如此粒状生命

卡洛·罗威利

译/晨飞

公元前450年，一个人从阿纳托利亚的米利都踏上640千米的旅程，前往色雷斯的阿夫季拉，逃离了一个虽然繁荣但是突然被卷入政治旋涡的希腊城市。这将成为人类文明史上一次关键的旅程。这位旅行者的名字叫留基博；文献上关于他的生平记述寥寥，但是他的思想与精神是不可磨灭的。他著有《大宇宙学》，提出世界瞬变和永恒的理论体系。留基博到达阿夫季拉后，创办了一所科学和哲学学校，并招收了一名年轻的学生德谟克利特。这名学生在人类思想史上影响深远。

这两位思想家一道构建了古代原子主义的宏伟殿堂。留基博是老师；德谟克利特是学生，一名伟大的学生，他一生写了几十本书，涉及众多领域，在当时便受到学界深深的崇敬。塞内卡称他为“古人当中最敏锐者”，西塞罗写道：“谁有他那么伟大，不只论天才，还包括他的精神？”

留基博和德谟克利特都认为，这个世界可以用理性来理解。他们相信自然现象的多样性必须归结为简单的东西，并试图弄清楚这个简单的东西可能是什么。他们假设出一种基础物质，世间万物均由其构成。

米利都的学者阿那克西米尼猜测这个物质可以变密、变稀，因而从构成世界的一种元素转化为另一种元素。这是物理学的第一次萌芽，虽然较为粗略、初级，但方向正确。哲学界需要一种更有远见和系统性的思想，来解释这个世界潜在的秩序。留基博和德谟克利特提出了这个体系。

德谟克利特体系的想法极其简单：整个宇宙是由无数原子构成的无限空间。空间无边无际，没有上下，没有中心，也没有边界。原子除了形状以外，没有其他任何特点，没有重量，没有颜色，也没有味道。德谟克利特说：“甜是观点，苦是观点，热、冷、色也是观点；实际上只有原子和真空。”原子不能再切割，它是现实的基础粒子，一切都是由原子构成的。原子在空间自由移动，相互碰撞，彼此勾连，相互拖拽。相似的原子相互吸引和结合。

这就是世界的组织结构。这就是现实。其他一切只不过是这种运动随机和偶然的副产品，以及原子的各种联合。世界由无数不同的物质构成，这些物质仅仅是原子的这种联合。

原子聚合时，唯一重要的、在基础水平上唯一存在的是其形状、排列以及联合的顺序。“我们无论是编写喜剧还是悲剧，无论是荒唐的故事还是民族史诗，都是利用字母的不同组合；世界的构成也一样，它是由基础原子无限的不同方式的组合而产生。”德谟克利特的这个比喻十分形象。

原子的这种永不终结的舞步没有完结，没有目的。正如自然世界的其他事物一样，我们是这种无限舞步的许多产品之一，即偶然结合的产品。自然继续它对形式和结构的实验；我们和其他动物一样，是无尽的时间过程中随机偶然选择的产品。我们的生命是原子的组合，我们的思想由稀薄的原子组成，我们的梦是原子的产品，我们的希望和情感是用原子组合的语言写就，我们看见的光由原子组成，光给我们带来了形象。海洋是由原子组成的，我们的城市和天上的星球也是。这是极其伟大的观念：无边无际、非常简略、极其强大，一个文明的知识基础将建立于其上。

在此基础之上，德谟克利特撰写了几十部著作，明确而详尽地阐述了一个巨大的体系，探讨物理学、哲学、伦理学、政治学以及宇宙学等问题。他论述了語言的性质，讨论了宗教，探讨了人类社会的起源，还有其他许多问题。所有这些书都遗失无存。我们想了解他的思想只有通过古代其他作者的语录和引用参考，以及对其思想的概括总结。该思想是一种带有强烈的人文主义、理性主义和唯物主义的思索。

德谟克利特有敏锐的自然观察力，由于带有清晰的自然主义思想观照，摒除了神秘观念的残余体系，并且深切关注人性和生命伦理，因而具有巨大的超前性，比18世纪启蒙运动的相关思考早了大约2000年。德谟克利特的伦理理想是通过节制和平衡，依赖理性、控制自我而获得宁静。

柏拉图和亚里士多德很熟悉德谟克利特的观念并与他唱反调。这两位哲学家都拒绝接受德谟克利特的自然主义解释，他们赞成运用终极目的观念理解世界，认为世间发生的一切都有其目的。这种思想对于理解自然的方式有很大误导作用。或者说，以善与恶而论，是用与我们无关的事情混淆人类问题。

