6、宇宙的基本粒子是什么

  粒子的下面是什么?

    众所周知,物质是由原子组成,而原子由原子核和电子组成,原子核又由质子和中子组成,质子和中子又由夸克组成。那么,夸克和电子又是由什么构成的呢?科学家发现,夸克和电子都不可再分了,似乎是没有内部结构的点粒子,因此把它们称为基本粒子。基本粒子是一切物质的基本单元,就像英语里的“字母”一样。

    但是,已知的基本粒子并不仅仅是夸克和电子两种,而是多达数百种,而且,每一种基本粒子都有它们的反粒子。我们现在把所有的基本粒子分为三大类,通常称为“族”:轻子族,包括电子、中微子等;夸克族,包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克这六种夸克和各自的反夸克;媒介粒子族,包括光子、胶子等。非常奇怪的是,除了夸克和电子外,大部分基本粒子都不组成更大的物质结构,例如,中微子总是在宇宙中独来独往,不与其他物质发生相互作用;媒介粒子则只在其他粒子间传递力的作用;还有很多粒子像介子、超子等都极不稳定,通常在极短时间内衰变成其他粒子。

    我们知道,电子能像地球绕太阳旋转那样绕着原子核运动,但电子能不能也像地球那样进行自转呢?按理说,这是不可能的,因为物体在自转时,其转轴上有一个固定不动的中心点,电子既然是一个点状粒子,那它就不会有什么多余的“中心点”,它的自旋也就无从谈起。但科学家证实,电子仍然像地球那样,既公转,也自转,而且永远地以固定不变的速率旋转,这是电子自身固有的性质,称为“内禀自旋”。而且,所有的基本粒子都有与电子相同的自旋。

    这些基本粒子性质各不相同的原因是什么?它们为什么在不停地自旋?这些不同的粒子还能不能找到更深层的、统一的内部结构?这些问题长期以来都在困绕着科学家们。

为何有四种力?

    进一步的问题就是,这么多不同种类的粒子是如何联系在一起的?假如宇宙是由很多微小的、相互间没有关系的物质微粒组成的,它们中的任何一个都是像被“隔离”的,那么,在这样的一个宇宙中,就会既无恒星,又无行星和生命,只是一个寂寞的、完全没有事件发生的微粒集合。

幸运的是,事实并非如此,宇宙中存在着各种类型的力,是它们把散沙般的基本粒子结合在一起,组成了各种各样的物质,并安排了宇宙间的秩序。这些力从本质上都可归结为四种基本力：引力、电磁力、强力和弱力。

   这四种力的来源是不一样的。引力源于物体质量的相互吸引,两个有质量的物体间就存在引力,物体的质量越大,引力就越大。电磁力是由粒子的电荷产生的,一个粒子可以带正电荷,或者带负电荷,同性电荷相斥,异性电荷相吸。如果一个粒子不带电荷,则不受电磁力的影响,不会感受到排斥力和吸引力。强力主要是把夸克结合在一起的力,所以也叫核力。像电磁力一样,也起源于电荷,不过只是夸克间的电荷,物理学家称之为“颜色电荷”。弱力的作用是改变粒子而不对粒子产生推和拉的效应,像核聚变和核裂变这两个过程都是受弱力支配的。

    这四种强弱悬殊、性质各异的基本力,完全控制了我们的宇宙。

    现在问题又来了: 四种基本作用力的不同还导致了现代物理学两大支柱——相对论和量子理论——根深蒂固的矛盾。

    爱因斯坦的广义相对论是关于引力的理论。我们前面说过,引力源于物体质量的相互吸引,物体的质量越大,引力越大。但为什么物体的质量会产生引力呢?引力为什么很微弱却又能在宏观范围内起作用呢?比如说,两个人、两块大石头之间的引力几乎就是零,只有像太阳、地球、月亮这样宇宙中的星体,才有明显的引力作用。

    爱因斯坦把这个疑惑给解开了,他给出了一个出人意料却又合乎情理的解答:空间本身是有形状的,当没有任何物质或能量存在时,空间应该是平直光滑的,当一个大质量物体进入空间后,平直的空间就发生了弯曲凹陷,这就像一条拉得很平很直的床单上,当放进一个保龄球时,床单就凹陷下去,所谓引力就是因为这样的空间弯曲而导致的。地球在绕着太阳的轨道上运行,是因为地球滚入了太阳周边弯曲空间的一道“沟谷”,这就是我们通常所说的太阳对地球的引力作用。两个人、两块大石头之间的引力几乎不存在的原因就是,这么小的质量使空间的弯曲几乎为零。因此,普通物体之间的引力作用是可以忽略不计的。

