形状，也没有质量，而对于“形”和“质”，甲骨文则描述出了“结构”等多种因素。
【素】“幺”如图38-4，辞海解释是：①幼小，排行最末的；②微小。“幺”符号用两个相接的“宇宙单元”也即“元”会意：“幺”是一个微小的结构系统。“素”（如图38-3），辞海解释是：①白色生绢；②质朴，本色的；③根本；④构成事物的基本成分等。甲骨文“素”符号描绘了微小的结构单元以及这些结构两端萌发的“键”和作为成熟的结构所呈现出的特性，并在符号两侧会意了能量的存在。由此，“素”符号会意：含有基本结构的微小系统，含有能量并具有物理特性。
【系】系统之“系”，体系之“系”。如图38-5的符号会意：“系”由多个“素”关联而成。在第五章里，我们对“系统论”已经有了初步的了解。一些思想家和未来学家对系统的概念描述还包括了：系统是一个动态和复杂的整体，是相互作用的结构和功能的单位；系统是能量、物质、信息流不同要素所构成的；系统往往由寻求平衡的实体构成，并显示出震荡、混沌或指数行为；一个整体系统是任何相互依存的集或群暂时的互动部分。系统是普遍存在的，从基本粒子到河外星系，从人类社会到人的思维，从无机界到有机界，从自然科学到社会科学，系统无所不在。
与不同的质子数量和结构组成的原子核成为不同的元素一样，不同的氨基酸数量和结构则组成了不同的蛋白质，进而成为有机系统。
氨基酸为构成蛋白质的小分子。氨基酸是含有碱性氨基和酸性羧基的有机化合物，化学式是RCHNH2COOH。羧酸碳原子上的氢原子被氨基取代后形成的化合物。氨基酸分子中含有氨基和羧基两种官能团。与羟基酸类似，氨基酸可按照氨基连在碳链上的不同位置而分为α-，β-，γ-，w-...氨基酸，但经蛋白质水解后得到的氨基酸都是α-氨基酸，而且仅有二十二种，包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸等等，它们是构成蛋白质的基本单位。这些蛋白质则进一步组成人体的各个器官和组织，具有了各自的功能，完成各自的使命，就像是哪些原子组成了分子并进而成为各种无机物系统一样。
以上我们以原子、氨基酸为例，描绘了基本粒子之外的空间，包括有机体空间。同样我们可以把原子核内部的世界视为一个空间，这个空间是由强作用力场的主导作用所定义的，在这样的空间里组成强子的夸克则是组成空间的基本的粒子。
夸克（英语：quark）是一种参与强相互作用的基本粒子。夸克互相结合，形成一种复合粒子叫作强子。强子中最稳定的是质子和中子，它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象，夸克不能够直接被观测到或是被分离出来，只能够在强子里面找到。迄今为止，夸克仍然是一种推测，人类不曾看到单独存在的夸克，夸克似乎总是老老实实地存在于它本该存在的空间之内。
基于夸克的理论认为（科学界对于质子、中子等强子内部的世界具有争议，但在空间层次上是一致的）：质子由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在强相互作用下构成。中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。胶子则是传递夸克(Quark)之间强相互作用的粒子。与带电粒子间的电磁相互作用是通过交换光子而实现的进行类比，具有色荷的夸克之间的强相互作用是通过交换胶子而实现的，所不同的是，光子不带电荷，光子本身不能放出或吸收光子；胶子具有色荷，胶子之间也有强相互作用，胶子本身可放出或吸收胶子。
由此我们看出了带电粒子之间的作用和原子核内部夸克之间的作用的相似性：带电粒子之间的作用交换光子，而夸克之间的作用交换胶子，且光子和胶子类别和功能接近，胶子就像是另一个空间里的光子。由于我们人类生活在原子之外的空间，我们的眼睛可以感觉到光子，却无法感觉到在原子核内部且不能独立存在于质子外部的胶子。这一定程度地说明了空间的层次特性。或许我们已经接近了人类所生存的空间的“小”的极限，但与此同时还不知道“大”在哪里。
【米】如图36-1的甲骨文符号如今写作“米”。“米”在中文辞海之中有“喻极少或极小的量”的意思。从符号结构上看“点”和“线”成对称分布，符号会意了组成物质的极小单元的结构，这些描述就像是在给原子核中质子、中子和夸克、胶子画像。