亚里士多德大量提及德谟克利特的思想观念，表现出尊敬之意。柏拉图从不引述德谟克利特的观点，但是今天的学者有理由怀疑他是故意而为之，而不是对其著作缺乏了解。柏拉图的几部作品中都暗示出对德谟克利特思想的批评，比如说他对“物理学家”的批判。《斐多篇》里有一段话，柏拉图让苏格拉底表达了对所有“物理学家”的批判。他埋怨“物理学家”解释说地球是圆的，他不同意这个看法，因为他想知道地球是圆的对它有什么“用处”，能给它带来什么益处。伟大的柏拉图在这里简直是离题万里。

20世纪后期最伟大的物理学家理查德·费曼在他精彩的《物理学导论》一开始就写道：

如果有某种社会大变动将摧毁所有的科学知识，只能把一句话传给后代，那么怎样一句话才能用词最少而信息量最大？我相信是“原子假说”或“原子事实” ——或者别的什么名称，不管你叫它什么。“一切都是由原子构成——永远旋转的微粒，保持一点距离时相互吸引，而拥挤时又会相互排斥。”只依靠一丁点想象力和思维，你会在这一句话中看到关于世界的巨大信息量。

无须现代物理的任何知识，德谟克利特已经得出一切由不可再分的粒子构成的思想。他这样做是在观察的基础上对人们的论点进行整理。比如说，他想象车轮的磨损或衣服被晾干或许是由于木粒子或水粒子慢速飞离所致。想象得很合理。

对此他有很系统的哲学论证。让我们仔细看看他的这些观点，因为这些观点的潜力一直延伸至量子引力。

德谟克利特观察到，物质不可能是一个连续的整体，因为这样的话，这个命题里面就有矛盾之处。德谟克利特说，如果物质可以无限切分，也就是说，物质可以进行无数次的分割。那么试想一下，你把一块物质“无限”切分下去，最终留下来的是什么？

能留下外延维的微粒吗？不行，因为如果真是这样，这块物质就还没有被无限切分。因此，最终留下的只会是无外延维的点。可是，现在让我们从这些点开始还原这块物质：把两个无外延维的点放在一起，就得不到有外延维的东西，三个点甚至四个点放在一起也不行。事实上，无论将多少个这样的点放到一起，都永远没有外延维，因为这些点没有外延维。因此，我们不能认为物质是由无外延维的点构成的。德谟克利特的结论是，唯一的可能性是任何单位的物质都是由无数不能分割的离散块组成的，每个离散块都有有限尺寸：原子。

这种微妙的论辩模式源于意大利南部的奇伦托地区，这是一个城镇，现在称为韦利亚，在公元前5世纪是一个繁荣的希腊殖民地，叫作埃里亚。这是巴门尼德的家乡，这位哲学家接受米利都的理性主义以及理性能够向我们揭示事物可以不是其显现的形式的观念。

巴门尼德探索了只通过纯理性走向真理的途径，宣称所有的外貌都是虚幻的，因此打开了通向形而上学的道路，脱离了未来人们称之为“自然科学”的东西。他的学生齐诺，也是埃里亚人，他利用微妙的论点支持这种基要主义理性，从根本上否认了外貌的可信性。这些论点当中有一系列悖论，人们后来称之为“齐诺悖论”，试图说明外表怎么会是虚幻的，认为运动的普通概念是荒唐的。

最著名的齐诺悖论采用的是寓言的形式：乌龟提出跟阿基里斯赛跑，求阿基里斯让他10米。阿基里斯能赶上乌龟吗？齐诺认为，按照严谨的逻辑推论，他永远都追不上乌龟。实际上，在赶上乌龟之前，阿基里斯需要先跑完那10米，为此他得花费一定的时间。在这段时间之内，乌龟会前进几厘米。要跑完这几厘米，阿基里斯又得花费一点时间，但是在这同时，乌龟又前进了一点。如此下去，以至无穷。因此阿基里斯需要无数次才能赶上乌龟，而齐诺认为无数次就是无数的时间。既然我们的确看见阿基里斯赶上并超过乌龟，于是我们的所见就是非理性的，因此是虚幻的。

一根线不能想剪断多少次就剪断多少次；物质不是连续的，而是由有限尺寸的个体“原子”构成的

老实说，这几乎不能令人信服。错误在哪里？答案之一可能是齐诺错了，因为积累无数东西得到的是一个无限的东西的观点是不对的。试想这里有一根线，把它剪为两段，然后再这样剪下去，以至无穷，最终得到的是无数小段；然而，把它们合起来会是有限的，因为只能加到原来那根线那么长。因此，无数的小段线可以成为有限的一根线，无数越来越短的时段可以成为有限的时间，那么这位英雄即使得跑完无数段越来越小的距离，也只需花费有限的时间，最终赶上那个

