科学与近代世界 第八章 量子论

相对论的理论引起了人们极大重视，这是理所当然的。它虽十分重要，但却不是近来吸引物理学界兴趣的主要论题。这个地位无疑地被量子论占据了。这个理论中有趣的地方在于，根据这种说法，某些可以渐增渐减的效应实际上都是以某种明确的跳跃方式增减的。这好像是说，你能每小时走三英里或四英里，但却不能走三英里半。

上述的效应牵涉到分子受到碰撞时所激发的发光现象。

光是由电磁场中的振动所产生的波组成的，当一个完整的波经过某一点的时候，那一点上的一切东西便又恢复原状，准备接受随之而来的第二个波。大家不妨设想一下海洋里的波，把一个接着一个的波峰数一数。在一秒钟之内通过某一点的波数就是这一波动体系的频率。具有一定频率的光波体系就相当于光谱中的一定颜色。当一个分子受到激发时，便以几种固定的频率振动。换句话说，分子振动有一套固定的方式，而每一个方式都有一个固定的频率，它能在电磁场中激起与它本身频率相同的波。这种波带走振动的能，所以当这种波形成之后，分子也就失去了激发的能，随着波就停止了。因此，分子可以辐射出一定颜色的光，也就是可以辐射出一定频率的光。

大家也许会认为，每一种振动的方式都可以激发到任何强度；因之，这种频率的光便可以带走任何量的能。但实际上却不然。似乎有一种最小量的能是不能复分的。这情形就好像是一个美国人用国币付款时，无法把分币分成更小的单位来支付他所得到的最小分量的货物一样。分币就相当于光能的最小量，取得的货物就相当于激发原因的能。这种激发原因要么就强到能得到一分钱能的发射，要么就根本得不到任何能的发射。在任何情况下，分子都只能发射整分币数的能。

另外还有一个特征可以用一个英国人来解释。这人如用英国货币来付款，其最小的单位是法寻。法寻的价值和分币是不同的，大约只及半分左右。在分子中，不同的振动方式具有不同的频率。我们不妨把每一种方式都比作一个国家；一个比作美国，一个比作英国。那么有一个方式便只能以整分币数的量辐射出能。因而一分钱的能便是它所能付出的最小量。至于另一种方式，则只能以整法寻数辐射出能，因而一法寻的能便是它所能付出的最小量。此外，我们也可以找出一个法则来计算某一方式中一分钱的能和另一方式中一法寻的能的相对价值是多少。这一法则简单得连三岁小孩子都能明白。因为每一个最小钱币的能的价值和该方式中的频率是严格地成比例的。根据这一法则来比较法寻与分币，美国频率将等于英国频率的二倍。换句话说，一个美国人在一秒钟之内所做的工作等于英国人的二倍。至于这情形和外间传说的两国人的性格是不是相同，就要让大家来评价了。最后我还要提出一点，太阳光谱的两端都被认为有一定作用，有时人们需要红光，有时则需要紫光。

我想量子论关于分子的叙述是不难理解的，迷乱的情形是由于把这个理论硬套到科学上关于原子与分子内部情形的一般描述中而产生的。

唯物论的基础是，自然界的事物应当用物质的空间运动来解释。根据这一原则，光波便要用物质性的以太的空间运动来解释，而分子的内部情况则必须以分立的物质所组成的部分的空间运动来解释。关于光波方面，物质性的以太退到后面一个不稳定的地位上去了。现在谈到它的人已不多了。但把这一原理应用到原子上则没有人怀疑过。例如，一个中性的氢原子被认为至少是由两团物质组成的，一团是包含着正电的物质的核，另一团是构成负电的单个电子。有迹象表明核的结构是复杂的，并说明可以重新分为更小的物质团，有些成为正电物质团，有些则成为电子物质团。这个假设的意思是说，原子中不论发生什么振动，都应归结到可以从其余物质上分离出来的一小片物质的振动式的空间运动。根据这种假说，量子论的困难就在于：我们必须把原子描绘成具有有限数目的凹槽作为振动发生的唯一轨道。然而古典科学的描述却没有这种凹槽。量子论所要求的是路线有限的电车，而科学的描述却只能提供在原野里奔驰的马。其结果是物理学上的原子理论很像哥白尼以前的天文学上的本轮说。

根据自然机体论说来，便有两种完全不同的振动。一种是振动式的空间运动，一种是振动式的机体变形。这两种变化的条件性质是不同的。换句话说，一种是整个模式的振动式的空间运动，另一种是振动式的模式变化。