【贝】如图36-3的甲骨文符号如今写作“贝”。“贝”符号提示我们，“贝”里面具有完善的“微观结构”，尤其是左边的符号，像是一个“原子核”。符号会意出了这个结构的稳固性质，其中第四个符号以最下面的两个“、”支撑起了上面的结构，似乎在会意“具有质量”。
空间就像是像浮出海面的小岛,从空中看来是个小岛,但从深海底来看,却是连接地球的巨山，并或许如此无穷无尽，循环往复。自远古以来人们就在探讨物质有没有共同的基本单元。19世纪末，人们仍认为这种共同的单元就是原子；直到1896年放射性被发现和 1897年电子被发现之后，人类对物质构成的认识才前进了一大步。1932年中子的发现，使人们认识到各种原子都是由电子、质子和中子组成的。当时人们把这三种粒子和光子称为基本粒子，20世纪40年代以来，研究它们的性质和运动规律，逐渐发展成为物理科学中的一门独立学科——粒子物理学。
1973年三位物理学家用数学模型解释了夸克的“渐近自由”现象。这三位诺贝尔奖获奖者提出的理论认为，强作用力会随夸克彼此间距离的增加而增大，因此没有夸克可以从原子核中向外迁移获得真正的自由。这些夸克会永久地被结合在一起，因此不可能找到单个的夸克。同样根据“渐近自由”理论，强作用力会随夸克间距离变小而减弱，这就意味着约束在质子等内部的夸克，在彼此距离足够小时，将近乎自由地进行运动。他们的这个发现与人类感知常识的相互吸引力是完全相反的。这说明“夸克”的空间是有极限的，是不可以突破的，就像是“光速”不可以突破一样，就像是物质越接近光速其运动质量越接近无穷大一样。不排除夸克领域的“渐近自由”和“夸克禁闭”现象实质上与人类生存空间的极限 -- “极大”、“极小”是同理的，只不过是观测上好像有什么不同。
当人们打开物质（空间）的每一个层次的时候，都有很大的能量应用价值。例如从分子到原子，从原子到原子核。人类显然对打开分子所得到的化学能量（石油、煤炭、天然气等）不够满意，认为打开原子核所释放的核能更具有诱惑力。如今人类已经成功开发利用了核裂变之能，并且正在加紧研究可控核聚变，想制造出另一个“太阳”。不仅如此，粒子物理学家们还在想：假如人类能够看到这些自由夸克，人类就可以合理地利用夸克里面的强作用能，或许那个能量比核能还要大得多……。如果有一天人类能够充分认识基本粒子及相互的作用力并掌握和利用“粒子能”，那么人类更是了得，穿越了几个空间层次。
粒子物理学家们还认为，利用粒子物理还可以进行令人神往的宇宙学的研究，探寻宇宙早期的演化。宇宙刚刚形成的瞬间，只是以基本粒子状态存在，研究夸克等基本粒子，将可以帮助科学家回溯宇宙的初始阶段，从而了解宇宙由过去到现在的演化历程。
运动产生质量，质量或许来自根本就无所谓质量的“结构单元”的运动，来自某种“虚拟”。人类所感知、观测到的基本粒子的质量或许恰恰来源于基本粒子内部要素的运动和转化，这种粒子内部的运动使处于外部的人类认为这些粒子好像“很重”。处于运动之中的空间单元是能量也是质量，是“无形”也是“有形”，甲骨文“行”、“质”、“能”、“风”等很多符号均会意了运动与质量和能量之间的关系。
【质】如图8-1的甲骨文符号如今的汉字写作“质”。在辞海中的意思主要有：①质地；②性质、本质；③作为保证的人或物。这样的解释不能令人满意，因为实在是用“质”解释“质”，只是让人感觉到“质”里面确实有一些实在的成分存在。那么到底是什么组成了“质”呢？
仔细对比如图8-1的三个符号，我们发现它们都包含如图8-2的“贝”符号（详见图36对“贝”符号的解释）。图8-1的第一和第三个符号包含如图8-3的符号，这个符号如今写作“彳”，是汉字偏旁，表示“运动”，图形也隐含着“气”的属性，也即信息属性。图8-1的三个符号上方都含有代表能量的符号。由此可以得出如下的结论，甲骨文“质”符号会意：“质”含有结构、运动、能量和信息，“质”是这些属性之间相互转化的结果。（甲骨文对于“能”和“风”参见第六章图28）
