湯川秀樹與中國文化

日本著名物理學(xué)家湯川秀樹，曾擔(dān)任京都帝國大學(xué)、東京帝國大學(xué)教授。1949年他因提出關(guān)于核子力的“介子理論”而獲諾貝爾物理學(xué)獎，他也是第一個獲此項殊榮的日本人。1948年湯川秀樹赴美任哥倫比亞大學(xué)教授，1953年回國。日本政府為了表彰湯川秀樹，在京都大學(xué)設(shè)立了基礎(chǔ)物理學(xué)研究所，由他擔(dān)任第一任所長。湯川秀樹一生熱愛中國文化，他認(rèn)為中國文化對自己的物理學(xué)研究裨益良多。

書香浸潤

1907 年 1 月 23 日（明治四十年），湯川秀樹出生于東京的麻布區(qū)，他是家中五兄弟之一，在七個孩子中排行第五。父親小川涿治（Takuji Ogawa），母親小雪（Koyuki）。湯川秀樹本名小川秀樹，直到1932 年結(jié)婚，他入贅妻子湯川須美的家，才改為今名。而當(dāng)年秀樹的父親也是入贅女婿，父親的姓氏從淺井改為小川。秀樹出生后幾個月，父親因有留學(xué)背景，被任命為京都大學(xué)地理學(xué)教授，因此全家搬往京都。秀樹把京都看作是自己的家鄉(xiāng)，他在那里幾乎度過了一生。

淺井家和小川家有幾代學(xué)者浸潤于中國和日本的傳統(tǒng)文化。秀樹的祖父飽讀詩書，是一位中國古典文學(xué)教師。秀樹的父親受家庭影響，從小學(xué)習(xí)漢學(xué)，祖父大部分采用口授，且崇尚“讀而不講”，很像魯迅《從百草園到三味書屋》里面那種“搖頭晃腦跟著老師念”的學(xué)習(xí)方式。后來琢治成年，從事地質(zhì)學(xué)研究，但他仍愛讀中國典籍，愛好收藏文物，對中國古代歷史的濃厚興趣貫穿了他一生。

秀樹四五歲時，開始了啟蒙教育。當(dāng)時外祖父母跟著他們家住，外祖父便擔(dān)負(fù)起教授秀樹的責(zé)任。外祖父不教ABC，也不教一二三，上來就教漢學(xué)典籍，采用《論語》、《孟子》的選文。外祖父的教育理念和方式是“讀而不講”，常常是外祖父用指字棒先讀，小秀樹逐字逐句跟著念。外祖父要求小秀樹吐字清楚，聲音洪亮。剛開始時，小秀樹還比較認(rèn)真，但時間稍長，就感覺枯燥乏味，又不知其義，簡直是一種折磨。

說來也怪，經(jīng)過一段時間學(xué)習(xí)，看起來十分難懂的文章秀樹竟然能流利地讀下來；再過一段時間，秀樹可以完整地將一整篇文章背下來。

外祖父的這種“讀而不講”的教學(xué)方式，雖然讓秀樹一度難以接受，但事后看來效果卻十分明顯。

上小學(xué)時，秀樹開始接觸稗史小說，借助于漢字旁邊用小字寫的注釋，他貪婪地閱讀了許多江戶時代用日文翻譯的中國小說，如《水滸傳》、《三國志》和《西游記》。甚至直到老年，秀樹還能記得《水滸傳》中一百零八將中的大部分人名。

秀樹小時也學(xué)習(xí)中國書法，他臨摹過的古代名家的書法有歐陽詢的楷書，也有王羲之的行書和草書。讀經(jīng)典、練書法的方式，使秀樹深受中國文化的熏陶，這種熏陶影響了他一生。

志在物理

湯川秀樹天性不好交際，不善于同別人打交道，按他自己的說法，他愿意在一種不太需要交際的研究領(lǐng)域中工作。

身為地理學(xué)家的父親希望秀樹將來從事人文地理學(xué)，秀樹覺得這是一種需要和人保持密切交往的學(xué)科，這恰是他難以忍受的事，因而他沒有聽從父親的建議。他甚至一度表示，對與人打交道的專業(yè)他全無興趣。