乌龟。数学里把这称为收敛级数。

似乎这个悖论被解决了。也就是说，答案在于连续统一的概念——任意小的时间能够存在，无数任意小的时间构成一个有限的时间。亚里士多德是第一位由直觉得知这种可能性的，后来得到了古代数学和现代数学的发展。可是，这真的是现实世界正确的解决方案吗？任意短的线真的存在吗？我们能把一根线剪断任意次吗？无限小量的时间存在吗？这都不单单是亚里士多德思考的古老问题。现代物理学家在试图创建一种量子引力理论时要面对的正是这些问题，因为量子引力理论要合并阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的大尺度规则和量子力学的小距离。

按照传统，齐诺遇上了留基博，便成为他的老师。因此，留基博熟悉齐诺的谜。但是留基博发明了一种不同的方法解开这些谜。他认为，任意小的东西也许并不存在，可分性有个下限。宇宙是粒状的，不是持续的。正如德谟克利特的论点那样，无限小的点不可能构成外延维，前面已经提及。因此，这根线必须由无数有限尺寸的有限物体形成。一根线不能想剪断多少次就剪断多少次；物质不是连续的，而是由有限尺寸的个体“原子”构成的。

這个抽象论点无论对与错，其结论包含着大量真理。物质的的确确有原子的结构。如果把一滴水一分为二，得到的是两滴水。把这两滴水再这样分，可以一直分下去，但是不能持续到无限远。在某个点上，只有一个分子，那就结束了。小于一个分子的水滴不存在。

过去的若干世纪积累了足够的证据来证明物质的原子性质，多数证据来自化学。化学物质由几个元素组合而成，是由整数赋予的比例形成的。搞化学的人建立了一种思维方式，将物质视为由原子固定组合的分子构成。例如水H2O是由两个氢原子和一个氧原子组成的。

但这只是线索。在20世纪初期，许多科学家和哲学家仍然认为原子假说不可信。他们当中有著名的物理学家、哲学家恩斯特·马赫，他关于空间的理论将对爱因斯坦产生重要影响。在维也纳帝国科学院路德维希·玻尔兹曼的一次讲座结束时，马赫公开宣布：“我相信原子不存在！”

这件事发生在1897年。许多人像马赫一样，只是把化学符号当作总结化学反应规律的常规方法，而不是由两个氢原子和一个氧原子组成水分子的证据。他们会说，你看不见原子。他们会说，原子是永远也看不见的。然后，他们就问，原子会有多大？德谟克利特根本测量不到原子的尺寸。

可是别人可以。1905年，“原子假说”的确定证据就有了。这个证据是一个25岁的调皮捣蛋鬼找到的。他学的是物理，可是没能找到相关的工作，便在伯尔尼的专利办公室混日子。他撰写了三篇文章寄到当时名气最大的物理学报《物理学年鉴》。其中的第一篇文章里面有原子存在的确定证据，而且还计算了原子的尺寸，解决了留基博和德谟克利特2300年前提出的难题。

这位年轻人就是阿尔伯特·爱因斯坦。

他的方法简单得让人吃惊。从德谟克利特那个时代起，实际上任何人都能做到，但是他得有爱因斯坦的睿智、对数学的足够把握，才能把这个不容易计算的东西计算出来。他的想法是这样的：如果全神贯注地观看非常小的粒子，比如说在静止的空气或液体中悬浮的一粒灰尘或一粒花粉，就能看到它们颤抖、舞动。依靠这种颤抖产生的推力，它们产生移动，随意摇来摆去地飘移，缓慢地、逐渐地离开它们的起点。粒子在流体中的这种运动被称为布朗运动，生物学家罗伯特·布朗1 9世纪对它进行了详细的描述。看上去这种微小的粒子似乎受到两边的任意撞击。不对，不是“似乎”受到撞击，它受到了真正的撞击。颤抖是因为被单个空气分子打击，与粒子相撞，有时在右侧，有时在左侧。

可以从能够观察到的颗粒运动量逆向计算分子的尺寸

难办的是，空气中有巨大量的分子。一般来说，左右两侧对颗粒的撞击次数相同。如果空气分子无限小、无限多，那么来自右侧和左侧的撞击效应应该时刻保持平衡，颗粒就不会移动。但是分子的有限尺寸和有限量的事实就造成波动（这是关键词）。也就是说，撞击绝不会完全平衡，只是总体上持平。试想有那么一会儿，分子数量很少，但是尺寸大。颗粒显然会偶尔受到攻击：一会儿在右侧，一会儿又在左侧。在两次撞击之间，颗粒会稍稍偏向这边或偏向那边，就像小孩子在足球场上带球玩耍那样。分子越小，撞击间隔就越短，不同方向的撞击相互抵消得越多，颗粒移动得就越少。

