吴国盛 | 物质是无限可分的吗？（上）
原创 吴国盛 科学的历程 2018-06-22
▲吴国盛
作者 吴国盛 （本号主编，清华大学科学史系教授）
责编 许嘉芩 刘愈
◆ ◆ ◆ ◆ ◆
田松按：
这是吴国盛教授早年的文章，发表了《自然辩证法通讯》1987年第4期上。当时中国社会正处于理想主义的八十年代的鼎盛期，那是一个萨特的《存在与虚无》可以开机印五万，并且迅速脱销的时代。改革开放和思想解放已经将近十年，意识形态松动，某些沉积已久的意识形态+学术问题出现新的讨论，据说当时的自然辩证法领域出现了几大争论，与宇宙之有限无限类似，关于物质之无限可分还是有限可分，在当时是一个更大的争论。我的导师金吾伦先生是物质有限可分的代表人物。彼时我在吉大和南大物理系，尚未进入这个行当，对这些争论也有耳闻——当然没有系统了解，随时跟进。比如吴国盛教授此文，我其实是第一次读。
物质之无限可分还是有限可分，是一个更加具有意识形态色彩的理论话题，也是一个人人都觉得可以参与的话题，如同弗洛伊德自嘲精神分析每个人都觉得自己懂一样，不像宇宙学还有一个学术门槛，会让很多人自动止步。
吴国盛当时23岁，刚刚入职哲学所不久，是一个非常年轻的新人。但是文章老道，成熟，直接点评当时的年长同行，毫不客气。——二十年后，他的胡翌霖博士写的会议总结，颇有乃师风范，不辱师门。
此文从关键词的词语分析入手，首先建构自己的概念框架，把以往的问题纳入到自己的概念体系中讨论。换句话说，是建立坐标系。一个坐标轴是关于“物质”，一端是连续体模型，另一端是离散体模型；一个坐标轴关于“可分”，一端可分割，一端是可分辨；可分割又分出两支，一个是数学的可分割，一个是物理的可分割；可分辨也分出两支，一个是思维的可辨认，另一个是物理的可分辨。这个坐标系建立起来之后，以往的所有问题，都在这个坐标系标出了一个位置。再往下的讨论，就顺理成章了。
无论时代精神多么强烈地呼唤着哲学的变革，这种变革都只能在对哲学传统和现实的批判中得以实现。因为没有这种批判，自然科学的革命性成果可以被既定体系僵化、教条化后加以包容，折射着丰富复杂的时代精神的其他哲学，也可以游离于现实哲学发展主流之外，仅被技术性地加以介绍。基于这种认识，我们在分析了宇宙无限性命题之后（见《自然辩证法研究》１９８７年第１期），对另一个经典的、同时也是公众心理顽固坚持的命题──物质无限可分论，继续作一些批判的考察。
“物质可分性”的多重含义
为了避免物质无限可分论的广泛歧义性，本文只在物质作为物理客体的意义上讨论物质可分性的含义，而不一般地讨论哲学意义上物质范畴的无限可分性。这种限定有它的现实依据，国内哲学界几乎每一本著作、每篇文章，尽管是在对物质范畴具体的丰富过程中提出物质无限可分论的，但讨论中都在物理客体的意义上使用物质一词。
在原始朴素的直观和抽象过程中，人们建立了两种对立的物质结构模型，一是连续体，一是离散集合体。应该说，这两种模型在日常生活中都可以找到大量的例证，被古希腊许多自然哲学家当作物质始基的水、火、气，就是一种连续体结构，而人们面对的经验世界，又都是分立的个体的集合。今天，我们仍然可以在思维中明确地抽象出连续体和离散集合体来，并且我们总可以在思维中把一个物理客体的部分与整体加以分辨，从而可以说：在连续体中，物质的部分与整体同性（如一滴水与一碗水都是水），在离散集合体中，物质的部分与整体异性（如桌子腿不是桌子）。这样，我们建立了连续体和离散集合体两个概念。
