从物质微观结构浅谈哲学与自然科学相互联系

马双忱，周权

（华北电力大学环境科学与工程系，河北保定 071003）

摘要：哲学与自然科学在研究世界起源的问题上，具有对立而统一的认识。在微观世界的探究中自然科学的解释与哲学意识层面的解释也可以相互补充。哲学的方法论同样指导自然科学的探索。将哲学中意识的含义广义化，从宇宙意识角度阐述出自然科学发展的必要性和哲学意义。本文从物质的微观结构出发，尝试探究哲学与自然科学的统一性和同源性。论文对理解科学与哲学发展的相互促进和转化有一定价值。

关键词：哲学；自然科学；微观结构；世界起源；

1 引言

自人类原始文明诞生伊始，哲学和科学是浑然一体的，研究对象也是不分家的，其作为一种指导人类生产、生活、探索的学科便已经诞生。随着历史的演化，哲学和科学逐步分化，成为研究思维及其规律的学科，重点研究本体论、认识论和逻辑论。哲学经历了非常多种的发展模式，形成不同的哲学思想流派。哲学象征着一类人对于某些终极问题的思考和理解，以及对于世界运行的规律的认识。而自然科学，正是从哲学中逐渐分化出来的，自然科学是关于自然界各种物质运动形式的本质和运动规律的理论知识体系^[1]。哲学和科学看似不相同的两条道路，在分析和解释某些问题时，具有互补性和统一性^[2]。

这一演化在古希腊时期十分明显。对于古希腊时期的朴素唯物主义哲学思想，其哲学的一般表述也具有某种科学的性质。恩格斯说过:“在希腊哲学的多种多样的形式中, 差不多可以找到以后各种观点的胚胎、萌芽。因此, 如果理论自然科学想要追溯自己今天一般原理发生和发展的历史, 它也不得不回到希腊人那里去。”现代科学的前身就是古希腊的自然哲学，之后相当长时间内，科学家都把自己的工作看作是自然哲学的一部分。

牛顿的伟大著作命名为《自然哲学之数学原理》；拉马克的《动物学哲学》包含了进化思想的萌芽；道尔顿在其《化学哲学新体系》中奠定了现代化学的基础。古希腊哲学家对浩渺星空的好奇和惊异、对宇宙本质问题的痴迷和热情、对思想穷根究底的辩驳和拷问、对逻辑与理性的推崇和赞赏，为现代科学传统注入了最深层的精神内核。

自然科学发展至今，分类愈来愈细，门类愈来愈全面，但究其根源，仍然是在研究哲学中世界本源和运行规律。故哲学思想对于自然科学的探索、科研活动仍有指导作用。

正如中国科学院院长白春礼所说，“从科学发展的动力来看，哲学往往是革命性科学思想的助产士。科学研究不只是观察、实验和计算，而且还需要一整套概念和思想的支撑^[3]。”已有的科学概念和思想，既是一段时期内科学进步的探照灯，又构成了对这一时期科学家的约束和限制。按照许多科学史家的看法，科学的发展是常规科学和科学革命交替的过程。在常规科学阶段，科学家主要是在既有的范式下解决各种问题，他们的工作似乎与哲学没有太大的关系。但在科学革命阶段，科学共同体需要建立新的范式，需要用新的概念之网来重新整理科学事实。而科学概念和思想的变革，有赖于科学家完成思维上的自我超越，这时候必然会涉及到哲学上的争论，必然会在哲学思想中寻求灵感。以牛顿力学的建立为代表的第一次科学革命，以相对论、量子力学为标志的第二次科学革命，都为新的哲学思想发展起到催化作用^[4]。

2 哲学关于世界起源的观点

哲学是关于世界观和方法论的理论体系，世界观是关于世界的本质、发展的根本规律、人的思维与存在的根本关系等普遍基本问题的总体认识，方法论是人类根据世界观形成的认识世界的方法。而哲学的流派有很多，对于世界的起源，不同的哲学流派具有不同的观点^[5]。

