讓愛因斯坦窮盡半生的物理難題 真的能被老子解開嗎？

作者簡介：

李悅，男，1953年生於北京，生長於中文世家。1978年考入中國人民大學，先後獲工學士和經濟學碩士。1987年赴美留學，先後獲Illinois州立大學和Texas州立大學科學碩士學位。曾供職於多家外企公司。學貫中西，對自然科學和人文科學皆有深刻認識。

天道是一個集合，還具有唯一性，所以所有的物理常數和物理定律都是天道的一部分。把《老子》的天道思想，運用到物理世界，經過一番推導，就可以讓我們看到一些令人驚異的聯繫。

文/李悅

天道是永恆而且唯一的

在一般人眼中，世界上的各種事物是不同的，每個事物在不同的時期也是不同的，譬如，張三和李四是不同的，中國人和外國人是不同的，古代人和現代人是不同的，等等。但從另一個角度看，這些人都是相同的，譬如，這些人都必須吸入氧氣，呼出二氧化碳；這些人的蛋白質組成也是相同的。

道是從自然界那裡借來的（資料圖）

《說文解字》：「玄，幽遠也。」幽遠就是比較深奧，不容易看見的意思。「玄同」，就是比較深奧，不容易看見的相同。所謂「世」，指的是時間上的長度，可以是幾千年，也可以是億萬年；所謂「界」，指的是空間上的廣度，可以是幾萬公里，也可以是億萬光年；所謂「世界玄同」，就是說在這種廣大的時間和空間的尺度上，有的東西始終是相同的，這當然比較深奧，不容易看見。但再舉個例子就比較好理解，譬如電子的電量、π值、勾股定理等等，這些東西在廣大的時間和空間的尺度上都保持恆定不變，就可以認為是「玄同」。

我們還要分清什麼事物是具體的、什麼是抽象的。譬如電子，當我們指一個電子，我們可以知道它的質量、它的位置等等，我們就說它是具體的存在；但譬如π值、勾股定理、數軸、物理定律、數學定理等等，它們沒有一定的質量和位置，卻又無處不在，我們就說它是抽象的存在。只有抽象的存在，能在無限的空間和時間不變地存在，而具體的存在則沒有這個性質。

如果什麼東西是抽象的存在，又在世界範圍「玄同」，我們就簡稱它為「道」。那麼，上述π值、勾股定理、數軸、物理定律、數學定理等等，都是「道」。中國古人說的「天不變，道亦不變」，就是這個道理，因為道的定義里就包括不變。上述這些道，表面上是人的精神產物，有的西方人稱之為絕對精神，其實都是自然界固有的，因為它們在人存在之前和之後都會存在，人的存在在歷史的長河裡只不過是一瞬間，比起道來人實在是太渺小了，太不穩定了，人只不過是用精神的力量，從自然界那裡發現了一小部分道，並近似地表述出來而已；用中國《周易》的話說，道是從自然界那裡借來的。所以中國古人非常謙遜，稱「道」為「天道」，明確承認它們屬於自然界，而不屬於人；《老子》強調道在宇宙存在之前就有。

不過在清末以後，隨著中國人翻譯西方人的著作日多，中國人學了西方人的語言習慣和思維模式後，跟著西方人稱天道為「精神」或「絕對精神」，或「物質規律」或「自然規律」，五花八門，反而沒有中國古人那種概括力和謙遜的風範了。

物理定律、數學定理等等，都是「道」（資料圖）

現代西方傳入的唯物主義和唯心主義，都是不全面的，所以都是不正確的。唯物主義只是強調物質是運動的，運動是物質的，但沒有看到天道是不變的、不運動的，卻又是無處不在的抽象物；唯心主義則只是強調天道是精神的產物，但沒有看到天道首先是屬於自然界的，人只是發現了它，而並不擁有它。用一瞬擁有永恆未免可笑，天道並不因為人的存在或滅亡，而有一絲一毫的改變。

古老的《老子》卻是一部正確描述天道的著作，它反覆強調天道的特徵：它是抽象的、不變的、用感官無法覺察的，在時間和空間上又是永存的、處處存在的。它同時在指導著、規定著宇宙中任何一個具體的事物。同樣是一種近似，比較中外各種哲學著作，《老子》把天道描述得最為完美、最為準確。而西方哲學家往往意識不到這一點，譬如黑格爾就認為《老子》不過是說了一些常識，還沒有到達哲學的高度。這其實正說明了他本身對中華文化的無知，和對中國語言理解能力的欠缺，還說明了當時普遍翻譯能力的低下。由於譯本的低下而導致的誤解，也不能全怪黑格爾。