质量（物理名词）从何而来？当今科学界有一种解释认为，物质的本质是单位空间的运动。单位空间的运动产生质量，质量和能量之间的转换关系是爱因斯坦著名的：E=mc²，m=E/c²。物质的本质是没有质量的空间（如量子）接近光速的运动。世界是由物质构成的，物质通常是有结构的，物质结构在层次上具有基本单元。超弦/M理论和圈量子引力从不同的侧面，对量子引力的本质和规律作出了一定的揭示，它们在普朗克长度（10^-33厘米）领域一致地得出了空间量子化和物质微观结构基本单元存在的结论。
这实际上是在说：物质就是空间，而空间是不连续的，是单元化的，是一个一个的微小单元链接而成。空间不“空”，实物不“实”，“有形者生于无形”，这恰恰是道学的基本观点淋漓尽致的体现。
事实上我们可以把任何一个具有特定结构和功能的系统视作一个空间，而每一个空间由其内部起主导作用的粒子和场所定义。这就是说所有的物质，包括意识领域的很多结构，不论它存在于哪一个层次空间，均是由实物和场所组成的。
“物质”一直在争论中保持着存在。人类在不同阶段对于“物质”有不同的理解。近代科学界认为，物质为构成宇宙间一切物体的实物和场。例如空气和水，岩石和土壤、食物和棉麻，煤炭和石油，各种金属以及人工合成的各种纤维、塑料等等，都是物质。人体本身也是物质。除这些实物之外，引力场、电磁场等也是物质，它们是以场的形式出现的物质。
“场”是指某种空间区域，其中具有一定性质的物体能对与之“不相接触”的类似物体施加一种力。例如，一个有质量的物体由于引力场的作用能对所有其他有质量的物体产生引力。同样，一个带电物体对其他带电物体施加一种力（吸引力或排斥力）等等。
【物】如图5-1的符号现在写作“物”,读音为[wù]。在中文辞海中的解释主要有：①事物；②内容、实质；③泛指颜色；④中国古代哲学概念。
图5-1的“物”符号分上下或左右两个部分。上或左的部分是如图5-2的甲骨文符号，现在的汉字里写作“勿”，读音与“物”相同，是“否定”的意思。那个弯曲且带有分叉的线条代表具有结构的实物，而那些分散且方向一致的“丿”则代表“场”。这个符号重点会意的不是那个“弯曲的线条”，而是在会意那些“丿”；而图5-1中下或右的部分“牛”在甲骨文里代表一个已经具有“系统特性”的、具有成熟结构的实物。如此我们可以诠释甲骨文“物”符号在向我们会意：物是由实物和场组成，并且已经具有成熟的结构。
实物之“实”在于结构，在于空间。在一些对甲骨文的解释当中，完全从“象形”的角度出发，活生生地把“物”符号上半部分解读为“带血的刀”，下半部分读为“牛”，而把“物”符号解释成“刀杀牛”。但似乎“刀杀牛”怎么也跟“物”扯不上关系。
物包含实物和场。四千多年以前中国远古时代的人们就已经认识到了这一点。而就在两百多年以前，当世的人类仍然对此一无所知。按照这样的描述，大到宇宙，小到基本粒子，微到基本粒子内部世界，凡事具有空间结构的存在均是物，而跟人类是否能够感知得到无关。这便是道学哲学宏观与微观的统一。远古时代人们并没有任何数学、物理、化学理论体系和显微镜等实验设备支持，理智一点的推测，应是闭上了眼睛感觉到的，“不理智”的推测，莫非他们受到了某种“智慧”的指引！
在道学看来，物是没有大小的。汉字“大”的本意并不意味着宇宙即是大，“人”是万物的老大，这样的理解严重不符合道学思想，也严重脱离了甲骨文的本意。如图37-1的甲骨文符号所示，“大”的本意是空间层次的突破（如图37-1的第一个符号），是空间之上的空间（如图37-1的第二至第五个符号）。同样，如图37-2所描述的，汉字“小”也并非在描述“看不见”的颗粒为小，而是在描述组成某一层次空间的基本粒子的结构。图37-3的甲骨文符号如今写作“微”，即微观、微小，符号描绘了比“小”还小的粒子内部结构、能量和运动等要素，会意了在空间的底层进行的这些要素之间的转换。
宇宙的总质量是多少？这或许即将成为一个类似脑筋急转弯的问题。在宇宙这个“庐山”的内部看，以人类的视角看，似乎“重”得不得了，但如果在“庐山”的外部看，以“神”的视角看，或许接近于“零”，因为宇宙其实只是一个普通得不能再普通的基本粒子，它的质量要看它作为基本粒子是如何运动和转化的。
单渔泉 2021年02月03日
于中国·成都·青城山
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