書中提出了引－電統一場論，用邏輯方法導出了量子力學，對大爆炸宇宙論提出了尖銳的批評．不少人對此發生興趣，他們希望能知道與這些工作有關的背景．
基本介紹
- 書名：我的物理哲學之路
- 作者：潘根
- 類別：文化 文學
- 出版社：科學出版社
原文節選
一、特殊的環境和經歷
我的書具有鮮明的個性，這是由我所處的特殊環境和特殊經歷決定的．
Ⅰ．特殊的家庭環境
我出身在江蘇南通教師世家，祖父曾被清末狀元張謇聘為家庭教師，父親是語文教師．家中有不少古書，文史類、倫理類、哲學類、書畫類都有．因而我在家中首先是受中國傳統文化的薰陶．
父親是個怪人，他不信鬼神，卻喜歡結交和尚、道士，祭祖時也總是非常虔誠．建國前，他每天早晨都要背誦中山遺囑，晚上則背誦觀音經．我在童年時代常跟他到廟裡去玩，站在旁邊聽他與和尚、道士聊天，讀國中時，我問起鬼神問題，父親說：“我從來就不相信鬼神．孔夫子說祭如在，這就表明他也不信鬼神，只是在祭祀時假定有鬼神存在．不能把祭祖當做迷信，中國人燒紙類似於外國人獻花圈，只是懷念的形式．一個人如果連父母都不愛，還能相信他愛民嗎？我念經只念觀音經，只不過是一種精神寄託．我在通州師範時有三個要好的同學，後來他們，一個成為紅十四軍的領導人，一個出家當了和尚，一個蓄髮成為道士．和尚工於書法，道士擅長繪畫．其實，和尚並不信佛，道士也不信仙，只是為了擺脫世俗的煩惱才以寺廟為棲身之地．我到廟裡去只是為了在工作之餘放鬆一下，切搓詩文書畫和哲學．哲學能使人進入高尚的境界．佛、道、儒是不同的哲學，但都是教人從善．以善為本，存仁於心．家裡有不少哲學書，將來你應當讀一點．要覽百家之說，以防一家之偏．”
進高中後，語文課本里有了幾篇古文．父親翻了翻課本，說：“太少．搞現代文也需要有古文根底．”隨即拿出一本《論語》，說：“要從如何做人、如何做學問學起．”我讀了第一頁，“子曰學而時習之不亦悅乎”，但怎么也不能使我“悅”得起來．父親也不勉強我，說：“挑你自己最感興趣的書讀吧．多讀一點總會有好處，但不要影響學校里的正常功課．”我對《莊子》較感興趣，因為它是通過故事來闡明哲理．它的第一篇就讓我騎著鯤鵬入海上天．天之蒼蒼，其本性也，其遠無極．我頓時感到：萬物都在宇宙之中，宇宙則在莊子書中．
先秦諸子的書很難讀懂，那倒也好，學五柳先生不求甚解，讀不懂就猜．猜就是獨立思考．猜對了等於讀懂，猜錯了就算是修正或發展了前人的思想．宋以後的書就比較好讀了．父親偶爾要考考我，發現我在某些方面是在胡說八道，便取出明末哲學家王夫之的《船山文集》，說：“看來學古文需要由近及遠．此書深入淺出，值得一讀．”此後不久，我就接受了王夫之的關於物質不生不滅和萬物統一於陰陽二氣的思想．後來我把陰陽元氣論同愛因斯坦的場本原論聯繫起來思考，把陰陽二氣理解為引力場和電磁場，我的引－電統一場論就是立足於此．
家中缺少科技方面的書籍，好在我家離當時全市最大的新華書店只有兩三百米，該書店裡對於我來說是一個開架的圖書館，我在星期天多半是全天站在書店裡閱讀，科普作品使我對多種學科產生了興趣．特別是各種稀奇古怪天體的誘惑力和宇宙的神秘性，使天文學成為我的業餘愛好之一．高一時已經知道愛因斯坦有限無界宇宙模型的大意，一度成為大爆炸宇宙論的虔誠信徒．後來進一步思考並親自論證，才認為大爆炸宇宙論是物理學有史以來最具有欺騙性的無稽之說．
Ⅱ．多變的專業方向
我於1957年考入南京大學物理系．該校有一個“廟小而菩薩大”的天文學系．物理系所有的基礎課和理論物理課都是與天文系合班上課，這種條件是國內其他高校沒有的，而天文學又偏偏是我的業餘愛好，因而天文系的一些教材就自然地成為我業餘自學的對象．這是我與物理系的其他學生不同之處．