2.1唯物与唯心的观点

古希腊时期的朴素唯物主义人们对于世界的起源和发展的认识，不能像现在这样有一种抽象的普遍的概念性的认识，它只能局限在对于具体事物的认识上面。比如，对于世界本原问题的理解，就不可能产生像物质概念或意识概念这样的认识，只能是对具体事物的认识，如火、水、原子、空气等。古希腊哲学家赫拉克利特就认为，世界的本原是火，是一团按规律燃烧着，按规律熄灭着的永恒的活火^[6]。古希腊哲学家德谟克利特也认为，世界的本原是原子，这种原子是由不可分的物质粒子构成的，这些原子的结合形成物体，它们的分裂则使物体灭亡，世界就是这样不断的产生和消亡的。因此，他认为世界不是“神”创造的，而是按照必然性规律自然产生和消亡的。还有人观察到自然界万物的生长都离不开水，就认为世界的本原是水^[7]。还有人认为是空气。这些观点都是古代朴素的唯物主义观点。

与朴素的唯物主义同步发展的还有一种哲学观点，那就是古代朴素的唯心主义观点。唯心主义又分为主观唯心主义和客观唯心主义两种形态。这些唯心主义的宇宙观与唯物主义的宇宙观有着本质的区别。它们不是从具体有形的事物本身去寻找答案，而是夸大人们的思维现象、主观意志、感觉及事物的概念等。比如,古希腊哲学家柏拉图认为，理念世界是第一性的，而可感觉的实物世界是第二性的和从生的。在柏拉图看来，实物只是理念的影子，世界上的一切事物都是由理念产生出来的，也就是说，在世界产生之前有一个早已存在的理念世界，这种观点是客观唯心主义的观点^[8]。

还有一种主观唯心主义的观点，就是夸大人类的思维和人类的感觉，把人类的精神，主观意志夸大为唯一的实在，认为世界现象都是“我”的感觉的产物。比如，英国著名的哲学家贝克莱的“存在就是被感知”，还有我国明代哲学家王阳明的“心外无物”，都是主观唯心主义的观点^[8]。

2.2佛儒道的观点

2.2.1佛教

佛学讲：色即是空，空即是色；万法皆空，因果不空。佛学中的色是指一切能见到或不能见到的事物现象，而这些现象是人们虚妄产生的幻觉。空，是产生现象的多种因素和缘由，是事物的本质。组成物质的基本粒子是原子、中微子、夸克等，这些基本粒子最后就是一种能量，即所谓的空，由此可见这里的空是类似于光子般的电磁能量，不是肉眼所能看到的物质和现象，但由空可演变为物质（所谓的色），这其实已被爱因斯坦的质能方程(E＝mc²)所证实。进一步说，就是物质(色)是由原子组成的，原子中有原子核和电子，原子核中又有质子和中子。质子和中子又可以打破而变成能量(空)。这充分阐明了物质现象和虚空或者和空性之间，是不依不异的，现象是万法之相，空性才是万法之性。

2.2.2儒家

在中国，我国宋代的哲学家朱熹为代表的程朱理学，其将儒家的人文道德理念，构建成系统的思想和信仰体系，他们认为“理在事先”，即在万物产生之前“理”就存在了。而世界上所有的事物都是由“理”派生出来的，并把这个最根本的“理”称作“太极”，认为“太极”是世界万物最初的根源[9]。朱熹说：“物物有一太极，人人有一太极。”照他的说法，是先有世界的概念，然后再有世界。朱熹的这种观点同柏拉图的“理念”是一样的，都是客观唯心主义的哲学观点。

2.2.3道教

道德经有言：道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴而抱阳，冲炁（qi）以为和。道也可理解为类似光子般的存在，道是独一无二的，道本身包含阴阳二气（在光子波粒二象性中，波为阳，粒子为阴；阳化气，阴为形；），阴阳二气相交而形成一种适匀的状态（原子结构），万物在这种状态中产生。万物背阴而向阳，并且在阴阳二气的互相激荡而成新的和谐体（物质）。