    在这里,引力变成了漂亮的几何图景,引力本身并不存在,它只是空间的几何形变所引起的明显结果。引力的本质就这样被广义相对论圆满地解释了。

    但空间的几何形变却解释不了其他三种力,电磁力、强力和弱力似乎都无法通过空间的褶皱来实现。然而,在微观世界里,空间根本就不是平滑的,而是有无数的粒子在剧烈且永不停息地喧嚣,广义相对论的核心原理——光滑的空间几何概念,在这里被破坏殆尽。

    对另外三种力的解释需要量子理论来完成。量子理论研究微观世界里基本粒子的行为,在这个理论体系中,宇宙中所有的物质最终由数百种不同的基本粒子组成,由于质量小到几近于零,这些粒子的运动轨迹变化莫测,毫无规律可循。在这里,力是由粒子的交换而来的,例如,电磁力是由光子交换而来,两个带电粒子间的相互作用实际上是光子在两个粒子间往来“出没”的结果,两个带电粒子通过交换小小的光子而相互影响,这个过程有点儿像两个溜冰的人在传球,通过传球,两个人的运动状态都在受到影响。其他两种力的相互作用也是如此。

    但是,因空间弯曲所导致的引力是无法通过粒子交换而来的，而且，在微观世界里,粒子的自身质量不仅小到几乎没有，还总是在杂乱无章地运动,它们之间的引力从何谈起?因此，量子理论无法涵盖引力。

    广义相对论与量子理论不能统一,成为现代物理学最核心的灾难。人们很难相信,在宇宙的微观层面和宏观层面,居然不是一个统一连贯的整体,我们对宇宙最深处的认识居然是由两个分裂的理论拼接起来的。为了能让两个理论协调起来,物理学家做过大量的尝试,他们以这样那样的方法,要么修正广义相对论,要么修正量子理论。虽然一次次的努力都胆识惊人,但结果却一个跟着一个失败。

    终于,弦理论（String Theory）来了。被称为最具权威的描述宇宙现象的理论。最有希望解答物理学中一切难题的理论。1974年美国Schwarz教授和法国物理学家Scherk提出。

    粒子怎样变成弦?

    一连串的疑惑不得不使科学家认真考虑:也许在基本粒子内部存在一种更深层的结构,这种结构尚未被我们所理解。自20世纪60年代以来,在科学家孜孜不倦地努力下,一个新的理论逐渐浮出水面,这就是超弦理论。超弦理论认为,在每一个基本粒子内部,都有一根细细的线在振动,就像小提琴琴弦的振动一样,因此这根细细的线就被科学家形象地称为“弦”。

     拨动吉他一根弦,你会听到一个音。拨动另一根弦,你会听到另一个不同的音调,因为不同的弦振动的模式不同。一个音乐家通过一个吉他的六弦合奏,使这些弦在不同频率振动,便可创造出无数美妙的音乐。像琴弦的不同振动模式弹出不同的乐音那样,粒子内部的弦也有不同的振动模式,只不过这种弦的振动不是产生什么音乐,而是产生一个个粒子。不同粒子的性质由弦的不同振动行为来决定,电子是以某种方式振动的弦,上夸克又是以另一种方式振动的弦,如此等等。

    弦与粒子质量的关联是很容易理解的。弦的振动越剧烈,粒子的能量就越大;振动越轻柔,粒子的能量就越小。这也是我们熟悉的现象:当我们用力拨动琴弦时,振动会很剧烈;轻轻拨动它时,振动会很轻柔。而依据爱因斯坦的质能原理,能量和质量像一枚硬币的两面,是同一事物的不同表现:大能量意味着大质量,小能量意味着小质量。因此,振动较剧烈的粒子质量较大,反之,振动较轻柔的粒子则质量较小。

    依照弦理论, 根本不存在粒子,只有弦在空间运动,每个基本粒子都由一根弦组成,而所有的弦都是绝对相同的。不同的基本粒子实际上是在相同的弦上弹奏着不同的“音调”。由无数这样振动着的弦组成的宇宙,就像一支伟大的交响曲。