用一点儿数学知识，就可以从能够观察到的颗粒运动量逆向计算分子的尺寸。爱因斯坦25岁时就干了这件事。在观察颗粒在流体中的浮动时，他通过测量其“浮动”（即离开某个位置）的量，计算出了德谟克利特的原子（构成物质的基本颗粒）的尺寸。2300年后，爱因斯坦证明了德谟克利特见解的准确性：物质是颗粒状的。

古罗马诗人奥维德这样写道：“世界不死， 伟大的卢克莱修的著作也将永存。”我经常这样想，德谟克利特的著作荡然无存是古代经典文明崩溃带给知识世界的最大悲剧。亚里士多德的全部著作留给了我们，西方思想借此得到重构，而德谟克利特的什么也没有。如果德谟克利特的著作全部保存下来，而亚里士多德的什么也没有，那么人类文明的思想文化史也许会更加辉煌。可是一神论几个世纪的统治让德谟克利特的自然主义思想没有幸存下来。

古代学府（如雅典和亚历山大市的那些学校）的关闭和不符合基督教思想的文本的毁灭，规模大，成系统，当时狄奥多西皇帝下令残酷镇压异教，于公元390年至公元391年宣布基督教為帝国唯一必信的宗教。柏拉图和亚里士多德都是异教徒，但因为他们相信灵魂不灭或存在一个原动者，得到了宽容。而德谟克利特不行。

但是有一本著作在这场灾难中幸存下来，完整地传到我们手中。通过这本著作，我们能够了解一点儿古代的原子主义思想，尤其是这种科学的精神。这就是拉丁诗人卢克莱修的《物性论》。

卢克莱修拥护伊壁鸠鲁的哲学，是德谟克利特学生的学生。与其说伊壁鸠鲁对科学问题感兴趣，不如说他对伦理问题感兴趣，且没有达到德谟克利特的深度。他有时候有点肤浅地翻译德谟克利特的原子主义思想，但是他对自然世界的见解大体上是阿夫季拉伟大的哲学家的思想。卢克莱修以诗歌的形式表达出伊壁鸠鲁的思想和德谟克利特的原子主义，这样一来，这种深奥的哲学就从欧洲中世纪黑暗时代的思想文化灾难中部分地保存下来。卢克莱修歌颂自然的原子、海洋、天空，他用光辉的韵文表达了哲学问题、科学观念和凝练的论点：

我将解释自然依靠什么力量掌握太阳的航线和月亮的旅程，这样我们就不会认为它们在天与地之间年复一年地奔跑是出于自己的意愿……也不会认为它们滚来滚去是在促成什么神圣的计划。

这首诗歌之美在于阐述了原子主义宏伟视野中遍布的奇迹之美。万物深奥的统一之感来自我们的认识，我们都晓得一切是由相同的物质构成的，星球如此，海洋亦如此：

我们都是从天的种子中生长出来的。所有相似者都有相同的母体，地球母亲受雨露滋润，带来应有尽有的营养。她因此受孕，为人类和所有野兽生育了微笑的庄稼和茂密的树木。是她为子女带来了他们滋养身体的食物，过着欢快的日子，延续着他们的种族。

生命得到深度的接受，我们是生命整体的一部分：

你难道没有看见自然只是在大声渴求两样东西：免除病痛的身躯，无忧无虑的心理，这样就可以享受愉快的感觉？

也有对不可避免的死亡的安详接受，它消除了所有邪恶，驱散了所有恐惧。在卢克莱修看来，宗教就是无知，理性是启蒙的火炬。

卢克莱修的著作被遗忘几个世纪后，1417年1月，人文学者波焦·布拉乔利尼在德国一个修道院的图书馆里重新发现了它。波焦一直担任许多教皇的秘书，在弗朗希斯科·彼特拉克著名的重新发现之后，他成为一个狂热的搜罗古书者。他发现昆体良的一本著作改变了整个欧洲法律研究的路线；他发现维特鲁威的建筑论文改变了设计和建造精美建筑的方法。但是，他的胜利是重新发现卢克莱修。