1923年，秀樹進(jìn)入京都第三高等中學(xué)，對經(jīng)濟(jì)學(xué)和法律等人文課程，聽講時總是一個耳朵進(jìn)一個耳朵出，但他卻喜歡數(shù)學(xué)和物理。課余時間，秀樹常到藏書豐富的學(xué)校圖書館去閱讀，當(dāng)時巖波書店正在陸續(xù)出版一套哲學(xué)叢刊，其中有田邊元（1885-1962）著的《近幾年的自然科學(xué)》和多卷本《科學(xué)概論》。秀樹發(fā)現(xiàn)這些書十分有趣。當(dāng)時還有一位科學(xué)家（也是多產(chǎn)作家）石原純（1881-1947），他的代表作是《相對論中和物理中的基本問題》，秀樹讀起來也感興趣。田邊元的著作解釋了許多問題，其中之一是量子理論，秀樹讀了很多遍都不好理解，這種難理解性反而成為一種巨大的誘惑，使秀樹產(chǎn)生強(qiáng)烈的感覺，認(rèn)為這就是他應(yīng)當(dāng)研究的學(xué)科。 相比之下，秀樹覺得石原純寫的關(guān)于相對論的解釋不難懂，而量子理論卻是十分奇特的。

高中時，秀樹選德語作為二外，能讀懂德文讓他高興，而且他暗地有通讀一本德文書的心愿。上高三時，秀樹在一家書店偶然發(fā)現(xiàn)普朗克（Max Plank）著的《理論物理學(xué)導(dǎo)論》第一卷（動力學(xué)部分），這本書根據(jù)普朗克在柏林大學(xué)講課的講義寫成，思想清晰，邏輯性強(qiáng)。秀樹非常驚訝，他這樣的高中生竟然能讀懂這本書，而這樣的好書，此前竟沒有人向他介紹過。使他興奮的是，從讀過的田邊和石原的書中了解到，普朗克就是量子理論的創(chuàng)始人，于是，這更增強(qiáng)了秀樹從事物理學(xué)研究的抱負(fù)。秀樹后來回憶道，使他決定從事理論物理學(xué)研究的影響最大的因素中，就包括田邊和石原的著作，隨后是普朗克的著作。

高中畢業(yè)后，秀樹報考京都大學(xué)物理系，順利通過了考試。然而進(jìn)大學(xué)后，秀樹發(fā)現(xiàn)他所設(shè)想的量子理論已經(jīng)過時了，一種更先進(jìn)的量子力學(xué)出現(xiàn)，而且正在歐洲物理學(xué)界引起極大的反響。無論如何，秀樹下決心要掌握。當(dāng)時的德國處在科學(xué)領(lǐng)先地位，而周邊的國家，尤其是丹麥、荷蘭和瑞士，以及在英國、法國和意大利，年輕的科學(xué)家們正突飛猛進(jìn)，取得了各種驚人的成果。秀樹一度很失望，甚至感到當(dāng)一個物理學(xué)家為時已晚。因此他問自己，畢業(yè)之后應(yīng)該干什么？想來想去，他對其他學(xué)科都不喜歡，還是決定研究理論物理學(xué)。問題是研究理論物理學(xué)的哪個方面？考慮再三，他意識到科學(xué)界對原子核和宇宙射線所知甚少，而且在這個領(lǐng)域工作的人也寥寥無幾，因而大學(xué)畢業(yè)后不久，秀樹鐵了心：就從事這個方向的研究，不再有其他的選擇。

預(yù)言介子

1933年，湯川秀樹開始了大學(xué)教書生涯，并專注于理論物理學(xué)研究。當(dāng)時已經(jīng)知道有電子、質(zhì)子和中子，而且知道質(zhì)子和中子組成的原子核相當(dāng)穩(wěn)定。是什么原因使原子核具有如此的穩(wěn)定性呢？按說具有同種電荷的質(zhì)子應(yīng)當(dāng)相互排斥，而不帶電荷的中子無力抵消這種排斥。

當(dāng)時，德國物理學(xué)家海森堡（Heisenberg）提出一種模型，認(rèn)為質(zhì)子和中子通過電子交換相互作用維系在一起。然而湯川秀樹通過研究認(rèn)為，這樣的模型缺少一種充分的核力。

1934年10月，就在湯川秀樹的第二個孩子出生后不久的一個不眠之夜，他突然有了明確的想法：假定存在一種新的粒子，就可以解釋質(zhì)子和中子之間的相互作用。他提出假定的根據(jù)是，發(fā)現(xiàn)核力的作用范圍與量子（能束）的質(zhì)量成反比，通過量子物理學(xué)計算，他預(yù)言這樣一種粒子的質(zhì)量大約是電子質(zhì)量的200倍。

1935年，湯川秀樹在日本物理-數(shù)學(xué)學(xué)會會議上公開他的研究，其論文發(fā)表在《日本物理-數(shù)學(xué)學(xué)會會議錄》第一卷，并為他的新粒子起名“重量子”或“U量子”。不過，湯川秀樹對新粒子的預(yù)言起初并沒有在歐洲科學(xué)界引起什么反響，部分原因是缺乏實驗證據(jù)。

