汤川秀树的科学哲学

阅读本书的绝大部分人并非正在学习或研究核物理，我们所关心的是一位伟大科学家的科学头脑。本书以后将着重介绍汤川的科学哲学和中国古代哲学对汤川秀树的影响，内容绝大部分来自汤川秀树的著作。

科学是在不断地发展的，这一事实告诉我们科学永远也不可能是完美无缺和绝对正确的。科学始于经验，并且新的经验会不断地出现在你面前。我们简单地称之为经验的东西，事实上，在它们的后面是有某种规律把它们联系在一起的。追寻并且找出这种联系，有赖于洞察力、联想及推理能力。伽利略说：科学来自经验和理性，这是正确的。

但是，要找出这种联系来，在许多情况下是非常困难的。这甚至可以说是一个规律。

人是有生命的，而且还有精神。精神是什么？古人说精神住在我们心里，现代人则认为精神存在于人的头脑里。但是，要是仔细地追问下去，没有人能够告诉你精神到底在人大脑中的哪个部位，以什么形式存在等一系列的问题。就是说现代科学关于精神这个概念仍然是无知的。某些哲学家说，精神不存在于人的大脑中，也不存在于空间中的任何地方，并且也没有形状。然而，不管怎么说，精神是与我们的身体连在一起的。因而这一回答是不能令人满意的，如果我们不知道精神为何物，又受精神的支配，那么，我们对客观世界的认识在多大程度上是可信的呢？

还有一个比精神更令人费解的概念，那就是我们相信存在着某种叫做真理的东西。对于我们来说2＋2＝4是一条不可怀疑的真理。又如一条数学定理：三角形的三个内角的和等于两个直角，这是欧几里德几何学中的一条定理。但是在非欧几里德几何学里，就存在着一条与此相反的定理即：三角形的三个内角的和不等于两个直角。这就蕴涵着同时存在许多不同逻辑体系的可能性，而这些不同的逻辑体系往往是互相矛质的。这些矛盾后面，有什么更高层次的联系呢？这是科学所面临的最基本的问题之一。

先让我们看看经验事实和定律这两个术语的概念。在实践中，尽管客体的位置、形状等特征可以在时间和空间的框架中加以精确地描绘，但是另外一些性质，例如颜色、声音、气味等，却很难作出精确的描绘。所以洛克把客体的特性分成第一性的和第二性的，分别用以指可以精确描绘的特性和难以精确描绘的特性。后来由于物理学和化学的研究不断取得进展，声音被归结为空气的震动，光被归结为以太的震动，气味和味道是由于人的感官接触到了某种物质的分子或离子。这就更加强了这样一种看法，即我们所看到的某些物理现象和化学现象，都是和广义的力学体系相联系的。从19世纪的某个时间开始，科学的进展似乎表明机械论的世界观是唯一正确的选择。到了20世纪，出现了突破。那就是相对论和量子力学的出现。把以太看成是在绝对时间和绝对空间中运动着的物质已经是不可能的了。我们必须面对四维时空及具有波粒二象性的电子和质子之类的抽象实体。

基本粒子曾经被理解为物质的最小单位。起初基本粒子的种类是很少的，那就是电子、质子和光子。现在情况完全不同了，基本粒子各类的总数已经超过了化学元素种类的数目了。19世纪末，电子首先被发现了，并被看成我们现在所说的基本粒子。与此同时又发现了放射性现象，这种随着巨大能量从原子中发射出来的异常现象，为探索物质结构提供了强有力的启示。终于在20世纪初期，人们搞清楚了原子是由电子和原子核构成的。1932年中子和正电子被发现了，实际上正电子存在早已被迪拉克所料到。于是基本粒子的世界就逐渐地显现出来。

1935年介子也登场了。这样，当时的粒子种类已经增加了很多。这种局面一直持续到40年代。当时坂田和谷川提出了双介子理论，问题立刻就出来了，为什么自然界需要两种介子？这一点在1947年得到了证实。宇宙射线在提供基本粒子的来源方面，起到了一种巨大的自然加速器的作用。1947年一种更加奇特的粒子也在宇宙射线中捕捉到了，当时称为v粒子，或新粒子。宇宙射线的实验研究证实了存在着多种粒子，这真是一种前所未有的新形势。正因为人们认为粒子是物质和能量的最基本单位，所以这么多基本粒子的出现，就向人们提出了一个新的困难的问题。

1947年以来，随着大型加速器的发展，人工制造介子已经成为可能。加速器的能量和规模不断地增大，制造v粒子和其他许多神秘的粒子也已经变成现实了。在50年代总共发现了30多种不同的粒子。而到了60年代，新一代的粒子加速器增强了各种功能，大大提高了实验结果的精确度，并因此得以发现许多寿命极短的粒子。我们搞不清楚这些粒子是否都应当被划归在基本粒子中，如果我们不加限制地把它们都纳入基本粒子，那么基本粒子的总数就会达到几百。这就会带来相当大的概念上的混乱。在这种情况下，看来，更加合理的做法就是放弃基本粒子是最基本单位的概念。最初曾认为物质不可分割的最小单位是原子，后来发现原子是由一些电子和一个原子核组成的。随着观察手段的进步，又发现原子核是由质子和中子构成的。由此可见，同样的情况也可能适用于基本粒子。

对基本粒子，分类的看法还难以统一。因此有的学者主张与其将这些粒子中的任何一种归类为基本粒子，还不如满足于认识到这些粒子显示了互相之间的可嬗变性。为了解决这一问题，汤川秀树于1942年提出了非局域场论。到了50年代或稍早些的时候，汤川秀树将这一想法整理成一篇论文，就是现在被称为非局域场的理论。

自然界的非连续性。牛顿和莱布尼兹是最早发展微分学的人，牛顿通过微分学研究运动，使他的力学理论臻于完善。在牛顿的力学里，运动是连续的，并且是能够分成任意小的段落。一个物体在一定的时间间隔里移动了一定的距离，就是该物体的运动速度。然而从20世纪开始，量子力学有了很大的发展。如果我们假设一个人在某个地方，后来他在另外一个地方，那么，我们可以断定他必然在这两个地方走过了一段连续的路程，这是确信无疑的。然而在量子力学里，能量有时从一个位置移动到另一个位置，在时间上可能是零，我们不能够说它曾经通过这两个位置中间的各个点。自然界的这种非连续性对于我们生活在普通世界中的人来说是不可思议的事。