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淺談能量與老子之“道”的相通性
作者: 徐劍，男，武漢大學哲學學院宗教學系2003級碩士研究生 [摘要]“能量”與老子之“道”雖然是不同範疇的兩個概念,卻有一定的相通之處。本文從自然科學中人們能量的認識歷程出發，探究了能量的種種特性，作為一種無形的、無處不在的，可以在宇宙間中轉化的實體，能量和老子之“道”有一定的相通性。 [關鍵字]能量 老子之“道” 相通性 “能量”的表達的是科學概念，而老子之“道”是的一個重要的哲學範疇，把“道”與“能量”放在一起論述，似乎缺少可比性基礎。實際不然，中國道家老子的“道”與科學中“能量”的特性有許多相通之處。最近，武漢大學宮哲兵教授認為，道是與能量非常接近的概念，如兩者都無形無象、無處不在，且又可以轉化為多種形式……。受此觀點啟發，本文試圖從自然科學中對能量的認識歷程出發，分析“能量”和老子“道”所具有的特性，以印證道家思想與科學思想存在著某種相通性。
一“能量”的認識歷程 人們對“能量”的認識是一個發展和演變的過程，人類對“能量”認識的深化也反映了人類對物質世界認識的深化。本文先簡要的介紹西方物理學對“能量”認識的演化過程。
物質中的能量 19世紀中期以前，人們認為能量只能存在於物質之內，能量是不能脫離物質的。這個階段“能量”的表述和“力”、“速度”是不可分割的。 科學界對於能量的研究發端於對能量守恆與轉化的猜測。1644年，法國哲學家、數學家和物理學家笛卡爾（ReneDescartes）認為：“運動實際上不過是運動物體的一種狀態，但它具有一定的量，不難設想這個量在整個宇宙中會是守恆的，儘管在任何一個部分中是在變化的。”[1]這清晰地闡明瞭能量是一種存在物體內的狀態，既不能創造也不能消滅，只能處於永遠的轉化之中，這是在自然科學領域裏發現能量守恆和轉化定律整整200年前就已經明確得出了的哲學結論。他還指出，這個守恆的運動的量就是物質的質量與速度的乘積，也相當於現代物理學的動量。在笛卡爾之後，萊布尼茲(Gottfried Wilhelm Leibnitz)於1686年以物性“活力”來作為物質運動的量度，他並把“活力”這個量定義為物質的質量和速度的平方的乘積（以後物理學界將這個量的半數稱為動能），他認為物質“活力”的總和是守恆的。顯然，這種“活力”守恆的表述方式接近了機械能守恆的思想。當然無論是笛卡爾的動量還是萊布尼茲的“活力”，都是當時人類對能量觀念認識的一些猜測。雖然這種猜測相對於當時來說是一個巨大的進步，但這種猜測只是哲學意義上的突破，而不能被當時科學所證實。 19世紀初，科學界對能量的研究主要是從對能量守恆與轉化問題的定量表述中得到突破。“能”這個概念率先由英國物理學家湯瑪斯·揚（ThomasYoung）於1801年在英國皇家學院講演中提出，他將萊布尼茲稱做運動的量的物性——“活力”命名為“能”。他宣稱：“‘能’這個詞來表示物體的質量或重量與速度平方之積是很妥當的。例如，1英兩重的物體以每秒1英尺的速度運動，我們稱它的能為1；另一個重2英兩的物體以每秒3英尺的速度運動，則該物的能將是2×3²=18。由於該數值之積與物體垂直上升的高度成比例，所以有人稱它為活力或上升力。”[2]後來能量守恆和轉化定律就是建立在這個“能”的科學概念基礎上的。 一般科學文獻認為最早發現能量守恆與轉化原理的是德國醫生邁爾（RobertMayer,1814—1878）。他是從人體新陳代謝的研究中得出這個重要發現的。1840年，年僅26歲的邁爾在一艘船上作隨船醫生，他在給生病的船員放血時，發現病人的靜脈血比在歐洲時的顏色要紅，由此引起他的沉思。這使他聯想到食物中化學能與熱能的等效性，由此推測如果人體的能的輸入同支出是平衡的，那麼所有這些形式的“能”在量上就必定是守恆的。