机体论中的完整机体，相当于唯物论中的质点。有一种原始的属，包含着若干种机体。凡是这原始属中的种所包含的机体，都不可分解为次级的机体。这种机体我都称之为原始体，所以我们将有许多不同种的原始体。

我们必须记住现在谈的是物理学的抽象概念。所以我们心目中所想的便不是包容具体位态而形成模式的原始体本身，也不是原始体的具体位态被包容在环境内的关系。我们所想到这些位态时只是它们对模式和空间运动发生可以用时—空关系表达的效应时的情形。因此，在物理学说来，原始体的位态只是它加到电磁场中去的东西。实际上这正是我们所知道的关于电子与质子的一切。对我们说来，电子仅是它在环境中有关电磁场的位态模式。

现在讨论相对论的时候，我们就可以看出，两个原始体的相对运动，仅意味着它们的机体模式正在利用不同的时—空系统。假如两个原始体不继续处于相对静止中，或作相对均速运动，那么其中至少有一个是在改变它的内在的时—空系统。运动定律所说明的是这些时—空系统发生改变的条件。

振动式空间运动的条件便是以这种普遍的运动定律为基础的。

但有几类的原始体在导致时—空系统改变的条件下常常发生分裂。这些种类只有在不同种类的原始体之间造成有利的联合，以便让分裂的趋势被联合的环境抵销，它们才能具有长期的持续性。我们可以设想，原子核包含着大量不同种类的原始体，其中有些原始体是属于同一种类的，整个联合便有利于稳定。带正电的原子核和带负电的电子组成中性的原子便是这种联合的例子。中性的原子像这样就隔绝了电场。

在其他情形下；电场是会要在原子的时—空体系中引起变化的。

物理学的要求提供了一个和机体哲学非常配合的概念。

现在不妨用问答方式来讲：持续性的机体论是不是受到唯物论的薰染，以致毫无疑问地认为持续性必然意味着在有关的生命史中始终不分化的同一性呢？大家也许会注意到，我在前一章中把“重现”当成“持续”的同义语用。显然，这两个字的含义不完全相同。现在我要指出，重现与持续性发生区别的地方，正是重现更接近机体论的要求的地方。这种差别正好相当于伽利略派人物和亚里士多德派人物之间的区别。亚理士多德说“静止”的地方伽利略正好加上“或者是直线均速运动”。

因此，在机体论中，模式也不一定要在时间过程中维持不分化的同一性。模式可能是一个审美的对照，需要一段时间来展示自己。音调就是这样一种模式。在这儿，模式的持续便是对照的连续重现。这显然是机体论中最普遍的持续概念。“重现”也许是最能直接表达这一概念的字。当我们把这个概念转化为物理抽象概念时，马上就变成了关于“振动”的专门概念。这种振动不是振动式的移动，而是振动式的机体变形。近代物理学中有人提示，必须有振动实有才能解释物理界的基础中的微粒机体的作用。这种微粒就是从原子核中被排斥出来时所看到的那种微粒，排出后就变成了光波。我们也许会猜想，这样一个微粒单独存在时，它的持续性是不稳定的。因此，在一个不利的环境下，就将使它固有的时—空体系发生迅速的变化。换句话说，这种环境把他冲击得具有猛烈的加速度，使它分裂而化为同一振动周期的光波。

一个质子，甚至一个电子，都可能是这种原始体互相叠加的组合，其频率与空间维数当这种原始体被冲击得具有移动的加速度时，就能促进有机综合体的稳定。稳定性的条件，将使周期的联合能产生质子。排斥原始体的冲击力，如果不使质子变成另一种组合，便一定是由于吸收了这种能而产生另一种原始体。

一个原始体的振动式机体变形必然具有固定的频率，所以在分裂时就能分解为同一频率的光波。光波则将其平均能量全部携走。作为一个特殊的假说来讲，不难想像出具有固定频率的电磁场的驻波振动。这种驻波围绕着一个中心往复辐射。根据公认的电磁定律这电磁场将包括一个振动的球形核，而满足某一套条件；还有一个振动的外场满足另一套条件。这就是机体振动变形的例子，根据这一特殊假说，有两种决定辅助条件的方式可以满足数理物理学的一般要求。其中一种方式，全部的能便可以满足量子条件，因此便包含着整数的单位或分币，而原始体每一分钱的能则与其频率成正比。以上我还没有把稳定性或稳定组合的条件描述出来。我提到这个特殊假说时，只是举例说明自然机体论使我们有可能重新考虑基本的物理定律，而与此相反的唯物论则不能如此。

