物质结构不是“合二而一”的 [复制链接]

第5版()
专栏：

物质结构不是“合二而一”的
何祚庥
杨献珍同志宣扬“合二而一”论，大讲特讲对立面的“不可分离的联系”，事物的“不可分性”。此外还有一些同志引用了一些自然科学的例证来支持他们的观点。现在我们试从物质结构的角度来看一看事物是否是“不可分”的。
在物质结构的问题上，从来就有两种对立的观点：一种是认为物质是由某种“绝对简单的单元”所组成，这种“绝对简单的单元”已是物质组成的极限，它不再具有内部的结构。另一种是认为任何事物，包括这种“绝对简单的单元”都是一分为二的，人类认识史上所发现的各种“绝对简单的单元”都不过是在物质构造的认识上的某一阶梯。这两种不同的观点的斗争始终贯串着整个物质结构的认识史，它不仅表现在古代的朴素的物质观上，还表现在现代的各种物质结构的学说上。现在我们从现代物质构造的学说来阐述一下物质并不是不可分的。
（一）作为十九世纪自然科学的一项重要成果就是确立了构成物质构造学说的基石的原子论，它能广泛地解释各种物理的和化学的现象。可是，在当时占统治地位的思想中，原子是作为最小的不可分割的单元而存在的，由各种原子所构成的各种不同的化学元素也是不能相互转化的。可以说，在当时的绝大多数物理学家和化学家中都是持这种形而上学的观点。只有象恩格斯这样精通辩证法的大师才能根据辩证法中物质发展的无限性的原理而指出：“原子决不能被看作单纯的东西，决不能一般地被看作物质的已知最小粒子”。（《自然辩证法》二二七页）应该说，在恩格斯的时代，这个预言是不曾得到实验的证实的。可是到了二十世纪就发现原子也是具有一分为二的结构的。在外观上，原子是某种中性的不带电的物质，而在实际上，它仍由两个部分所组成。原子的中心是带有若干正电荷的原子核，而在四周却环绕着带有负电荷的电子云。由于原子核和电子云所携带的电荷是同等数量的，因而整个原子就表现出“中性”。是不是这就是如象“合二而一”论者所宣称的对立面的双方就融合为一体了呢？不！在原子内部仍然存在着原子核和电子之间激烈的矛盾斗争的。
原子核和电子之间的矛盾表现在它们之间存在着吸引和排斥的对立统一。由于原子核带正电，电子带负电，因而在原子核和电子之间存在正负电相吸引的库伦静电吸引力，这使得原子核可以紧紧地拉住电子。而另一方面由于电子和质子都服从于微观运动的规律，它必须遵从所谓“测不准关系”。测不准关系是反映微观粒子波粒二重性的一条量子力学的基本规律。它告诉我们，对于微观粒子所存在的空间作任何限制就不可避免地会引起微观粒子的动量分布的增大。粒子被局限的空间范围愈小，它的动量就可能会愈大。也就是说，当电子受原子核的库伦吸引力被拉得愈紧时，电子的动量就变得愈大，即电子离开原子核的倾向变得愈大；而随着空间范围的缩小，这种排斥的倾向就比吸引的趋向增加得愈快，可见，原子核和电子并不是什么“不可分离”的“合二而一”的，而是又吸引、又排斥的对立统一。所谓原子只不过是原子核和电子处在一种“相对稳定”的状态，这种“相对稳定”，决不是原子核和电子之间“对立面的融合”，而是原子内部矛盾的激烈斗争的结果。
为什么我们说由原子核和电子所组成的原子系统的稳定只是某种相对的稳定呢？这从下面的事实可以看出。
当原子受到强烈的中子流的轰击时，原子中的原子核便可能在中子轰击下跑出原子以外，而“甩掉”它所携带的电子。如果原子处在很高的温度下，原子中的电子便会在原子中不断地由这一能级跳到另一能级，而最后便会由原子中脱出而成为自由的电子。当温度进一步升高，原子中全部电子都会成为“自由”的，这时原子核和电子就不再形成原子形态下的稳定组合。由此可见，原子系统的这种稳定完全是相对的、有条件的。显然，原子过程中的这些特性，辉煌地证明了辩证唯物主义的对立面的统一是相对的、斗争是绝对的这一原理。
在高温下的原子核和电子虽然已处在所谓“自由”的状态，就是说，从个别原子核、个别电子来看，它们都是“自由的”，即原子核无法再把高能量的电子束缚在自己的身边；但是作为整体来看，大量的原子核和大量的电子之间仍然以库伦吸引力而紧紧地相互吸引着。这种吸引的后果，就是从宏观的形态来看，整个系统是中性的，它们的正负电荷密度要处处相等，这就是所谓物质的等离子态，即在物质的固态、液态、气态之外的第四种物质形态。特别值得注意的是，在等离子态中正负电荷密度处处相等的这个事实也并不排斥在原子核和电子之间存在矛盾。例如，在等离子体中存在着一种“等离子态振荡”的现象，在振荡过程中就出现了正负电荷的微小分离。这种振荡之所以产生，正是由于原子核和电子一方面是相互吸引的，另一方面又由于原子核和电子在系统中要“自由”地来回运动，因而在一定条件下就激发成等离子态振荡，这正是决定等离子态中的许多丰富现象的一种重要机制。可见，在物质的等离子态中，也仍然存在着原子核和电子的对立的统一。只不过这已不是在原子形态下的对立的统一，而是旧的关系打破了，新的关系建立了，形成了等离子态下的新的对立的统一。