1842年，邁爾發表了題為《論無機性質的力》的論文，該文認為能量象物質一樣也是一種“因”，而一切因的首要性質是“不滅性”。他說：“自然界中出現的因有兩類，根據人們的經驗，它們永遠不會相互轉化的。第一類包括具有重量與不可轉化性這二種性質的因，這就是各種物質；第二類包括缺乏上述性質的因，這就是力，它由於缺乏上述的性質，又稱不可稱量。所以，力是不可毀滅的、可變換的、不可稱量的存在物.”“所產生的運動的量，這兩者相互之間正如力學告訴我們的那樣，存在恒定的關係” [3]該文還從熱功當量的表述出發，進一步表達了物理化學過程中能量守恆的思想，並提出了建立不同的能之間數值上的當量關係的必要性。邁爾還利用能量守恆解釋潮汐漲落、流星發光，並認為能量守恆是支配宇宙的普遍規律。 近代科學對能量問題的解釋是從哲學解釋過渡到科學的解釋，這反映了人類對能量觀念認識的進化。但是在牛頓力學為代表的經典物理學的絕對統治下，當時的能量觀念就像牛頓的“力”是和“質點”不可分割一樣，能量是不能存在於物質之外，即使能量的轉化交換過程也只是存在於物質和物質之間。 （二）物質的能量輻射 19世紀中期以後，科學的能量觀念和能量思維方式的再次昇華是與“能量場”的概念和理論的提出和完善分不開的。這次昇華是對牛頓力學為代表的經典物理學的一次重要的突破，這時能量可以輻射於物質之外，例如一塊客觀存在的磁鐵，從它的本身散射出無數的磁力線，可以對存在於它附近的物體產生作用，但這種能量輻射的基點是這塊客觀存在的磁鐵。這裏的“輻射”在經典物理學中是指那些不具有靜止質量的粒子，或者也可以稱為“場”、“波”（狹義上與實體、實物、粒子相對）。這種新的能量觀點主要歸功於英國的物理學家法拉第和麥克斯韋。 物質的能量輻射可以用法拉第的電磁感應現象來說明。1845年，為瞭解釋電磁感應現象，英國物理學家法拉第（Faraday，Michael）提出“力線”和“場”的概念，認為空間不空虛，而是佈滿磁力線的“場”,空間也就具有同物質一樣的性質，“物質的所有知識都必須限制在材料物質的‘力或動力’的概念範疇之內加以認識，物質不可能是由廣延的不可重疊的原子所組成的（原子周圍受引力或斥力的控制），而是應該設想物質是由充滿空間的‘動力’媒體所組成，即物質由動力所組成”，這表明物質中的原子是可以穿透的，不是不可分割，物質中有無數條穿透它的磁力線；“物質是整體連續的，在考慮物質時我們不必考慮物質的原子和所處空隙間的差別。借助其動力的本質，可以定義物質的性質；物質連續地向四面八方的空間延伸，物質‘粒子’間的相互作用就是所謂‘力中心’間的相互作用，也可以認為動力的分佈是在空間彌散開的”[4]，這裏的場也就是物質能量在物質外部空間的延伸，相當於能量的輻射可以在外部空間彌散；“它須靠乙太才能存在而承認乙太是屬於物質種類的話，那麼，這種力線可能要靠物質的某些作用才能存在”[5]，這表明磁能的存在還必須依靠物質的作用。法拉第電磁感應原理是經典物理學能量基本概念最重要的發展，是能量脫離物質的開端，但這種能量的輻射還是不脫離物質而存在。 在法拉第之後，電磁理論創始人英國物理學家麥克斯韋（Maxwell，JamesClerk）在大量實驗的基礎上，證明和重新解釋了法拉第“能量場”中能量的思想。在麥克斯韋的1873年《電磁學通路》中是這樣解釋電磁中的能量“從光和熱的現象看來，我們有理由相信，有一種乙太媒質可以填塞空間和滲入物體；它能運動，並將該運動從一部分傳到另一部分；它能將該運動傳到濃密物體，使其加熱，並以各種方式影響它”，“這媒質能接受和儲藏兩種能量，那就是，有賴於其各部分運動的‘實’能，和該媒質由於它的彈性而能從位移中回復的那種‘勢’能。”[6]，他並在此基礎上建立了電磁場方程組。 從此，在牛頓經典物理學家看來空洞無物的地方，在法拉第、麥克斯韋眼裏卻存在著一種乙太媒質——場，這種場的功能可以使得能量進行交換，從此以後，人們認為能量的輻射可以從物質出發，脫離物質在能量場中存在。