1958年教育革命開始，使我有機會在讀完一年級之後就接下了研製紅外線防護鏡的任務，隨後創辦工廠．這種實踐使我意識到綜合性知識的重要性．
1959年5月，我被分配到原子核物理專業．
1960年7月，在核物理專業剛讀完三年級，就奉命轉到無線電專業擔任預備教師，迫使我利用暑假補學無線電專業的電路分析課．
1960年9月初，我還沒有來得及以預備教師的身份前往無線電教研室上班，就接到“前往學校舉辦的自然辯證法學習班報到”的通知．
1961年2月回到物理系，承擔電動力學與相對論習題課的教學任務．
1961年7月得到高教部關於預備教師一律回班學習的通知，重新成為學生，但又一次以工作需要的名義要我改讀半導體物理專業，因而整個暑假都用於按新專業的需要來自學所缺的課，直到五年級第二學期才跟上同班同學的進度．
這種涉獵多種專業的求學經歷不是一種享受，幸好物理系的不同專業有不少課是相同的，而專業課又都比基礎理論課易學．總算是熬了過來．
Ⅲ．多變的教學任務
1962年畢業留校，但不是留在半導體物理教研室，而是定位於純屬教學編制的基礎物理教研室，並擔任學生的政治輔導員，兼任團總支副書記．這就意味著，今後不僅沒有機會接觸科研設備，而且連線觸教學儀器的機會也沒有．
當年的教學編制與科研編制是分得很清的．科研人員可以兼搞教學，教學人員如果主動要求兼搞點科研，那就會被認為是有“白專道路”之嫌，就要開會幫助幫助你．政治輔導員又不同於一般教師，兼搞教學是可以的，但不能脫離他所帶領的年級，所以只能採用跟班教學的辦法，每個學期換一門新的習題課．當年的助教是要承擔答疑任務的，要應付學生有可能提出的各種問題，總不能留給學生一問三不知的印象，所以這種每學期都換新課的兼職教學工作是很苦的．
1973年“複課鬧革命”，文革前的骨幹教師已有一批歸天或靠邊，我已步入中年教師的行列，開始擔任主講教師．此後奉命對多門課進行教改試點，十年里開了十門新課．不久就連續擔任國家教委理科普通物理教材組秘書達十年之久．秘書有起草會議紀要的義務，開會時不能思想開小差，被迫集思廣益．我的滿荷的大班課教學任務從未能有一學期間斷，因而在科研方面只能是利用業餘時間搞那種自選的不需要經費和設備的純理論性課題．
這種特殊的背景，注定了我在教學和科研方面都有與眾不同之處．
二、對運動基本形式的認定
1960年暑假．
上文已經說過，我在讀完三年級以後，突然接到由原子核物理專業調到無線電專業的通知，迫使我自學無線電專業的課程．在這之前，我剛剛讀完量子力學課．電動力學和相對論課也只比量子力學早一個學期，因而印象也很深．相對論使我明確了這樣一點：四維空時框架應當適用於自然科學的一切領域．量子力學使我獲得這樣的印象：波粒二象性似乎是物質在運動形式方面的基本特徵．
在自學無線電專業課程的過程中，我發現了傅立葉分析這個數學工具的重要性．在對無線電信號進行頻譜分析時是使用一維傅立葉變換，在對光學信號進行頻譜分析時是使用二維傅立葉變換．我想到，完備的空時是四維的，因而產生出這樣的想法：如果把傅立葉分析套用於四維空時，那么就應當能得到具有普遍意義的結果．於是發現：波動是一切物質運動的惟一基本形式．推論是：
1）未來的量子力學應當以波動一元論取代目前的波粒二元論，粒子應當是波包，終極意義下的基本粒子根本不可能存在；
2）單色波是一切波的基本成分，它是連續函式，只在無限多種單色波疊加之後才會出現間斷區，這就表明連續性是絕對的，不連續性是屬於假象；
3）連續性意味著因果律是絕對的，目前在量子力學領域內占統治地位的基本觀點應被推翻，量子力學遲早會回到愛因斯坦因果決定論的立場；