“可分”含有两种意思，一是可分割，另一是可分辨。可分割既有数学上的可分割，如任一有限线段都可以分成两个长度相等的线段；也有物理的可分割，如可以用一把小刀把一个苹果切成两半。可分辨也有两种，一是思维中可分辨，如前面讲的，对任何客体，想像部分与整体总是可能的；二是物理上可分辨，亦即或者通过实验观测，或者通过建立在坚实实验基础上的物理学理论，来发现或判明两个物理客体或同一物理客体的两个部分之间有差异。对一个物理客体来说，可分割和可分辨并不总是一致的，显然，对任一宏观物体（如苹果），它既是数学上可分割的（因为它有有限的尺寸），也是物理上可分割的（机械的方法即可）；既是思维中可分辨的，也是物理上可分辨的（由于苹果颜色分布的不均匀，可以通过肉眼对其中两部分加以分辨）。但对于核子，由于量子色动力学的建立，它所预言的夸克成为物理理论上可分辨的物质部分，但也正是量子色动力学，使核子成为物理上不可分割的物质，因为它得出夸克禁闭的结论。这里我们看到，对任一个物理客体，数学上的分割和思维中的分辨总是可能的，而物理上的可分割和可分辨，却不是显而易见的，它主要是一个物理学问题。
在明确了连续体和离散集合体两个概念以及“可分”的四种含义之后，我们有必要对哲学史上几种物质结构观作出总结。
1
阿那克萨哥拉的“种子论”
从文献中我们看到，阿那克萨哥拉“不同意物体中有空隙，也不承认物体的分割有一个限度”[1]他认为万物的本原是无数的无限小的“种子”，撇开实际的万物混合的状况不谈，从“种子”的性质来讲，它就是所谓“同类的部分”。“在他看来，骨头是许多小骨头合成，肌肉由许多小肌肉合成”[2]也就是说，作为物质的组成部分，“种子”同物质同质。综合以上的思想，我们可以用本文的规范语言，把阿那克萨哥拉的物质结构表述成：物质是一个连续体，连续体的部分与整体同质。连续体逻辑上蕴涵的对其广延进行无限的数学分割的可能性，被阿那克萨哥拉用实体的“种子”概念加以肯定了。但必须看到，这里的“种子”，与其说是一个实体，不如说是一种性质，因为无限小是一个不确定量，是不能作为实体的。阿那克萨哥拉时代的自然哲学未能对此进行区分，因为他们坚信最终的实体是存在的，所以就把表征性质的种子当成了实体。
与“种子论”相似，中国古代《庄子·天下篇》提出的“一尺之棰，日取其半，万世不竭”的命题，也包含着对其进行数学分割的无限可能性。这里也应该指出，当时的自然哲学水平，既没能认识到数学分割与物理分割的区别，并且还把思维中思辨的结果直接当成物理上真实的东西。
2
德谟克利特的原子论
德谟克利特的基本主张是：
（１）宏观物质（肉眼可见的）都是离散集合体，“一切事物的始基是原子和虚空，其余一切都只是意见。”[3]“事物的性质只是人们约定俗成的东西，在自然中存在的只有原子和虚空”[4]；
（２）离散元素（原子）是物理上不可再分割的物质粒子。“原子由于它们的坚固，是既不能毁损也不能改变的，”[5]
原子之间只有形状与大小的差异没有宏观性质上的差异，集合的方式决定了集合体的性质，“存在仅因形态、相互关系和方向而不同”[6]，可见原子的性质与由原子构成的物体性质是不同的。综上所述，德谟克利特的原子论说的就是，宏观物质是离散集合体。
原子论关于物质结构，既表达了它的可分性，又表达了它的不可分性。它所表述的物质可分性是指，宏观物质无论在数学上还是在物理上都可以加以分割，分割的两部分同样是由原子组成，它们无论在思维中还是在物理上都可以分辨；它所表述的物质不可分性是指，离散元素（原子）在物理上是不可分的，“原子在物理上──而不是在几何上──是不可分的”[7]。这里宏观物质物理上可分辨和可分割的根据是虚空，正是虚空这种非存在“并不比实体不实在”[8]，才使物理的分割和分辨成为可能，同样，因为原子之中没有虚空，所以在物理上是不可分的。
3
若干物质无限可分思想