1937年，秀樹的預(yù)言得到了實驗驗證。美國物理學(xué)家安德森（C. D. Anderson）和他的助手尼德梅耶（S. Neddemeyer）報告說，在次級宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了一種比電子重、比質(zhì)子輕的粒子。湯川秀樹為此寫了一篇簡短的科學(xué)筆記，說他的“重量子”與這種新的宇宙射線粒子可以融為一體，他為這種粒子取名為“宇宙子”。

安德森和尼德梅耶將發(fā)現(xiàn)的粒子稱為“中間子”（mesotron），字頭“meso”在希臘語中的意思是“中間”，表示這種粒子的質(zhì)量在質(zhì)子和中子質(zhì)量之間。美國物理學(xué)家奧本海默提議將這種粒子命名為“湯川子”，以此紀(jì)念湯川秀樹為發(fā)現(xiàn)這種粒子所作的貢獻(xiàn)。1938年，物理學(xué)家霍米·巴巴（Homi Bhabha）命名的“介子”一詞，成為后來物理學(xué)文獻(xiàn)中的標(biāo)準(zhǔn)用語。

隨后的研究表明，雖然安德森和尼德梅耶確定的這種粒子具有核量子所需的質(zhì)量，但科學(xué)家所觀察到的它的壽命為10-6秒，這個值是預(yù)測值10-8秒的100倍。因此，湯川秀樹所預(yù)言的這種粒子還是難以捉摸。

為了解決湯川秀樹的預(yù)言和安德森與尼德梅耶的發(fā)現(xiàn)之間的矛盾，湯川秀樹的同事坂田昌一（S. Sakata）和井上（T. Inoue）假設(shè)：介子可以有兩種形式，一種是μ介子，核子間沒有強(qiáng)相互作用，安德森和尼德梅耶報告的粒子就是這一類型的；第二種是π介子，核子間具有很強(qiáng)的結(jié)合力，其壽命應(yīng)當(dāng)與理論計算結(jié)果相符。這種假設(shè)還提出，π介子會衰變?yōu)棣探樽印?/p>

雖然關(guān)于“兩種介子”的假說于1942年就在日本發(fā)表，但直到1946年該論文的英譯本發(fā)表才引起美國和歐洲科學(xué)家的注意。延遲的原因部分是因為第二次世界大戰(zhàn)期間科學(xué)交流受阻礙。

湯川秀樹的介子假說最終得到了實驗證實。英國物理學(xué)家鮑威爾（Cecil Powell）和同事利用其開發(fā)的照相乳膠技術(shù)記錄下高速帶電粒子的軌跡，從而發(fā)現(xiàn)宇宙射線中存在π介子的證據(jù)。湯川秀樹因成功預(yù)言介子而于1949年獲諾貝爾物理學(xué)獎；鮑威爾于1950年獲諾貝爾物理學(xué)獎。

老莊情結(jié)

湯川秀樹很小就學(xué)習(xí)中國文化，但他最早讀的基本是《論語》、《孟子》、《大學(xué)》等典籍。十三四歲時，秀樹在父親的藏書室里找到了老子和莊子的書，恰恰是祖父和父親不讓他讀這些書而引起他探求秘密的樂趣。還有一種樂趣，按他的說法，“就是和比較自由的思維方式相接觸，這種方式超出了儒家學(xué)說強(qiáng)加給人類思想和行為的那種死板框架”。

湯川秀樹一遍又一遍讀《老子》和《莊子》，其實當(dāng)時他說不出自己是否真正理解這些書，以及感興趣的究竟是什么。然而，當(dāng)他步入中年時，《老子》、《莊子》的寓言卻不時浮現(xiàn)腦際，有一天他正在思索基本粒子的問題，突然想起莊子的一段話，見《莊子·內(nèi)篇·應(yīng)帝王》：

南海之帝為鯈，北海之帝為忽，中央之帝為渾沌。鯈與忽時相與遇于渾沌之地，渾沌待之甚善。鯈與忽謀報渾沌之德，曰：“人皆有七竅以視聽食息。此獨(dú)無有，嘗試鑿之?！比砧徱桓[，七日而渾沌死。

20世紀(jì)60年代，科學(xué)界已發(fā)現(xiàn)30種不同的基本粒子，每種基本粒子都帶來謎一樣的問題。科學(xué)家正深入考慮在這些粒子的背后到底有什么東西。但是，如果證明物質(zhì)有30多種不同的形式，那是很尷尬的，這還叫基本粒子嗎？湯川秀樹認(rèn)為，很可能的是，萬物中最基本的東西并沒有固定的形式，而是可能有著分化為一切種類基本粒子的可能性、但事實上還未分化的某種東西，這種東西也許就是一種“渾沌”。正是在按這樣的思路考慮問題時，湯川秀樹想起了莊子的寓言。