显然，原子内部的这些矛盾以及这些矛盾的转化从而形成新的矛盾等等，根本不是原子核和电子之间的“合二而一”。
（二）不仅仅在原子本身，而且在原子的核心部分，原子核的内部也充满了矛盾。原子核的结构也是一分为二的。原子核由两种粒子所组成，亦即中子和质子。中子和质子之间的吸引和排斥构成了原子核的“对立的统一”。到目前为止，实验上还没有观察到纯粹由质子组成的原子核或纯粹由中子组成的原子核，或者说，单有质子或单有中子而没有相应的对立面都不能形成原子核。（当然，由一个质子也可以作为氢原子的核心，但这已是基本粒子而不是在复合系统意义下的原子核了）。为什么原子核不能由纯粹的质子或中子来构成呢？在中子和质子、中子和中子以及质子和质子之间都存在一种强烈的吸引力，也就是我们通常称为“核子力”的那种吸引力。初看起来，似乎这种强烈的吸引力是很足以使纯粹的质子或纯粹的中子形成稳定的系统的。可是，所有这些相互吸引的核子力都是所谓“短程”性质的，当核子之间距离略大一点，它就不再起作用。而如果要将纯粹的中子或质子紧密地排列在一起，却又受到所谓“泡利不相容原理”的限制（泡利原理是说，在单位相空间内不能存在有两个以上的质子或中子。于是，当相空间内中子或质子数目过多时，它们就不可能“挤”在相空间的某一个窄小的区域内，而需要占据较大的地盘，换句话说，它们必须处在能量较高的状态。这种情况就相当于在这几个粒子之间存在着某种很大的排斥力，有时就把它称为泡利斥力。）这个限制在这些粒子之间造成了一个很大的排斥力，使得这些纯粹的中子或质子不能够靠近到足以产生强大的核子力的程度，因而不能结合成原子核。只有当中子和质子的个数几乎是“成对”的时候，才能使得中子群和质子群之间的吸引力超过由泡利不相容原理所形成的排斥力（因为系统中中子和质子是不同的粒子，因而在单位相空间内可以同时容纳两个中子和两个质子），从而使原子核成为稳定的。而如果中子和质子的个数不是几乎是“成对”的话，它们就不满足这种稳定性条件。
表面上看来，似乎原子核这种结合是极为稳定的，（原子核一向以具有稳定性而著名，历史上，要想人工地击破原子核，是费了很大力量才成功的。）但如果深入分析一下，便可以发现，这种“稳定性”也仍然是相对的、有条件的。实际上，在原子核内部除了上述由泡利不相容原理所贡献的斥力以外，在质子和质子之间还存在着相当大的库伦静电斥力。当质子数目愈来愈多时，这种排斥力就愈来愈大，而当质子数目大到一定程度时，在原子核中尽管有差不多“成对”的中子和质子存在，也不能使原子核成为稳定的，因而这种库伦斥力就又为原子核这种稳定的组合规定了一个上限。这正是在地球上之所以只发现了九十二种化学元素的基本原因。目前用人工方法虽然可以制造比九十二号元素更重的元素，现在已制造到一百零三号，但可以断定，这种制造决不是“无限”的，因为由质子和中子所能实现的在原子核形态下的这种对立的统一是相对的和有条件的（如果单纯从质子间库伦斥力这一因素来考虑，用简单的理论就可算出原子核中所能容纳的质子的数目不能超过一百五十）。正因为原子核中一方面存在着核子力，将中子和质子强烈地吸引起来，而另一方面又由于泡利斥力和库伦斥力而强烈地要求它们分开，在中子和质子之间的这种相互联结、相互斗争是如此之激烈，以至于对于某些原子核来说（如铀二三五），只要在外面有一个中子轻微地碰了一下，那末这个原子核就会“裂变”成两、三个大小差不多的裂变碎块。而且，即使在根本没有中子撞击的条件下，有些原子核还能自动地“裂变”成两个碎块，这在物理学上就称为“自发裂变”。显然，所有原子核中的这些运动、变化，都不是什么矛盾的“合二而一”，而是原子核内部诸中子与质子之间吸引和排斥的矛盾斗争的结果。如果我们不以一分为二来把握其中内在的矛盾，就不能说明和理解它。