道学讲：道炁长存；一炁化三清；紫阳真人言:道自虚无生一炁，便从一炁产阴阳，阴阳再合生三体，三体重生万物。

道学所说“炁”，是介于阴阳之间的物质，无所谓阴，也无所谓阳，也就是阴阳未开的原始混沌状态，是宇宙最原始的能量。表现为：浑浑沦沦、无形无象，极其纯粹、精微而神妙，其隐显莫测、变幻无穷，至大至刚、至微至柔，是生宇宙、生天地、生人、生万事万物之基本的物质本原。炁与物质微粒中微子的特性比较接近，中微子是组成自然界的最基本粒子之一，中微子不带电，质量非常轻(有的小于电子的百万分之一)，以接近光速运动，与其他物质的相互作用十分微弱，是宇宙中的暗物质，正符合炁的表现。

3 现代科学关于世界起源的观点

从现代科学体系而言，唯心主义的观点是无法从科学角度证明的。现代科学关于宇宙起源的主要理论是宇宙大爆炸理论，即宇宙在137亿年前由一个质量无穷大、体积无限小的“奇点”爆炸而来。爆炸之后宇宙空间快速膨胀并冷却，物质从能量中形成，并且逐渐演化为现在看到的宇宙万物。

1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特（Georges Lemaître）首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。另外，宇宙背景微波辐射的发现，也成为大爆炸理论的证明之一。

除了大爆炸理论，膜理论也对宇宙诞生做出了阐述，标准的宇宙大爆炸模型显示，宇宙爆发自一个密度无穷大的奇点。但是不了解是什么触发了这场爆发：已知的物理定律不能适用。对于大部分宇宙学家而言，有关一致性最合理的解释是，在宇宙形成后不久，一些未知的能量形式使年轻的宇宙以超过光的速度膨胀。在这个模型中，三维宇宙是一张膜，漂浮在具有四个空间维度的“体宇宙”之上。电影《星际穿越》里即展示了基于广义相对论在黑洞内构建了一个四维空间。

如果体宇宙包含有其自身的四维恒星，那么其中的一些恒星会塌缩，最终形成四维黑洞。这些四维恒星会像超新星一样爆发，而它们的内层则塌缩为一个黑洞^[3]。

在宇宙中，一个黑洞被一个名为视界的球面联系起来。鉴于普通的三维空间需要一个两维的物体（一个表面）来创建一个黑洞内部的边界，那么在体宇宙中，四维黑洞的视界应该是一个三维物体——一种被称为超球面的形状。三维宇宙可能就是这样一个膜，而膜的生长被认为是宇宙的膨胀。

由于四维体宇宙可能在过去已经存在了无限长的时间，因此它有足够的机会使不同区域的四维体宇宙达到一种平衡，膜宇宙学是一个物理学上超弦理论和M理论的分支，专门研究宇宙膜，该理论认为宇宙其实是镶在一些更高维度的膜上。该学科同时研究那些更高维度的膜是怎样影响着我们的宇宙。

4 现代测试技术对微观世界的发现

现代物理学的观点，原本构成物质最小单位就是原子。原子的本意就是不可分割者，过去科学家们以原子作为最终的质点，随着科学的进步，发现原子并不是最终的质点，里边还包括原子核、电子，原子核里面还有质子、中子，20世纪以来，科学进一步发现轻子、光子、夸克和传播子（即传递力的粒子）。原子核以下的次原子根本就不是物质，只是能量。见图1。

近代科学中，随着测试技术的发展，一些特殊的现象被科学家发现，这对在当时被视为“完备的”牛顿经典物理体系是一个巨大的挑战。在近代物理的天空里，两朵乌云显现出来，其中之一就是研究微观世界的量子力学。在普朗克在研究黑体辐射问题时提出能量是分立的、一份份的后，量子力学快速发展，事实证明，微观粒子表现出与经典力学预测模型大相径庭。也引发了很多的争论^[11]。