　　所以，根本没有基本粒子，更没有物质存在，宇宙完全是振动而产生的。

 这跟佛家讲的万法皆空，《金刚经》上所说的「凡所有相，皆是虚妄」、「一切有为法，如梦幻泡影」，那是不是这个情形？真的，物质不存在，物质是幻相。

佛告诉你，弦都没有了，心动！六祖大师当年到法性寺，就是现在的光孝寺，听印宗法师讲《涅槃经》。他看到有两个听众，外面风吹着幡，两个人在争论，一个人说，你看幡动；不是的，风动，那个讲幡动，他们两个在争论，争论不休。六祖走上前去跟他们两个说，「不是幡动，不是风动，仁者心动」。风也没动，幡也没动，是你心在动。这才把现象的根源说出来了。

　　如来现相品第二：

佛剎微尘数，如是诸国土，能令一念中，一一尘中现。

宇宙实际就是一念，念念相续的虚幻相

　　若心不动，则能悉见悉现：

　　世主玅严品第一：

佛于一切十方中。寂然不动无来去。应化衆生悉令见。

    弦如何运动?

    弦本身很简单,只是一根极微小的线,弦可以闭合成圈(闭弦),也可以打开像头发(开弦)。一根弦还能分解成更细小的弦,也能与别的弦碰撞构成更长的弦。例如，一根开弦可以分裂成两根小的开弦；也可以形成一根开弦和一根闭弦；一根闭弦可以分裂成两个小的闭弦；两根弦碰撞可以产生两个新的弦。

    但是当一根弦在时空中移动时,它就没那么简单了。弦的运动是如此的复杂,以至于三维空间已经无法容纳它的运动轨迹,必须有高达十维的空间才能满足它的运动(十维空间是数学方程计算的结果)。就像人的运动复杂到无法在二维平面中完成,而必须在三维空间中完成一样。

入法界品第三十九：

　　善财童子参访喜目观察众生夜神（三地菩萨发光地）。

喜目观察众生主夜神:

佛子我尔时　得入普贤道　了知十法界　一切差别门

例：万花筒（知道一切差别皆由转动而起之幻相）

    点粒子内部的空间不是三维的,可能还有很多维,这似乎非常不可思议,不过,认真想起来，高维空间的存在完全是合理的。为了看清这一点，我们可以举一支笔的例子。我们知道, 笔的表面是二维的，但是当我们从远处看它时,它却象是一维的直线。这是为什么呢？原来，笔的那两维很不一样，沿着笔伸展方向的一维很长，容易看到：而容易绕着笔的那一个圆圈维很短,“卷缩起来了”,不容易发现。你必须走近笔，才能看清绕着圆圈的那一维。

    这个例子表明了空间维度的一个微妙而又重要的特征:空间维有两种。它可能很大延伸得很远,能直接显露出来;它也可能很小,卷缩了,很难看出来。笔比较粗大,绕着笔的那一维很容易就看到。假如笔很细——像一根头发丝或毛细管那样细,要看那卷缩的维可就不那么容易了。

    在最微小的尺度上,科学家业已证明,我们宇宙的空间结构既有延展的维,也有卷缩的维。就是说,我们的宇宙有像笔在水平方向延伸的、大的、容易看到的维——我们寻常经历的三维,也有像笔在横向上的圆圈那样的卷缩的维——这些多余的维紧紧卷缩在一个微小的空间,即使用我们最精密的仪器也根本不能探测它们。

    那些看不见的维可能会有多小呢?我们最先进的仪器能探测到百亿亿分之一米的结构,如果那些维度卷缩得比这个尺度还小,我们就看不见了。科学家的计算表明,卷缩的维可能小到普朗克长度(即10-33厘米),是目前的实验远远不可能达到的。

    为什么需要多维空间?