由于原子论是以虚空的存在作为基石的，而“虚空”概念无法回避巴门尼德式的批评：“只有存在物是存在的，因为存在物的存在是可能的，非存在物的存在则不可能”[9]，所以哲学史上又出现了许多物质是连续体的思想，但此时连续体的部分与全体所共同的质，不象“种子论”那样具体和无限的多，而只在广延性或广袤的意义上认为物质是连续体。它们认为，不管物体的性质有多么不同，它以及构成它的各部分都具有广延性，例如威廉·奥卡姆认为：“在恒久的、无限可分的物中，象对一切广延性的分割一样，不可能有最小限度，因为无论这个部分如何小，上帝的万能都能够创造出更小的部分。”[10]再如笛卡尔亦认为：“宇宙中并不能有天然不可分的原子或物质部分存在。因为我们不论假设这些部分如何之小，它们既然一定是有广袤的，我们就永远能在思想中把任何一部分分为两个或较多的更小部分，并可因此承认它的可分割性……因此，确实说来，最小的有广袤的分子永远是可分的，因为它的本性原来就是如此。”[11]实际上，这些物质无限可分思想，都是把物质作“广延性”抽象之后，认为它具有数学上无限分割的可能性，并且被分割后的部分可以在思维中加以分辨。与阿那克萨哥拉不同，笛卡尔明确意识到，说物质无限可分是指的一种“思想操作”。
4
莱布尼兹的单子论
在这里有意义的仅仅是，莱布尼兹为了提出他的单子论而对前人进行的分析批判。从这些批判中，可以发现它关于物质结构所达到的认识高度。
第一，他同笛卡尔一样，都认为原子不是真正不可分的单元，因为原子作为一种物理客体，总是有广延的，而“广延的东西决不可能非常小，因此是可分的，而可分的东西一定由部分组成，所以不可能是终极的实在”。[12]应该说，莱布尼兹由此把他的单子规定成没有广延的单纯实体，并没有逻辑上的必然根据，因为思维中、数学上的无限可分性，并不等于实际的、物理上的可分性。很显然，莱布尼兹时代的哲学家并未注意这种差别。
第二，莱布尼兹认为，笛卡尔及其他哲学家把广延当作物质实体的唯一本性，这是有缺陷的，因为广延性是死的、惰性的、不能自己运动的。当然这也是自古以来大多数哲学家的一致看法，原子论就是基于这种观点而提出的。但是，由此导出具有内有的“力”的单子概念，也没有逻辑上的必然性，因为我们知道，广延并非一定不蕴涵运动，例如，“在充满里可以有循环的运动，只要它是一直不断地存在着”[13]。
第三，莱布尼兹注意到了物质结构的连续性与离散性的矛盾，正如他在《神正论》一书序言中所写的：“我们的理性常常陷入两个著名的迷宫：一个是关于自由和必然的大问题，特别是关于恶的产生和起源的问题；另一个问题关于有连续性和看来是它的要素的不可分的点的争论，而这问题牵涉到对于无限性的考虑。前一个问题烦扰着几乎整个人类，而后一个问题则只是得到哲学家们的注意。”[14]
莱布尼兹认为，原子论否定了物质真正的连续性，违背了“自然不作飞跃”的法则，笛卡尔把物质看成是具有广延性的东西，则除了使运动成为不可能外，还无法找到真正“不可分的点”。应该说，莱布尼兹对原子论的批判是中肯且有意义的，但对笛卡尔的批判却是建立在“既然有复合物，就一定有单纯的实体”[15]这种含糊的命题之上的，这个命题一方面同阿那克萨哥拉的种子论一样，把性质与实体混为一谈（因为单子表征的就是性质），从而把单子概念直接外化成一个实体，另一方面又把原子论中原子物理上的不可分，抽象成思维中的绝对不可分（单子是单纯的“不可分的点，是终极的实在）。兼有这两种特征的单子论基本思想，对于发展“连续性”与“不可分的点”作为概念的思维联系，也许是有益的，但把笛卡尔已经明确了的物质实体与精神实体的区别再次模糊了。
5
国内流行的物质无限层次结构观
先列举一下学术界对此问题表述得比较清楚的观点：
“无限层次的物质结构理论的主要观点有两个：
（１）物质结构向下分析，不存在最终的绝对单纯的实体。总是有内部矛盾，因而总是有结构。
（２）物质结构存在着不同质的层次，每一层次有其特殊规律。各个层次的分的方式，结构形式、运动形式都各不相同。[16]
“物质是不可穷尽的，它具有复杂的结构和特性，层次之内有层次。”[17]
“自然界的任何物质层次都有内部结构，物质结构的层次是无限的。”[18]
“物质结构的层次是无限的。”[19]
这几个观点是大体一致的，说的都是：任何物质都是一定层次的结构物。仅此而已。