后來，湯川秀樹又發(fā)現(xiàn)了莊子寓言的一種新魅力，他把鯈和忽看成某種類似基本粒子的東西，只要它們還在自由地到處亂竄，什么事情也不會發(fā)生——直至它們從南到北相遇于渾沌之地，這時就會發(fā)生像基本粒子碰撞那樣的一個事件。按照這一蘊(yùn)涵著某種二元論的方式來看，就可以把渾沌的無序狀態(tài)看成把基本粒子包裹起來的時間和空間。在湯川秀樹看來，這樣一種詮釋是可能的。

湯川秀樹也把老莊的思想與古希臘先哲的思想比較，認(rèn)為他們的思想完全不同，老莊的思想構(gòu)成了一種自洽的、理性主義的認(rèn)識，于今作為一種自然哲學(xué)很值得重視。比如老子所言：“天地不仁，以萬物為芻狗”（《老子·五章》），秀樹說：如果把“天地”自然擴(kuò)展到包括人類創(chuàng)造的人工自然，把“萬物”看做包括人類本身，我們就不得不擔(dān)憂人類會不會被自己創(chuàng)造的科學(xué)技術(shù)毀滅。湯川秀樹的擔(dān)憂也讓我們產(chǎn)生聯(lián)想，近年出現(xiàn)的嚴(yán)重霧霾，水源污染，食品安全，乃至全球性氣候異常，無不是人類過度的開發(fā)活動所造成的惡果。老子之言，不啻警鐘！

知魚之樂

湯川秀樹早年學(xué)過書法，成名后的他常常被人求字，有一段時間，湯川秀樹就多寫“知魚樂”三個漢字。求墨寶的人沒讀過莊子的書，當(dāng)然不解其意，因此就向他請教。這引發(fā)了湯川秀樹的一番妙論，后來他還專寫了一篇文章，就叫《知魚樂》，詳談他的觀點(diǎn)?！爸~樂”典出《莊子·秋水》，原文如下：

莊子與惠子游于濠梁之上。莊子曰：“儵魚出游從容，是魚之樂也。”惠子曰：“子非魚，安知魚之樂？”莊子曰：“子非我，安知我不知魚之樂？”惠子曰：“我非子，固不知子矣。子固非魚也，子之不知魚之樂，全矣?！鼻f子曰：“請循其本。子曰‘汝安知魚樂’云者，既已知吾知之而問我，我知之濠上也?！?/p>

湯川秀樹說，這段對話看起來頗有點(diǎn)像禪宗問答形式，而實際上卻很不同。禪宗總是把論證進(jìn)行到科學(xué)無能為力的地方，而莊子和惠子問答則可以看作是對科學(xué)中理性主義和經(jīng)驗主義這一問題的間接評注。惠子論證方式的邏輯學(xué)看來始終比莊子的邏輯學(xué)要好得多，而且，惠子拒不承認(rèn)任何像“魚之樂”那樣的既無明確定義又無法證實的事物，這當(dāng)然是和傳統(tǒng)的科學(xué)態(tài)度更加接近的。話雖這么說，作為科學(xué)家的湯川秀樹，卻覺得“自己更傾向于對莊子所要暗示的東西”。

湯川秀樹認(rèn)為，假如所有的科學(xué)家都堅持這兩種極端看法中的一種，那么也就不可能產(chǎn)生我們今天的科學(xué)。甚至在19世紀(jì)，更不必說古希臘學(xué)者德謨克利特提出原子說時，關(guān)于原子的存在沒有任何直接證明。盡管如此，依據(jù)存在原子的假設(shè)而工作的科學(xué)家，卻比那些不用這種假設(shè)的科學(xué)家對自然界有更加深入和廣闊的認(rèn)識?？茖W(xué)的發(fā)展已清楚地證明，不承認(rèn)任何未經(jīng)證實的事物的態(tài)度過于苛刻。

另一方面，同樣清楚的是，不懷疑任何無法從經(jīng)驗上或邏輯上完全否定的事物，這種態(tài)度也流于隨和。在思維過程中或者在實驗過程中，一個科學(xué)家必須完成一種不可避免的選擇任務(wù)。

湯川秀樹說，沒有任何科學(xué)家會頑固堅持上述任何一個極端的觀點(diǎn)，而問題在于他更加接近于其中的哪一個極端。

由上述可見，湯川秀樹對中國傳統(tǒng)文化的體悟達(dá)到了很高的境界。湯川秀樹留下的科學(xué)遺產(chǎn)和精神財富，都值得我們汲取。