你会在光线里的空间看到许许多多微粒以许许多多的方式混杂在一起

波焦发现的法典现已遗失，但是他的朋友尼科洛·尼克里的抄本仍然完好地保存在佛罗伦萨劳伦齐阿图书馆。波焦把卢克莱修的书还给人类时，已为新的东西打好了基础。《物性论》的重新发现对意大利和欧洲的文艺复兴产生了深刻影响，从伽利略到约翰内斯·开普勒，从弗朗西斯·培根到尼科洛·马基雅维利，他们的著作里都能听到它的响亮回声。与波焦时隔一个世纪之后，在威廉·莎士比亚的《罗密欧与朱丽叶》里，原子兴高采烈地出场：

马库修：啊，那么“仙姑”必曾和你在一起。

她是小仙的接生婆，她的

身体不比一位市参议员

食指上戴的一块玛瑙为大，

乘人睡觉的时候驾着微尘般的小马拖曳的车子

越过人们的鼻梁。（梁实秋译文。）

从这里开始，卢克莱修的影响延伸到艾萨克·牛顿、约翰·道尔顿、巴鲁克·斯宾诺莎、查尔斯·达尔文，一路下去一直到爱因斯坦。微粒在流体中的布朗运动所揭示的原子存在观可以追溯到卢克莱修。在下面这段话里，卢克莱修为原子概念提供了一个鲜活的证据：

当阳光进入建筑物，把光线照射在阴影处时，看看会怎么样。你会在光线里的空间看到许许多多微粒以许许多多的方式混杂在一起，似乎冲突不断，战斗持续，前赴后继，分分合合，永不停歇。从这里你可以想象原子在无限空间里永远颠来簸去……它们的舞动实际上表明物质的潜在运动是隐藏的，是我们的肉眼看不到的。你会看到许多粒子在无形的力量撞击下改变它们的路线，再被驱赶回它们的轨道，忽东忽西，四散而去一定能理解这种躁动不安都来自原子，源于本身运动的原子。

原子的证据很可能是德谟克利特首先想到，后来卢克莱修把它提出，再后来是爱因斯坦将其翻译成数学术语，并设法计算出了它的尺寸。

天主教会试图阻止卢克莱修：1516年，佛罗伦萨宗教大会下令禁止学校阅读卢克莱修的著作；1551年，特伦特议会将其定为禁书。可是已为时太晚。欧洲又睁开了它的双眼，被中世纪基督教基要主义扫除的整体世界观在这里复现。在欧洲正受到推崇的不仅仅是卢克莱修的理性主义、无神论和唯物主义，不仅仅是对世界之美清晰平静的冥想，还有更多的内容：思考现实清晰而复杂的结构，一种新的思维方式，与中世纪的思维定式截然不同。

在中世纪的思维定式中，宇宙是一个球形结构，地球位于其中心；天地分离，不能复归；自然现象的终极解释和比喻；惧怕上帝，惧怕死亡；很少关注自然；形式先于物体的观念决定了世界结构；知识只能源于过去、启示及传统的思想。

卢克莱修歌唱的留基博和德谟克利特的世界里没有这些东西。没有对神的惧怕；世界没有终极或目的；没有宇宙等级体系；天地不分。那里有对自然深深的爱，宁静地沉浸其中；承认我们是宇宙重要的一部分；男人、女人、动物、植物和云朵都是一个没有等级层次、不可思议的整体中的有机线程。在德谟克利特精彩的语词后面有一种深刻的、普遍性的感情：“对一个有智慧的人来说，整个地球是敞开着的，因为一个道德灵魂的真正故乡是整个宇宙。”

物体有限可分性的简单概念—— 世界的颗粒性——是阻止了我们指间的无限性的概念

用简单的术语阐释整个世界十分困难。伽利略、开普勒和牛顿提出了非同寻常的概念性工具：空间的自由运动和直线运动概念；原粒体及其相互作用概念，世界便是如此构造；空间是世界的一种容器的概念。

还有物体有限可分性的简单概念——世界的颗粒特质。是这个概念阻止了我们指间的无限性。这个概念是原子假说的根本，但是以更大的力量回到了量子力学。能量只能以离散单位移动，我们可能会发现空间和时间同样是由它们的基本单位组成的。将德谟克利特的原子哲学引入现代物理，对于协调广义相对论（采取连续实在观）和量子力学（不采取连续实在观）可能至关重要。

把相对论和量子力学合并为一种新的量子引力论会将物理学提升一个水平，也将实现引人注目的历史性终结。爱因斯坦有关布朗运动的论文受到原子主义思想的启发，他的相对论却来自马赫的反原子哲学。有了量子引力，最后一道屏障会倒塌，卢克莱修的歌将响彻整个物理学界。