比如在近代科学中，光的粒子性和波动性的争论持续了几百年。古希腊时代人们总是倾向与把光看成一种非常细小的粒子流，这是光粒子性的最早描述。而中世纪之后，在笛卡尔在其《方法论》的三个附录之一《折光学》中率先提出一种可能：光是一种压力，在媒质内传播。随后意大利数学教授格里马第实验发现光在投影过程中的衍射现象，便提出了最早的光波动说。随后的几百年内，无数科学家、宗教信徒爆发了激烈的争论，期间爆发了三次“波粒战争”，几番角逐，两家平分秋色。随着量子力学和相对论的发展，最终经过多次论证，证明光是粒子性和波动性的叠加，对于粒子性观测，即坍缩为粒子性质的体现，反之即是波动性质的体现。再之后德布罗意提出的物质波在电子的衍射中被证实，物质的波粒二象性就深入人心了。在论战最初，看似完全不相容的对立状态，在几百年后被证明是统一的，这在哲学中恰好与辩证唯物主义中矛盾的对立统一原理类似，也与我国传统哲学之一的道家思想中“阴阳”的概念类似。并不是说科学家们因为深谙哲学之道才提出波粒二象性，而是证明科学上的发展与哲学思想之间是相互印证。这对于科研工作者在探索过程具有积极的意义^[12]。

图1原子结构示意图

5科学微观世界的发现与传统哲学的契合

道教中说：“名可名，非常名”。不是不能说，但不是一般地说，一般人也无法理解，所以老子干脆不解释了，一句“天下万物生于有，有生于无。无名天地之始，有名万物之母。”直接带过。“无”就是指极微尘状态，“有”就是指极微尘聚集形成万物的状态。这个“无”实际就是佛家所谓的“空”，“有”就是佛家所谓的“色”。由于“无”和“有”本身就是一体，本身就是极微尘的不同存在形式，所以佛家日“色不异空，空不异色”。物质的本体越往深处寻找就越找不到，最终到达无中无边的空性境界。就像万里无云的晴朗天空，没有天地万物、喜乐悲苦，这就是佛教中的空性。

而佛教中《楞严经》第三卷里面有过这样的一段关于微观世界的记载：佛陀对阿难说，汝观地性，粗为大地，细为微尘，至邻虚尘。析彼极微色边际相，七分所成。更析邻虚，即是空性。阿难，若此邻虚，析成虚空。当知虚空，出生色相。在这段经文中佛陀告诉我们，把物质一层一层的分解，拆到最后也就是分解成了邻虚尘，就是极微，极微如果再分，就是空性。佛陀最后告诉阿难说，当知虚空出生色相，虚空可以生出色相，就是说虚空中可以产生物质。因此这个虚空，不是一无所有的完空，而是能够生起妙有的真空。结合出生色相的概念，我们就能理解，非有之又称为妙有，非空之空称为真空^[13]。

6哲学与科学关于世界起源的推演

不仅如此，哲学亦是自然科学的最终归途，即回答唯物主义哲学上的最终问题：如何更好的认识宇宙世界、并解决关于宇宙的问题。如何更好的认识人类社会、并解决关于人类的问题。如何更好的认识自我人生、并解决关于人生的问题。和唯心主义哲学的三个终极问题：我是谁？我从哪里来？我要到哪里去？

哲学与科学本质上是从两条不同的路径出发来研究人类社会的终极问题。科学研究的是物质，科学研究的基本方法就是假设客观世界和主观世界、也就是物质和意识必须要截然分开。哲学则是从人的角度出发，最具代表性的，正是佛家思想。佛学研究的东西是意识，佛学反而认为主观和客观、物质和意识不能分开，就是“心物一元”的道理。对于目前自然科学中发现某些难以知其所以然的问题，在结合意识讨论，可能是可以说的通的。比如量子力学中的量子纠缠问题，这种鬼魅的超距作用，一直困扰着人们。另外像量子态的叠加原理和波函数的坍缩，本身在客观上很难解释，但若将测量视为观察者的主观意识，则会有另一种角度。在量子物理中，这种没有确定的状态，一被观测，也就是人的意识一参与，基本粒子的波函数就开始坍缩了，电子就会出现在个确定的位置，就出现某种客观实在，所以客观实在产生于意识参与的测量。在量子力学中，物质是由测量而产生的，而起心动念的实质我们也可以把它叫做一种测量。起心动念的时候意识本身就不再自由了，它突然就坍缩到个具体的概念之上了。这就是科学与佛学的比较。作这个比较的主要目的是想让大家理解，为什么现在我们要开始把意识现象当作是一种量子力学现象来看待了。把意识当作量子力学现象看待，这个时候的意识就是量子意识，量子意识是现在科学发展的一个新的前沿，已经有很多人在研究它。