（三）如果说原子和原子核是由中子、质子和电子所组成的，这就进一步提出了这样的问题：中子、质子以及电子是由什么样的物质组成的呢？中子、质子和电子等基本粒子内部是不是也是某种对立的统一呢？对于这些问题，目前在科学上还不能做出确切的回答，因为基本粒子的理论还正在研究之中，而目前的实验成就还没有完满到足以完善地回答这些问题的程度。但也正因为如此，所以在现代基本粒子研究中也就出现两种对立的观点。一种观点认为基本粒子已是物质组成的最后阶段，是最“基本”的物质组成单位，它们只是一个在几何意义下的点，是没有内部结构的；另一种观点认为基本粒子也只是物质构造认识发展上的某一阶梯，它们也仍然是一分为二的，具有某种内部的结构，只是目前实验的水准还不足以确切地说明基本粒子是如何构成的。这两种相反的观点的斗争正贯串在现代的基本粒子的研究中。可以说，前一种观点实际上是和“合二而一”的观点相符合的，而后一种观点恰好是许多唯物主义的物理学工作者自觉地或不自觉地所支持的。
为什么后面一种观点得到那些具有唯物主义思想的物理学家所赞同呢？这是因为目前实验状况虽然还不足以确切地说明基本粒子具有什么样的具体结构，但是也有相当多的实验事实表明在基本粒子内部仍然存在着深刻的矛盾。
首先，现代的基本粒子的实验已经能通过高能电子散射的实验来测量出质子和中子的电荷半径，例如，质子所携带的正电荷分布半径约为8×10-14厘米，在中子内部却有明显的带正电的区域和带负电的区域。显然，如果质子和中子不是具有某种内在矛盾的话，就不能产生这种现象。其次，在现代高能核子散射的实验中，几乎已经能区别出有些散射是所谓“边缘碰撞”的结果，有些散射是所谓“核心碰撞”的结果，这意味着在所谓质子和中子的内部可能包含着一个硬的核心。很可能基本粒子也是某种具有核心结构的系统。第三，在目前基本粒子实验中除了已发现的较稳定的寿命较长的基本粒子以外，还发现了大量的寿命极短的基本粒子，并且它们的数目还在继续不断增加之中。作为这些基本粒子的一个最显著的特征就是它们可以相互转化，质子和质子碰撞可以产生凯（K）介子、派（π）介子……，而凯介子、派介子又可以变成咪（μ）介子、电子、中微子。显然，面对着数目如此众多，现象又如此丰富多彩的基本粒子，应该有一个统一的理论。如果离开了事物的矛盾性，就“不能说明事物何以有性质上的千差万别及其互相变化”，“不能解释事物的质的多样性，不能解释一种质变为它种质的现象”。（《毛泽东选集》第一卷，二八九、二九○页）正因为现代实验已观察到这样一些很基本的事实，虽然我们目前还不能确切指明它的内在矛盾，但是已可以看出，这些事实正是基本粒子中内在矛盾的斗争的结果。
在基本粒子研究中，有一种称为“湮灭”的现象。也就是说，当正粒子和反粒子相遇时，那末正反粒子便会“湮灭”而成为其它基本粒子。例如，当正质子和反质子相遇时，便会“湮灭”而成为若干派介子，而正电子和负电子在原子核附近相遇时，还会“湮灭”而成为一个伽马（γ）光子。正电子和负电子会“湮灭”而成为一个伽马光子，是不是这就意味着这个事实是支持“合二而一”论点的某种证据呢？并不是这样。从现代基本粒子理论看来，正负电子“湮灭”而成为光子，只是意味着正负电子要在一定条件下结合成为光子，并不意味着它们之间的矛盾就此消失。例如，当我们令伽马光子重新走过某一原子核时，伽马光子又会自动地变成一个正电子和一个负电子。显然，如果伽马光子不具有某种内在的矛盾性，就很难有这种“成对产生”的现象发生。正负电子在一定条件下结合成伽马光子这种理论也并不仅仅只是纯理论的探讨，已经有某些实验可以觉察到这一现象的存在，例如所谓“真空极化”效应就是这一机制的表现。现在正有一些实验工作者在从事于伽马光子对伽马光子散射的实验研究。伽马光子是中性的粒子，因而一般看来在伽马光子和伽马光子之间就不可能有电磁相互作用。但如果伽马光子存在着某种内部电磁结构的话，那末从实验上将能观察到伽马光子对于伽马光子的散射现象。而如果实验上能证实这一点，就是伽马光子具有某种电磁结构的一个直接证明。当然，所有这些理论和实验目前都在研究之中，还不能认为这些研究已经是十分成熟；但是，所有这些现代的基本粒子理论和实验上的成就，都表明基本粒子也具有内在矛盾性，这种内在矛盾性并不因为它的形态有了转化而消失。由此可见，现代基本粒子的研究，是反对所谓“合二而一”的。
总之，现代物理学的成就表明，不论是原子、原子核或是基本粒子都是“一分为二”的，矛盾着的双方既相互联结，又不断斗争，而不是对立面的“合二而一”、融合或汇合。