不同宗教和哲學思想之間的共同之處

《老子》的另一個高明之處是指出了天道的唯一性。天道不是一條原理，而是一個無數原理的集合，但是這些原理從來不產生矛盾。如果兩個集合從來不產生矛盾，我們就可以把它們合并成一個集合；天道可以被看作是無數個別原理，經過無數次合并的集合，這就是天道的唯一性。

地球上有各種宗教，譬如有天主教、基督教、伊斯蘭教、佛教、道教等等，還有比較小的宗教不計其數。這些宗教都是有神論，它們描述的神和天道有某種相似之處：它們是抽象的、不變的、用感官無法覺察的，在時間和空間上又是永存的，同時又指導著一切物質的一切運動；其實它們說的神就是天道。雖然有的宗教堅持說，神是有模樣的，可以與之對話的，但它們也暗暗地承認，神是無法用感官覺察到的，因為實際上沒有任何一個活著的人，曾用感官覺察到神，也沒有任何一個活著的人曾和神真正對話。

天道的名字只是一個符號（資料圖）

《老子》曾強調「道」這個東西原來是沒有名字的，但在論述時又必須提起它，不得已勉強把「道」這個字用上去。天道的內容重要，而天道的名字並不重要，叫什麼其實都可以，只是一個重要的符號。給天道以神的名字，天道就是神。這就是為什麼像愛因斯坦、牛頓這樣的大科學家，堅稱有上帝的存在；因為在他們看來，天道就是上帝，上帝就是天道。

世上還有許多無神論者，他們痛恨神的名字，但他們承認有π值、自然對數e值、普朗克常數h值存在，承認無數的物理定律和數學定理存在，也承認這些都是抽象的、不變的、用感官無法覺察的，不依賴人存在的，在時間和空間上又是永存的；這就等於承認了天道的存在。他們稱之為自然規律的東西，其實就是老子所說的天道；而天道與稱謂無關，可以被叫做神或非神的任何名字，所以無神論者承認了天道，在某種程度上就等於承認了神。

這樣，在天道的名義下，各種宗教，有神論和無神論者都統一起來了。他們的共同點是主要的，他們的不同點主要是名稱的取捨問題。如果人們能認識到這一點，他們就能求同存異，廣泛地團結起來，在全球範圍內避免許多無謂的紛爭，和由此帶來的人力和財富的浪費；而為我們指出這種可能性的，正是《老子》。

統一場的曙光

因為天道是一個集合、一個整體，還具有唯一性，所以所有的物理常數和物理定律都是天道的一部分，都有其內在的聯繫。把《老子》的天道思想，運用到物理世界，經過一番推導，就可以讓我們看到一些令人驚異的聯繫。從這些聯繫入手，或許可以找到解釋一些困難問題的途徑。下面是這方面的一個嘗試。

愛因斯坦為統一場理論奮鬥了三十年（資料圖）

宇宙中只有四種力：引力、電磁力、強作用力、弱作用力；宇宙中的一切運動變化，都是這四種力作用的結果。這四種力之間有什麼關係？這是全世界的科學家幾百年來一直考慮的問題。其中強作用力和弱作用力是原子核裡面的力，長程力只有引力和電磁力。愛因斯坦認為，引力和電磁力之間一定有聯繫，他稱之為統一場。他的後半生為統一場理論奮鬥了三十年，卻沒有一個確定的結果。

我們現在要研究統一場，自然要從研究引力和電磁力的關係入手，這是自然界存在的兩種最常見的作用力，也是人們了解得最多的兩種作用力。既然是力，就必然會發生能量的傳遞，而能量的傳遞者是量子，因而作用力與定義量子的普朗克常數是密不可分的。引力和電磁力分布在整個宇宙空間，並且以光速傳遞，所以它們也應該和光速有關係。再進一步，電磁力的大小必定和電子的電量相關。

在宇宙中有三個現成的基本常數，可以在推導的方程中用作量綱，那就是光速c、普朗克常數h和電子電量e。其中光速描述了空間的基本性質，所以，研究空間不能不應用光速。相應地，研究能量的傳遞，就不能不應用普朗克常數；研究電磁現象，就不能不應用電子電量。

我們現在手裡有的這三個基本常數是大自然給我們的，沒有任何人為的規定和修飾，所以最容易體現宇宙的本質。我們將用這三個基本常數研究引力和電磁力。

現在公認的引力公式是：

現在公認的電磁力公式是：

我們觀察引力公式和電磁力公式，發現它們都是和距離的平方成反比，在這一點上有相似之處。為什麼是這樣呢？有沒有物理上更深刻的原因？這需要進一步的研究。我們要研究引力和電磁力，就必須從研究引力常數G和電磁力常數K入手。

我們再觀察引力常數G和電磁力常數K，發現它們各自有複雜的量綱和龐大的係數，看不出它們之間有什麼聯繫。有一種可能是，因為它們所用的量綱全是人為規定的，這就必然引入大量的換算係數和各量綱之間繁雜的轉換，而使觀察者看不出這些量綱的實質。