4）單色波在空間上和時間上都是無限的，因而宇宙應當是無限的．
作為一種數學工具，傅立葉分析應當是普遍適用的．因此，在認定波動是物質運動的惟一基本形式之後，傳統的那種把機械運動、熱運動、電磁運動之類都當做“基本運動”的觀點，從此從我的腦海里一掃而空．在《述評》中，量子力學所需的力學量算符全部是用四維傅立葉變換來導出的(見《述評》 p.670)；在推導薛丁格方程時，也是以四維傅立葉分析為數學工具(見《述評》 p.809)．
三、對物質基本成分的認定
1960年9月至1961年1月．
1960年暑假一過，我就進入了學校專為培訓理科各系教師而舉辦的自然辯證法學習班．郭影秋校長向學員們提出了“關起門來好好讀書”的要求，又向各系領導人打招呼：要把學習班看作是辦在外地，不許以任何理由干擾學員們的學習．這在當年政治運動連續不斷的社會環境裡，是極為難得有的讀書機會．在學員里，我是情況最特殊的一個，特殊之處是：
1）我是惟一的預備教師，年齡最小，孤身一人，因而讀書的時間比任何人都多，每天的讀書時間不少於14小時，節假日也不例外．
2）我是惟一來自物理系的學員，並且是剛剛學過哲學氣味很濃的相對論和量子力學，是帶著物理學中的哲學問題進入學習班的．
3）哲學本來就是我的業餘愛好，上級指定的哲學著作多半是我過去已經自學過的，所以我的大部分時間是用於閱讀科學史、哲學史和邏輯學方面的著作．
4）由於在學習班裡提出了一個與科技戰略問題有關的哲學觀點，使我意外地結識了國內的一流天文學家戴文賽教授和一流哲學家孫叔平教授．
在引－電統一場論這個課題方面，有一半關鍵性的工作是在自然辯證法學習班學習期間完成的．
在認定波動是物質運動的惟一基本形式之後，我的注意力就集中到“物質的基本成分究竟是什麼”的問題上．我把已有的物理學知識以及從科學史、哲學史中學到的知識立即同這個問題聯繫起來，並注意到：古代哲學中的元素論、原子論、元氣論、道本原論、數本原論，實際上已經把“本原”的各種可能性都包括了．因而認為：現實世界的本原物質應當是屬於上述五種可能性中的某一種．要想從中把具有現實性的那一種挑選出來，就應當提出一種讓各學派都能接受的判據．我注意到：儘管各種哲學流派在基本觀點上有原則性分歧，但都認為基本的東西應當具有簡單性．因而可以把簡單性原則當做一種判據．
光有“簡單”這個概念還不夠，因為不僅一元論、二元論是簡單的，稍許複雜一些的四元論、五元論也還是相當簡單．因此，如果要把簡單性原則當做判據來使用，那么就應當首先對它所包含的概念進行規範．愛因斯坦所追求的簡單是指“儘量簡單”，這是前人未能強調的．用數學語言講，“儘量”就是表示要追求極限．在物理學中，能讓機械運動與隨機運動共存的分支學科是熱學，因而熱學能夠最全面地反映自然，其中的熵增加原理清楚地反映了自然界具有追求極限的自發傾向，因而我認為愛因斯坦的觀點與現實世界的實際情形是一致的．
我同意簡單性原則，但又認為應當把簡單性與它的對立面複雜性統一起來認識．簡單性是就世界的本原本身來說的，由本原構成的展現在人們面前的現實世界是表現為無限制的複雜性．如果本原只有一種，那就意味著不存在對立面，只能形成單質的世界，單質的世界只能是表現為簡單，這就與觀察到的現實世界不符．因此，敘述簡單性原則時，應當把對立統一的思想包括進去．我所作的表述是：儘量簡單而又能保持對稱性．這裡是說“儘量簡單”而未說“最簡單”，沒有把話講絕．最簡單的對稱性是兩極對稱，也就是說，自然界至少需要有一對最基本的物質．實際上，只要有了一對最基本的物質，就總能通過各種組合、疊加之類的方式得到任意複雜的事物，所以我在使用簡單性原則時是選用兩極對稱．