可轉化成物質的能量 20世紀初，隨著現代科學的飛速發展，當代物理學對能量的認識發生了翻天覆地的變化。對傳統的能量觀打擊最致命的是愛因斯坦相對論的創立與量子力學的誕生以及相關理論的後續發展，使得能量可以不依賴於物質而獨立存在。 愛因斯坦（Einstein，Albert）所創立的相對論將法拉第、麥克斯韋的能量輻射作了進一步的深化，提出了質能方程。愛因斯坦的場是能量和動量的綜合，但是和近代物理學表述不同的是沒有靜止質量，更不是牛頓力學中所描述的只能作機械運動的質點所組成的實在，在愛因斯坦相對論看來實在的場的形態比實在的實物的形態更為基本，因為所有具有靜止質量的實物都可以在一定條件和關係中轉化為不具有靜止質量的場。按照愛因斯坦相對論提出的質能方程，可以將質量看成是能量的函數：E=mc²,其中c為真空中的光速，當一物體的能量發生改變時，它的質量就按照這一關係相應地發生變化，與之反推，1克質量相當於9×1020爾格，或9×1013焦耳，或2.5×107千瓦·小時（度）的能量。愛因斯坦的質能方程表明了能量可以和物質相互轉化，也表明物質並不是物體的屬性。經典物理學所稱的物質和能量的定義在愛因斯坦的相對論中不過是兩種不同的運動狀態，即是相對靜止和明顯變動的兩種狀態。靜止並非絕對的不運動，而是運動的一種特殊的形式。任何相對靜止之物，都必須處於自身內在運動的實在過程之中，而靜止質量則恰恰可以看作是物體內在運動過程的表現，是一種內在化的能量（內能），而經典物理學意義的能量卻可以看作是物體外部運動的表現（動能）。如此，在這個靜質量與內能量、動質量和動能量的統一中，能量守恆和質量守恆統一成為質能守恆定理。而且，愛因斯坦認為世界上有兩種實在“實物”和“場”，實物有質量而場卻沒有質量。場代表能量，實物代表質量。兩者關係是實物是能量特大的地方，場是能量密度小的地方，場與實物只是在量上不同，而實質都是能量的形式。 以愛因斯坦相對論為基礎，後來發展的量子力學徹底的否定了實物的存在，量子力學認為實物的“宇宙之磚”——最基本的粒子只能還原為一些不具有靜止質量、不具有實體意義、僅能呈現出能量行為的輻射、光或波，物質不過是能量的表現形式之一。經典物理學的物質觀念在量子力學中被徹底的改變了。 從人類對能量認識的發展過程來看，能量從只能存在於物質體內的“活力”，發展到脫離物質獨立存在、甚至衍生萬物的“能量本體”，這是一種從相對走向絕對的歷程。通過這種發展歷程，能量成為一種無形的、但又無處不在的，可以在宇宙空間中相互轉化的實體。 二 老子之“道”與能量的比較 通過上述能量概念的認識歷程演變的分析，我們可以明顯看出能量無處不在的存在於宇宙空間，能量不僅可以相互轉化，甚至可以衍生實物。這些特徵不謀而合地與中國道家思想中的老子對“道”特性的描述具有極大的相通之處。
無形性 能量的無形性是能量的外部特徵，這種特徵與老子之“道”的描述極為相似。發現能量守恆定律的德國醫生邁爾在他的《論無機性質的力》中是這樣表述能量的無形特徵“缺乏重量與不可轉化性這二種性質”，人們是不能直接感覺到能量的存在的；英國的物理學家法拉第和麥克斯韋的磁場中的能量也是人們無法看到的。而道家的“道”也具有能量的這種無形性的性質。老子認為，道是真空狀即無，也是看不見的昏暗和隱晦，在《老子》14章中是這樣形容道的，“視之不見，名曰夷，聽之不聞，名曰希，搏之不得，名曰微，此三者，不可致詰，故混而為一。”“是謂無狀之狀，無物之象，是謂恍惚”；在《老子》21章“道之為物，惟恍惟惚，其中有象；恍兮惚兮，其中有物；窈兮冥兮，其中有精，其精甚真，其中有信”，道沒有具體的形狀，不可為人的耳目感官所認識，是超感覺的存在，但在隱晦和昏暗的無形之中確實存在著“道”；而且在《老子》32章“道常無名”，《老子》41章“明道若昧”、“道隱無名”，道的特徵是“無名”、“昧”、“隱”，“無名”是人們感覺不到，“昧”是暗昧，“隱”就是看不見，這些都是說的道的無形性，但是道是確實存在的，並且具有萬物本體的特性正如《老子》40章所說的“天下萬物生於有,有生於無。” 