     理解了宇宙的空间有更多维存在,再回过来看相对论与量子理论是如何产生矛盾的,我们就很容易理解了:这两个理论在日常的三维空间里是不可能统一的,它们的矛盾是必然的,只有在高维空间里才能得到统一。

    为了更好地理解这一点,我们可以举一个三维世界和二维世界的例子。我们首先假设有一些生活在二维平面世界的生命,它们的世界里只有长和宽,根本无法理解第三维——“高”这一维。因此,它们对三维世界的感知只限于三维物体在平面世界的投影,或者三维物体与平面世界的接触面,试想一想,一个平面生命怎么能够通过投影来想象三维物体的丰富性和完整性呢?当三维物体与平面世界接触时,三维物体在平面世界上的零碎片段,比如一张桌子的四根脚柱、人印在地面上的两双鞋印,更让平面生命摸不着头脑——这些拼不到一起的碎片究竟意味着什么呢?它们不能想象,四片互不相连的印迹怎么会构成一张完整的桌子呢?那断断续续的鞋印上怎么会有一双完整的鞋呢?而且,鞋的上面竟然还有一个更加完整的人!用二维的眼光来打量这些碎片,你永远不可能将它们拼成一个整体。

    于是有一天,一个足智多谋的平面生命偶然想出一个绝妙的主意。它宣布,平面世界之外还有一个“向上”的第三维,如果顺着这些碎片“向上”看,其实碎片是一个完整的整体！这真是个惊人的见解，大多数平面生命都困惑不解。

    相对论和量子理论的遭遇与这种情况非常相似，在我们的三维空间里，它们就像两块互不相干的碎片，永远也拼合不到一起。但把空间“向上”抬一抬，把宇宙变为十维空间,相对论和量子理论这两块看似互不相干的碎片就会令人震惊地结合得天衣无缝，成为一个更完整的理论大厦的两根互相依存的支柱！虽然我们在三维空间中无法想象和描述一个多维的空间，但我们却能通过复杂的数学方程推导出它的存在。

　　大菩萨有能力解了悟入多维空间，一切空间：

如来现相品第二：

智身能徧入　一切剎微尘　见身在彼中　普见于诸佛　

如影现众剎　一切如来所　于彼一切中　悉现神通事

（例：用镜子对照 - 影现）

大乘菩萨的心与性德、性体不能圆满相应，我们说得明显一点，还掺杂着毫分不净不善；普贤心决定不掺杂毫分不净不善，他是圆满的。『如影现众剎』，真的确实是影。我们今天这个相，实实在在讲是影像，这是真的不是假的。但是真正修行人，念念清楚，一点不迷。一念不觉就迷了，要念念觉，我们常常说要时时觉、处处觉还不够，念念觉，念念都清楚。这是事实真相。无量无边诸佛剎土，怎么来的？从哪里来的？从众生的业感，这是缘，诸佛菩萨度生的弘愿这是因，因缘和合，影像就现前。

例子：用镜照前，一尺之镜。现千里之影。

由此我们就要觉悟，觉悟到一切法空，《般若经》上讲的确实不错，「一切法无所有，一切法毕竟空，一切法不可得」，我们的心就平静，妄念就没有了。为什么？妄念很辛苦，不是真的，不是事实，那又何必自找苦吃？

    空间中的裂缝

    超弦理论还给我们带来一个更加令人震惊的结果:我们的空间结构居然是离散的,而不是连续的!在我们的日常经验中,空间和时间总是无限可分的,但事实却大谬不然。空间和时间都有自己的最小值:空间的最小尺度为10-33厘米,时间的最小值是10-43秒。因为当空间小到10-33厘米后,时间和空间就会融为一体,空间维度就会高达十维,在这样的情况下,即使空间还能分割,那也是我们目前所不能了解的了。

    虽然当时科学家已经知道了粒子能量的不连续性,但他们却不知道为何有这种不连续性,只是被迫接受而已。但现在我们都知道了,这与空间的不连续性密切相关。正是由于空间有最小的、不可分割的单位,才会影响到基本粒子的能量发射方式。

    空间具有一个最小的、不可分割的值,这个不可思议的现象会导致什么样的结果呢?我们很容易想到:我们宏观的空间结构是由一份份最小的空间包组合起来,在这一份份的空间包中间,极有可能存在着我们无法探测的空间裂缝!所谓“虫洞理论”中在空间中凿开一个洞口的设想,从理论上来说真的是可行的,这就是寻找相邻空间包之间的裂缝,然后用难以想象的高能量轰开这个裂缝,一个虫洞就出现了!可以说,小小的十维空间包以及它们之间的裂缝存在于我们空间的每一个角落,只要我们有足够的能量,我们可以在任何地方凿开一个虫洞。