我們首先看看歐洲特有的數本原論．該論是古希臘哲學家和數學家畢達哥拉斯提出的，認為“數支配著世界”．當初的數是專指正實數．如今知道，完備的數應當是複數，包含實數和虛數的對立統一，因而可以認為數本原論完全符合簡單性原則．但該論是把數與物的關係搞顛倒了．由於把數視為本原，所以不需要考慮物質能否生滅的問題．目前宇宙學領域內的主流派也是完全不考慮物質能否生滅的問題，認為單純地從數學方程中就能導出整個物質性的宇宙．可以認為這是數本原論的現代表現．
再看看中國特有的道本原論．該論是老子提出的，認為萬物源出於道，復歸於道．道作為一種本原，不是靜止的，它自身隱含著對立面．因而可以認為道本原論完全符合簡單性原則．但是，道不是物質，而是先天地生的、超物質的理性原則．在該論中，物質是能生能滅的．在歐洲，與道本原論類似的哲學是二十世紀才出現的玻爾哲學．玻爾哲學實際上是直接來源於老子的道本原論，他把道解釋為非決定論意義下的隨機性規律，並以不確定關係式為數學依據、以電子衍射實驗為實物依據，認定這種哲學為量子力學的靈魂，對隧道效應作出了違背能量守恆原理的解釋．這種觀點至今統治著物理學界．元素論、原子論和元氣論都屬於唯物論範疇，可被統稱為物本原論．
古希臘哲學中的四元素論和中國的五行論最初是以探索基本物質為目的，後來的事實表明，四元素或五行實際上是指四類物質或五類物質，每類物質都很複雜，分明不符合簡單性原則．古希臘原子論中所說的原子就是今人所說的基本粒子，認為萬物都是由基本粒子構成．這種哲學觀點在歐洲曾長期占主導地位，並且成功地指導了化學和原子物理的發展．中國先秦哲學中的“至小無內的小一”也是基本粒子的意思，但這種思想未能流傳．如今，“萬物由基本粒子構成”的思想在粒子物理領域內仍占主導地位．目前人們預測，認為基本粒子總共有60種．從基本粒子品種數量方面看雖不夠簡單，但對稱性倒是具有的．電子和夸克都存在著無法用參考系的變換來消除的自旋，這就表明其內幕的複雜性使人們摸不著頭腦，談不上與簡單性原則一致．
元氣論是中國特有的，萌芽於公元前七世紀的精氣論，公元前二世紀明確為陰陽二氣，十一世紀時實現系統化，十七世紀時為王夫之所發展．王說：“陰陽二氣充滿太虛，此外更無他物，亦無間隙．”該論顯然完全符合簡單性原則．在歐洲，直到二十世紀二十年代，與元氣論類似的哲學觀點才由愛因斯坦提出，他一開始就是立足於現代物理學．起初是因為受到德布羅意波的啟發，提出“粒子的每一運動都伴隨著一個波場”的觀點．這種提法是屬於波粒二元論．後來他認為，原則上應當能用邏輯方法從廣義相對論中導出粒子，這就意味著已讓粒子隸屬於波場．我把他的這種哲學稱為場本原論．
我在中學時代已接受元氣論，因而也容易接受場本原論．元氣論中已經明確元氣只有陰、陽兩種，但完全沒有回答、並且完全沒有條件回答“元氣究竟是什麼物質”的問題，沒有論證“為什麼只有兩種元氣”的問題．場本原論中已經明確地提出了引力場，但沒有回答“總共有多少種場”的問題．我的想法是：元氣既然是“無間隙”的，那就應當正是今人所說的場，陰陽二氣應當是代表有聯繫的兩種不同的場，引力場是其中之一，另一種應當是電磁場．
為什麼說基本的場只有兩種？為什麼說基本的場應當是引力場和電磁場？我是從以下三個方面來論證的：
1）利用簡單性原則來論證，“場只有兩種”是最簡單的方案，根據“儘量簡單”的原則，應當認為該方案在各種可能的方案中是機率最大的一種．