在物理試驗中，雖然能量在人們通過感覺觸覺的觀察中是不能直接發現的，但人們可以通過大量先進的儀器設備證明能量的存在，能量也如同“道”一樣是客觀存在的。同時能量和“道”一樣也有主宰萬物的作用，萬物的運動變化都離不開能量。在最新的宇宙學的觀測中發現，除去普通重子物質，暗物質，科學家統計暗能量占宇宙總能量的73%，也就是說這些看不見的暗能量是宇宙的主體。科學家們認為，主宰宇宙的演化與發展的就是暗能量。它的特性就是真空狀、無形象、看不見，有巨大的力與能量，與“道”無形性極為相似，臺灣學者陳霖生先生說：“宇宙間一切能量的統稱，盡包涵在道的概念中。”[7]華中科技大學的物理學教授張端明認為，老子的道是宇宙的原動力，用今天的科學語言來說，非常接近於真空能。真空不空，真空裏有支配宇宙的暗能量[8]。
轉化性 轉化性是能量最顯著的特徵。能量守恆與轉化定理集中的體現了這一特性，能量不會消滅，只能在物質中相互轉換。“道”也具有化生萬物的特性，“道”是萬事萬物的生生之源，存在於天地萬物之中，體現了萬物運動變化的特性。《老子》第25章談到，“強為之名曰大，大曰逝，逝曰遠，遠曰返”，“道”是不斷地逝返而周行不息的迴圈過程，這個轉化過程體現了“道”的轉化特性。《老子》第2章“有無相生，難易相成，長短相形，高下相傾，音聲相和，前後相隨。”“道”是處於永恆的轉化之中，“道”無處不在，可以轉化成多種多樣的形式，天道、地道、人道、治國之道、養生之道等等，它們之間是相通的。能量也如同道一樣，可以轉化成多種多樣的形式，如機械能、化學能、分子能、電能等，它們之間是可以互相轉換的。老子之“道”的另一種表現形式“氣”也具有轉化的屬性。在《老子》42章中“萬物負陰抱陽，充氣以為和”，“負”和“抱”是指物體間的相互作用，萬物通過相互之間的作用，做功進行能量交換，“充氣”就是指能量的交換，日暖大地，萬物生長，鬥轉星移，寒暑交替都含有“氣”的變化，中國著名道教學者任法融道長說：“道是先天一氣，混元無極，是宇宙的能量，是太空的氣場。”[9] 當今的量子力學的研究中發現，能量不僅可以轉化為其他形式的能，在特殊的條件下也可以轉化成物質。英國學者史蒂芬•霍金（Stephen•W•Hawking）在他的《時間簡史》中說道“在量子理論中，粒子可以從粒子/反粒子對的形式中由能量創生出來。”“宇宙的物質是由正能量構成”“在一定意義上，引力場具有負能量。”[10]如果霍金的話揭示宇宙存在的真諦的話，那麼宇宙在創生時所有的宇宙能量都集中於一個奇點，這個奇點體積無限小，而能量無限大，大爆炸時萬事萬物都通過這個奇點，由沒有形體的能量轉生出來，這就和《老子》42章中的“天下之物生於有，有生於無；道生一，一生二，二生三，三生萬物”中隱含的“道”轉化生萬物的思想極為相似。
普遍存在性 這裏所謂的普遍存在性，是指二者在各自的領域中都是普遍存在的，指的是兩者無處不在，普遍的存在於萬物之中，並且也具有化生萬物的功能。 老子的“道”不僅存在於萬物之中，而且是萬物得以成立和運動的基礎，萬物都離不開“道”。在《老子》第39章中寫道“天得一以清，地得一以寧，神得一以靈，穀得一以盈，萬物得一以生，侯王得一以為天下貞。天無以清將恐裂，地無以寧將恐發，神無以靈將恐歇，穀無以盈將恐竭，萬物無以生將恐滅，侯王無以為貞將恐蹶。”這裏的“一”是“道”的另一種表達，天地萬物都需要“道”才能存在，絕對不能離開“道”。《老子》第三十四章“大道氾兮，其可左右。萬物恃之而生而不辭，功成而不有，衣養萬物而不為主”，道本性博大，遍及萬物，無所不在。 由道的普遍存在性，也可以引出道的絕對性。武漢大學的宮哲兵教授有“唯道論”的觀點。