在这种振动原始体的特殊假说中，麦克斯韦方程式被认为在所有的空间（包括质子内部在内）都能适用。这些方程式表示了在振动的方式下产生和吸收能的定律。每一个原始体所经过的全部过程都产生某种本身所特有的，并与其质量成比例的平均能量。实际上能就是质量。在原始体的内外，都有振动的辐射能流。

原始体内，电的密度作振动式的分布。根据唯物主义的理论，这种密度就标志着物质的存在。但根据机体振动论，则标志着能在振动的方式下产生。这种产生方式只限于原始体内。

所有的科学都必须将自己所研究的事实作一最后的分析，并将关于这种最后分析的假定作为自己的出发点。这种假定一方面由于符合我们直接看到的各种形式的事素，另一方面也由于它能不用特殊假设、而用一定程度的普遍性表示被观察到的事物，所以便能成立。上面概述的原始体振动的一般理论只是举例说明机体论对物理科学提供了什么样的可能。要紧的是这一理论在单纯的空间运动以外，还增加了机体变形的可能。

光波就是机体变形的重要例证。

天文学在16世纪时从本轮说的状态中被解放出来。不论任何时期的科学假设，如果表现出本轮说这种症候便都将站不住脚。现在物理学正表示出了这样的症候。

为了重新考虑它的基础，就必须回到对真实事物性质的更具体的观点上去，必须把它的基本概念看成是从这种直觉中得出的抽象概念。

物理学正是以这种方式来探讨摆在眼前的修改的一般可能性。

量子论所提出的不连续的概念要求物理学概念作一次修改，以便能配合这一概念。尤其是现在已经指出，我们需要一种解释不连续存在的理论。我们所要求于这样一个理论的东西，是电子的轨道可以看成是一系列分立的位置，而不是一条连续的线。

上述的原始体或振动模式的理论，再加上前一章所说的时间性与广延性的区别，就刚好能得到这个结论。大家还记得，事件综合体的连续性来自广延关系。

而时间性则来自一个模式在主体事件中的体现。这模式的展现需要将全部延续以事件中的位态所赋与的方式空间化（即滞留）。因此，体现便是以一系列时期性的延续来进行的。而连续的转变（即机体变形）则是在已经提出的延续之内实现的。振动式的机体变形实际上就是模式的重现。一个整个的时间就是完整模式所需要的延续。因此原始体便是原子式地在一连串的延续中实现的。每一个延续都应从一个极点到另一个极点来加以量度。因此，原始体作为一个完整的持续实有来看时，便将连续地分配在这些延续上。如果把它当成一个东西来看，图上表示的轨道便成了一系列分立的点。因此，原始体的运动在时间与空间中便是不连续的。如果我们深入到时间量子（即一系列原始体的振动周期）之下，就会发现一系列振动的电子场，每一个电磁场在其本身的延续的时—空内都是稳定的。

每一个这样的场都表现出一个单独完整的电磁振动周期，这种振动就构成了一个原始体。但它并不能认为是实在的体现，而只能认为是原始体的一个不连续的体现状态。原始体借以体现的相继各延续本身是连接的。因此，原始体的生命史可以表现为电磁场中事素的连续发展。但这种事素是以占据一定时期的整个原子式的团的方式体现的。

所谓时间是原子式的，并不能理解为所有的模式都必须在同一系列的延续中体现。首先，纵使有两个原始体的周期相同，体现的延续可能还是不一样。换句话说，两个原始体可能异相。如果周期不同，那么任一原始体延续的原子化就必然会被另一原始体的延续的边界瞬间所复分。

原始体空间运动的定律说明的是在什么条件下原始体将改变其时—空体系。

这一概念不必继续详论了。振动存在的概念的根据必然完全存在于实验之中。

这个例子所说明的问题是：这儿所采取的宇宙观和物理学方面所提出的不连续性的要求是完全符合的。如果我们采取这种看法，认为时间化是一系列时期性的延续的体现，那么芝诺的难题也就可以避免了。我们在这儿为这个概念所提出的特殊形式，只是拿来说明问题的，在适用于实验物理学的结果以前，必须重新拟定。