2）利用數的特點來論證．我從自己所反對的數本原論中吸取營養，把“數支配著世界”改為“數反映著世界”．也就是說，認為可以通過數的特點來認識物的特點．完備的數隻包含實數和虛數兩部分，暗示著完備的物理量也應當是這樣．物理量的種類雖然很多，但都可以採用無量綱的形式．物理方程中的物理量一旦採用無量綱的形式，那么就變為純粹的數字關係．這就意味著：用數來描繪基本物質時，只需考慮實與虛組成的一對矛盾．
3）利用粒子物理方面實驗結果來論證．這一點是最重要的．儘管粒子的種類很多，但描述它們的性能時都是以質量、電荷量之類為參數，意味著它們周圍的場都是引力場和電磁場．粒子與反粒子相遇時都是化為光子．反過來，光子在一定條件下也能產生出粒子和反粒子來．光子是電磁場，具有質量，因而應當伴有引力場．
結論：萬物皆由引力場和電磁場構成，別無他物．推論是：引力場和電磁場都是以波的形式運動，意味著波動是物質運動的惟一基本形式．這個推論與用傅立葉分析法導出的結論完全相同．
至此，我自己心裡對基本物質的認識是已經清楚了．但是，能否說服別人則是另一個問題．在我面前仍存在非常棘手的問題，因為道本原論和數本原論也都符合簡單性原則，它們與物本原論之間的分水嶺是在物質能否生滅問題上，人們在這個問題上的認識不是很容易統一的．
四、關於物質能否生滅問題
1960年10月1日凌晨．
這一天正是國慶節，幾十萬人的遊行隊伍要提前四五個小時到馬路上的指定地段等候．無事可做，星空就成為我與蔡建華教授的聊天話題．我們從星星談到宇宙，從宇宙談到物質．
蔡說：“愛因斯坦居然能用邏輯方法證明宇宙有限，這樣的超人智慧不僅是空前的，恐怕也是絕後的．”
我說：“但是，超人畢竟還是人，而不是神，仍可能有考慮不周的時候．宇宙是否有限與物質能否生滅，實際上是同一個問題的兩種不同的提法．如果愛因斯坦的有限無界宇宙模型是正確的，那么物質就應當是憑空創生的，意味著要否定物質不滅原理．這個原理是唯物論哲學的核心．它一旦遭到否定，唯物論哲學以致整個物理學就都完蛋了．在我看來，物質不滅原理是可靠的．”
蔡說：“我們確實從未見過物質創生和消滅的事件，可是，從邏輯上講，又怎能憑眼前的經驗就說生滅事件過去從未發生、並且將來也永遠不可能發生呢？所以，物質不滅，物質創生，都只不過是哲學信仰．信仰是靠不住的．真正可靠是實驗和邏輯．你說物質不滅原理是可靠的，你能用邏輯方法證給我看看嗎？”
當時我被問住了．遊行開始之後，我仍在思考這個問題．我有個怪觀點，就是，認為探索性的工作類似於寫詩，需要有靈感．靈感是外界景物誘發的結果．如果希望獲得靈感，那就應當主動為“觸景生情”創造條件．因此，每當我碰到問題而又久思不得其解的時候，就索性決定把問題暫擱一下，然後環顧周圍的一切，並且希望看到儘量多的不同事物，看看在它們表現出的多種情態之中，是否存在著一種與我所考慮的問題有相似之處的情態．
遊行時，最具有動感的自然是遊行隊伍本身，其特點是具有整齊性，但不是絕對整齊，而是存在著隨機性的偏離現象．如果把“遊行隊伍具有整齊性”這句話理解為物理學中的經驗定律，那么就可用誤差來衡量該定律的正確程度．這件事啟發了我，使我覺得可以利用機率論來估算物質不滅原理的置信度．
當天夜裡，我還作了具體的計算．做法是：首先假定“物質不滅”和“物質創生”這兩種可能性都存在著，然後假定各種守恆定律的實驗誤差都有可能是由物質創生或物質消滅引起的，最後用機率論計算出這兩種可能性的機率，結果發現，“物質憑空創生”的機率幾乎等於零(見《述評》 p.3)．從此，物質不滅原理就成為我心目中的不容懷疑的哲學信條．
《述評》一書正是以物質不滅原理為基本的哲學信條．正因為承認物質不滅原理，我才能讓質量守恆原理和電荷守恆原理在引－電統一場論中處於基本定律的位置．
