唯物主義論(現代科學觀)指出,宇宙是物質構成的世界,粒子是組成物質的最小單元。然而,關於「粒子是什麼?」物理學家始終未得到統一答案。
現代物理學對粒子的五種解說:
一、粒子是「坍縮的波函數」。
20世紀20年代量子力學將光子以及其它量子化的物體,表述為「波函數」。波函數是隨時間演化的數學函數,表明了粒子具有一系列性質的可能性。比如說表示電子的波函數,在空間上是彌散開來的,因此只能說電子「可能」而不是「一定」在某個位置。但如果用一個探測器來觀察,波函數會突然坍縮到這一點,粒子在這一點處咔咔作響地敲擊探測器。
因此,粒子是坍縮後的波函數。但這究竟意味著什麼呢,物理學家至今沒有答案。
這種觀點,揭露出「粒子」的兩個特徵:其一,量子波粒二象性(未觀測之前量子以波的形式存在);其二,量子坍縮(觀測之後波坍縮為粒子)。這說明,「粒子」不是構成宇宙的最基本元素,或者說「粒子」不是宇宙最本質狀態。
二、粒子是「場的量子激發」。
20世紀30年代,物理學家意識到多個光子構成的集體會表現出單個波在電磁場中傳播的特性,恰如19世紀的麥克斯韋電磁波理論。
研究人員將經典場論量子化,對場作出限制使其只能以離散量進行振蕩。除光子外,狄拉克等人發現,該思想還可以外推到電子和其他所有粒子:根據量子場論,粒子是全空間量子場的激發。
量子場論剝離了粒子的狀態(否定了「粒子」),把它描述為擾動場的微小能量(「粒子」是量子場能量漲落過程中的微小「勢能」)。
三、粒子是「群的不可約表示」。
1939年,數學物理學家維格納將粒子定義為可以移動、旋轉和加速的最簡單物體。
電子、光子和其它基本粒子在某些群的作用下保持不變。也就是說,粒子是龐加萊群(在連續時空中的10種運動方式)的表示,這表示粒子可以在三維空間和一維時間中平移,還可以沿空間三個方向旋轉或加速。
四、粒子「可能是振動的弦」。
20世紀70年代,格拉肖、納波洛等人嘗試將SU(3)、SU(2)和U(1)整合到一個更大的變換群中,他們認為在宇宙之初,粒子是單一對稱群的表示(隨著對稱性破缺,情況變複雜)。研究人員對弦理論寄予了更高的期望:如果你離粒子足夠近,你看到的將不是點,而是一維的振動弦。
五、粒子是「量子比特海的變形」。
一種觀點認為,宇宙中的一切事物(所有的粒子)以及那些像鬆餅鑲嵌藍莓一樣「鑲嵌」了粒子的時空結構——都是由信息的量子比特(qubit)產生的。量子比特是兩種狀態(0和1)的概率組合。
深度哲學探索
現實中我們用肉眼看見宇宙是物質實體構成的結構,科學家「還原」物質時發現物質是由基本粒子組成,當科學家研究「粒子」時發現它具有「波粒二象性」,粒子並不真實存在!
二千五百多年前釋迦摩尼佛說:「宇宙不真實,一切唯心造」;道學亦有「無中生有」的說法。
「心」是什麼,「無」是什麼狀態,它如何創造出「有」(物質世界)?
我們生活在物質世界且把物質實體看做真實存在物,所以生而產生「實有」概念;相對於「實有」,對立衍生了「虛無」概念。然而,宇宙自身卻沒有「虛實」、「有無」之分。
宇宙本態「真空妙有」,「似有非有、似空非空」,這就是所謂的「心」(如物理場、量子波)。它看似「虛無」(沒有實體形態),實則「萬有」(萬物由它創造)。「心」幻變成「自然系統」(物理作用機制),衍生出各種特性,創造了「粒子」(具有實體結構和屬性的物質單元),「粒子」合成物質創造物質世界。
因此,物質世界是「心」創造的,它表象實有(它讓「心」有了實有之象)本質虛無(但它本質虛無不實)。
「心」是宇宙的本態(真空妙有),它產生「無」(虛無量子場)和「有」(實有物質)兩種狀態,從「無」到「有」發生了質變(虛無能量場創造了實有粒子是一種「質變」現象),但「無」是「有」的本相(實體物質本質虛無,所謂實有並不真實)。
結語:微觀世界虛無縹緲,宏觀世界實體物質,這是宇宙的兩種表現狀態,宇宙本態「真空妙有」沒有「有無」、「實虛」之分(宏觀世界與微觀世界都是宇宙的一種呈現狀態)。