每一个人类个体或是有思维、意识的生命不仅物质上是宇宙的一部分，思维亦是宇宙的一部分。类似于人脑中，单个脑细胞构成了整个大脑，脑细胞的生物活动，使得人类存在思维。不同的是在于，脑细胞作为人脑的单体不存在主体意识，而人类个体作为宇宙的单体是存在主体意识的。人类对于自然科学的探索，即是宇宙的无数单体意识对于自身的探索，也就是宇宙了解自身的过程。而宇宙之内存在着很多具有单体意识的生命种群，但并非所有的生命种群都具有探索宇宙规律的能力。迄今为止，尚未发现除人类以外的生物具有探索宇宙规律的能力，那么其他生命的意义在于什么呢？类似于达尔文的自然选择，在一个物种诞生、成长的若干时间内，会有一系列随机、偶然的“灾难”，倘若没有对于灾难的规律具有很好的认识，很可能被灭绝。最典型的例子是恐龙，从三叠纪到白垩纪晚期，恐龙是地球上最强势的物种。但大多数恐龙的进化路线，偏向于进化自己的身体，其智力的发展比较缓慢。根据现有假说，在白垩纪晚期出现了某种严重的自然气候变化，比如小行星撞击，恐龙没有应对这样环境突变的能力，随即从地球上销声匿迹。

虽然对于人类存在至今尚未遇到这类的剧烈的环境变化事件，但并不能保证以后不会发生。对于当今正在发生的全球气候变化，就有可能是环境剧变的前兆，人类若不能对于宇宙、自然的规律有足够的认识，科技实力将不能支持人类度过危机，那么人类也会被宇宙所淘汰。

图2哲学与科学的关系示意图

7讨论

总之，关于量子意识理论的实验仍正在进行之中，目前还很难下结论。但是毫无疑问，物理学已经从任何事物都是“如露亦如电，应作如是观”这个方向往佛学的境界上又靠近一步了。世界上可能存在着类似灵魂的东西，它在人生结束之后不死，只是回到宇宙中的某个地方去了。这种观念跟唯识的根本-阿赖耶识学说是相一致的。

中科院院士朱清时先生曾说：“佛学和自然科学的研究就像爬喜马拉山一样，一个从北坡往上爬，一个从南坡往上爬，总有一天两者要会合的。”笔者认为，人类的自然科学和哲学的发展，不仅仅是因为生产力发展的需要，这仅仅是人类社会层面的需要，跳脱出人类自身，亦是宇宙探索自身的需要，这并不是将宇宙拟人化，或者有神论，而是客观与主观、物质与思维的碰撞。

哲学与自然科学具有千丝万缕的联系，对于人类来说，科学的进程一旦开始，就不能停下，对于未知的探索，不仅仅满足社会的需要，也是满足宇宙探索自身的需要，进而给出哲学的答案。而哲学对于科学的发展也具有指导意义，科学家灵活运用哲学思想，可能会加速科研进程。总的来说，科学和哲学的发展总是相互促进，相互转化的，共同发展才能使宇宙中绽放一朵绚丽的文明之花。

8结论

   本文从物质的微观结构出发，尝试探究哲学与自然科学的统一性和同源性。主要结论如下：

   （1）从自然科学角度探究微观世界过程中对世界本源的解释与哲学意识层面对世界本源的解释可以相互补充，哲学的方法论同样指导可以自然科学的探索。

   （2）将哲学中意识的含义广义化，从宇宙意识角度有助于阐述自然科学发展的必要性和哲学意义。

   （3）从物质的微观结构出发，探究哲学与自然科学的统一性，对理解科学与哲学发展的相互促进和转化有一定价值。

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