　　这个基本粒子（弦）实际上是念头，所谓空间裂缝是念与念之间的间隔。

佛即问弥勒：心有所念，几念几相识耶？

弥勒言：

举手弹指之顷，

三十二亿百千念，念念成形，

形形皆有识，念极微细，不可执持。 

(《菩萨从兜术天降神母胎说广普经》   〈三世等品〉第五)

（十念生备注：三十二亿百千念大约10的28幂次方）

这段话说明宇宙间这些森罗万象，在佛法里面讲的自性能生万法，怎么生？波动现象。你看佛说的「迷唯一念」，那个一念就是波动，只要一动，遍法界虚空界里面的现象就生了。它有没有次第？是有次第，太快了，我们没法子观察到。它的次第在《唯识论》里面讲得很清楚，一念不觉，这一念不觉就叫做无明，无明就是不觉，不觉就叫无明。这一念不觉怎么样？大光明藏见不到了。不动的时候，心里没有念头不动的时候是光明的，自性是光明的、是圆满的，宇宙是大光明。所以性德的光是柔和的，这个磁场非常之好。

可是你心一动，这就失掉，你就见不到了，这个光明就变成黑暗，所以叫无明，明没有了。本来是明的，你心一动就变成无明；心不动的时候，无明就没有了。所以无明不觉生三细，无明里面有三细相，第一个是业相，业就是动，就是此地讲的它不断的在动，从来也不停。但是你要晓得，它那个动就像我们电影的放映机一样，确实这个动不是连续的，它是剎那剎那，像闪光一样，一闪一闪的，它闪得太快了，我们看到好像是连到，其实它是一念一念的。所以你一念觉，无明就没有了，觉也是一念，迷也是一念。我们现在这个现象就是一个念头一个念头它全是迷，念念都没有觉悟过，都在迷，它都在动，不动就觉了，极其微细的还是在动。

   　八地菩萨可观察到此生灭相（空间的最小尺度为10-33厘米,时间的最小值是10-43秒。）。　

　　八地菩萨能见此境界

十地品第二十六：

观世间成。观世间坏。由此业集故成。由此业尽故坏。几时成。几时坏。几时成住。几时坏住。皆如实知。

　　空间裂缝，即前念已灭，后念未生以前。大光明藏，常寂光土。

入法界品：善财童子，参访慈行童女，慈行童女开示：智眼无瞖普观法界。慧心广大犹如虗空。一切境界悉皆明见。获无碍地大光明藏。    

7、超距作用和全息理论

　　一九八二年，在巴黎大学由物理学家阿斯派克特Alain Aspect所领导的一组研究人员，他们进行了一项也许会成为二十世纪最重要的实验。Aspect和他的小组发现，在特定的情况下，次原子的粒子们，例如电子，同时向相反方向发射后，在运动时能够彼此互通信息。不管彼此之间的距离多么遥远，不管它们是相隔十尺或十万万里远，它们似乎总是知道相对一方的运动方式，在一方被影响而改变方向时，双方会同时改变方向。这个现象的问题是，它推翻了爱因斯坦的理论：没有任何通讯能够超过光速。由于超过了光速就等于是能够打破时间的界线。但是它也激发了一些具有革命性的解释。例如，伦敦大学的物理学家大卫．波姆David Bohm相信Aspect的发现是意味着客观现实并不存在，尽管宇宙看起来具体而坚实，其实宇宙只是一个幻象，一个巨大而细节丰富的全像摄影相片（Hologram）。

 　　要了解为什么Bohm会做出如此惊人的解释，我们必须首先了解什么是全像摄影相片。全像摄影相片是靠雷射做出的一种三度空间立体摄影相片。要制作一张全像摄影相片，物体首先必须用一道激光束照射，然后第二道激光束与第一道光束的反射产生绕射的图案（两道光束交集的地区），被记录于底片上。底片洗出后，看起来象是无意义的光圈与条纹组合。但是当底片被另一道激光束照射时，一个三度空间的立体影像就会出现在底片中。真正的全像摄影相片是没有角度限制，而且必须用雷射光才可见影像。如果一个人的全像相片被割成两半，然后用雷射照射，会发现每一半都有整个人的影像。事实上，即使把这一半再分为两半，然后再分下去，每一小块底片中都会包含着一个较小的，但是完整的原来影像。不像平常的相片，全像相片的每一小部份都包含着整体的资料。