他認為，中國歷史上既沒有唯物主義也沒有唯心主義，而只有“唯道主義”，萬有唯道所生，萬有唯道所成，道在萬有之中，萬有唯道所主，道具有唯一性，唯有道能夠使萬事萬物善始善終，因此老子的道論可以稱之為唯道論。唯道論印證了道的普遍存在性，從另一方面也說明瞭道化生萬物的功能。 同樣，能量也是普遍存在的，並且能量也有生化物質的功能。1932年獲得諾貝爾獎的德國物理學家海森伯（Heisenberg，WernerKarl）就認為:基本粒子數並不守恆,基本粒子可生可滅,並不具有“宇宙之磚”意義的基本性和實體性,而“能量實際上是構成所有基本粒子、所有原子,從而也是萬物的實體。”[11]他說，通過愛因斯坦的E=MC²的質能方程,質量轉化為能量，所以物質轉化為能量了。“在能量足夠大時，所有的基本粒子都能嬗變為其他粒子，它們能夠僅僅從動能中產生，並能湮滅而轉化為能量譬如說轉化為輻射。因此，這裏實際上有了對物質統一性的最終證明，所有的基本粒子都由同一種實體製成，我們可以稱這種實體為能量或普遍物質。”[12] “能量不僅是使萬物保持運動的力，而且像赫拉克利特哲學中的火一樣，是構成世界的基本材料。物質之所以存在，是由於能量採取了基本粒子的形式。”[13]海森伯的能量產生萬物的看法和老子“道”生萬物的觀點極為相似，從生成論角度來看，甚至可以說海森伯的“能量”就等同於老子之“道”。
三些許思考 科學概念“能量”和哲學範疇“道”之間論及的範圍雖然多有不同，“道”是哲學上的概念，是形而上的，而“能量”是科學上的概念，是形而下的；在哲學領域中“道”被看為萬物的總動力，它的大小無法計量的；而能量雖然是無序的，它的大小卻可以用爾格、焦耳、千瓦小時等單位計量。但兩者之間的不同，並不是永遠不可逾越的。科學的發展在不斷印證著哲學的思維，隨著人們對“能量”認識的越來越深入，就會老子對“道”的描述實際具有一定的科學因數。 當然本文的目的並不是要把能量和“道”劃上等號，而是希望通過對兩者的分析，來說明道家的思維方式在某種程度上和科學有一定的相通性。中國道家思想不僅是一項偉大的文化歷史遺產，而且在當代它還具有貫通古今、契合東西的作用，是一種科學的文明，這種文明正如英國物理學家李約瑟（JosephNeedham）所說“道家思想是宗教的和詩人的，誠然不錯；但是它至少也同樣強烈地是方術的、科學的和民主的。”[14]
注釋： [1] [法]笛卡爾：《哲學原理》， 36節，第二部分，1644年。 [2] [美]威•弗•馬吉編：《物理學原著選讀》，67頁，商務印書館，1986。 [3] [美]威•弗•馬吉編：《物理學原著選讀》，213、214頁，商務印書館，1986。 [4] [英]彼德•邁克爾•哈曼著 龔少明譯：《19世紀物理學概念的發展》，76頁，復旦大學出版社，2000。 [5] [美]威•弗•馬吉編：《物理學原著選讀》，531頁，商務印書館，1986。 [6] [美]威•弗•馬吉編：《物理學原著選讀》，551頁，商務印書館，1986。 [7] 陳霖生《道德經的實用價值》，第92頁，宏大印刷設計公司，1993。 [8] 張端明“《道德經》中的道、無與真空能” 2004年華中科技大學首屆老子道德經研討會論文。 [9] 任法融 《道德經釋義》第2頁，三秦出版社，1990。 [10] [英] 史蒂芬•霍金著：《時間簡史》，第120頁,湖南科學技術出版社,1997。 [11] [德]海森伯：《物理學與哲學》，第28頁，科學出版社, 1974。 [12] [德]海森伯：《物理學與哲學》，第103頁,商務印書館,1984。 [13] [德]海森伯：《嚴格自然科學基礎與近年來的變化》，第182頁,上海譯文出版社,1978。 [14] [英]李約瑟：《中國科學技術史》，第二卷，第36頁，科學出版社，1990。
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