引力和電磁力分布在整個宇宙空間（資料圖）

我們現在改用光速c、普朗克常數h和電子電量e為量綱，希望能使G和K看上去簡單一些，以便容易確定它們的物理性質和發現它們之間的聯繫。我們發現電磁力常數K可以表示為：

電磁力常數K的量綱顯得比以前簡單、優美得多，更為可貴的是，介電常數不見了。我們發現G可以表示為：

這裡我們又遇到了「厘米」這個人為的量綱。我們現在無法擺脫它，無法用一個自然的長度量綱代替它，因為我們現在還沒有選好大自然給我們的時間量綱。

我們知道，在宇宙的廣大空間里，絕大多數的地方是真空，因此可以把宇宙近似地視為一個巨大的黑體，其背景輻射近似地視為黑體輻射。那麼，背景輻射的波長與能量分布的關係應近似地符合普朗克的黑體輻射公式：

對普朗克公式中的λ進行微分，並令微分的結果等於0，我們就可以解出對應背景溫度最可幾量子的波長λ。對微分的結果進行整理，有：

其中λ/c =τ0。τ0的量綱是時間，是頻率的倒數。在不同的溫度（T）下，式（4）有不同的解（τ0）。

強相互作用力的作用範圍，在10-14厘米到10-13厘米之間。也就是說，在10-14厘米到10-13厘米之間，引力作用的方式有一個較大的變化。於是，我們應該在這個範圍內，找到一個大自然提供的單位長度r0。

我們再把目光轉向引力常數G，希望能從它的係數中找到我們需要的在10-14厘米到10-13厘米的長度和可以當作τ0的值。通過量綱分析，我們改寫引力常數G的表達式為：

式中有τ0 和r0 ，知道了τ0 之後我們就可以解出r0 。

相對於同一個宇宙空間，在電磁力常數K的係數中我們也應該能夠找到τ0 和r0 的蹤影。經過嘗試，我們獲得的電磁力常數K的表達式為：

我們需要一組解τ0 和r0 ，使它們同時滿足（5）和（6）。我們得到的這組解是：

把在這裡解出的τ0值代入式（4），得到的相應溫度(T)為2.67K，而現在公認的背景溫度(T)是2.69K。這兩個值之間的誤差只有千分之七，可以認為高度一致。這個不大的誤差主要是在長達若干億光年的傳播當中，光譜不免要發生一些紅移；誤差的另一個來源是由於宇宙只是一個近似的黑體，而不是理想黑體；各種測量手段的誤差也應考慮在內。

但無論怎樣說，上述計算和實際測量高度一致。這種高度一致，證實了在引力、電磁力、強作用力、弱作用力和宇宙常數、宇宙空間及其背景輻射之間確實有著密切的聯繫和統一的機制。

對於式（6），這裡有兩點需要補充說明：

第一是引入了s。s的數值定義為1，其量綱定義為秒/庫侖（即是安培的倒數）。將s的數值定義為1，是為了在解方程時不引入人為的係數；將s的量綱定義為秒/庫侖，是因為安培是國際單位制的基石，這樣能使（6）式兩邊的量綱保持相等。

第二是引入了2π。這是因為電磁力是有方向的矢量，需要用h/2π取代h，這種做法在量子電動力學中是普遍採用的。

重要的推論是，由於式（3）在形式上酷似氣體的麥克斯韋方程，而麥克斯韋方程是假設氣體是離散的彈性顆粒碰撞導出的，那麼：空間並不是空的，而是充滿了離散的彈性顆粒，這些顆粒之間的距離，假設近似於它們的直徑，為r0，不妨稱它們為空間量子。

絕大多數空間量子為基態，並不輻射能量。當少數空間量子有了多餘能量，就作為光量子輻射出來，形成背景輻射。

引力和電磁力也是靠空間量子傳遞的（資料圖）

引力和電磁力也是靠空間量子傳遞的，當質子或中子空間量子之間的距離小於r0，引力和電磁力就不再起作用，代之而來的就是強作用力和弱作用力。

以上推論也可以用來解釋暗能量和暗物質。由於能量可以摺合為質量，所以統稱暗質量。如果每個空間量子在背景輻射中都輻射能量，根據上面的推導，單位體積的空間提供的輻射質量約為：

這個值遠遠大於現在估計到的宇宙中暗質量的密度。由於只有少數空間量子輻射能量，這個值應該乘以一個大於零而小於1的係數J。這個J可能為若干億萬分之一，直到調整到與暗質量的密度相適應的合理範圍。目前，世界各國都徒勞地花費了大量人力物力到太空去搜尋暗質量；有了上面的理論，只要有空間，裡面就有能量，暗質量就在其中，就不用搜尋了。（編輯：若水）

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