很显然，这是一种极端抽象的说法，它既没有说明它所指的“结构”是连续体结构还是离散集合体结构，也没有说明它的“层次”表征的是质还是量的特性。这样它在逻辑上就可以蕴涵历史上所有的物质结构观。如种子论可以表述为：任何宏观物质都是保持它可感性质的连续体结构物；原子论可以表述为：任何宏观物质都是微观层次的离散集合体结构物。由此可见，在国内长期流行着的物质无限层次结构观，由于使用了这种笼而统之的“结构”和“层次”概念，从而掩盖了结构中连续与离散的差别，层次中量和质的差别。所以，它们作为一种物质结构观是空洞无物的，尽管作为一种认识论可能是有内容的。
应该看到，在由物质无限层次结构观导致流行的物质无限可分论（这当然是极容易的，尤其是对“可分”也不作规定）的过程中，也隐隐约约的出现了一种具体的物质结构模型，这是哲学界在具体的阐述物质无限可分原理时，借用二十世纪之前的自然科学成就作为想象背景的结果。我称之为新原子论，它的基本观点用本文的语言表述就是：
（１）任何物质都是一定层次的离散集合体，（２）离散元素不是连续体，而仍然是离散集合体。如太阳系由太阳和九大行星及一些小行星组成，宏观物体由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成等等。这里的集合体就是指有离散结构的物体，而“层次”表征的是离散元素共同的质，具体说来，“物质系统因其大小和质量的不同而分为不同的层次”。[20]可见，决定层次的亦即离散元素共同的质，就是指的动力学质量和广延尺度。
新原子论继承了原子论的物质结构思想和种子论的物质无限可分思想，因而也同时具有了两者的弊病：（１）同种子论一样，把“质量”和“广延尺度”这两种连续量在数学上的无限可分性，等同于它物理上的可分性。阿那克萨哥拉时代作这种等同是不可避免的，也不会产生什么明显的谬误，因为当时自然科学还不发达。但物理学发展到今天，我们已知道，在非常小的时空区域里将产生质量能量化和时空量子化现象，质量和广延尺度将丧失它本来的规定性，使得连它们在数学上的可分性都不能无限的贯彻到底。（２）同种子论一样，新原子论也是主张，不论分割进行到什么程度，实体终究还是存在的。现代物理学也显示了这种观念的局限性。在牛顿力学那里，广延、质量、位移等物理性质同物体本身是可以区分的，可以通过物理手段加以分辨，而随着微观物理学的发展，这种物理客体与物理性质的区别开始模糊甚至消失了，例如在高能实验中，有时就不能区分粒子和粒子的态。（３）同原子论一样认为物质客体的离散元素是在非物质的连续背景下结合和运动的。这种观念在近代是通过牛顿力学得以持续和强化的，古代的“虚空”成了近代的绝对时空，它完全是一种场地和背景或者说是一种存在的“形式”，不是实体本身。现代物理学正在逐步改变着这种观念，先是狭义相对论把时空相对化，使“虚空”同“原子”的运动相关联，再是广义相对论，把时空化为一种引力场，而引力场不是“形式”，恰就是实体本身，这就把“虚空”“原子”化了。还有“场论的发展，导致人们把感官表现为实物的东西，视为空间中能量集中的域，”[21]而真空则是基态，“原子”开始“虚空”化了。所以，在今天，原子论的基本概念“原子”和“虚空”不再有相应的物理意义，作为一种物质结构观，原子论越来越成为一种历史的陈迹。
以上我们从分析物质可分性含义的角度，述评了哲学史上一些物质结构观，我们因之发现，物质结构的可分性由于结构和可分性的含义不同而有着完全不同的含义，哲学史上，自笛卡尔对思维中的可分与物理的可分有了明确的意识之后，哲学就开始放弃对于物质结构的思辨，而转向对连续与间断、量与质等概念联系的思辨，可分性更加成为一种空洞的模糊意向。国内流行的物质无限层次结构观是没有内容的，而作为其具体模型的新原子论，则是陈旧的，是必须加以变革的物质结构观。
（待续）
参考文献
《古希腊罗马哲学》，商务印书馆，１９６１年版，第６８页。
同上。
同上书，第９６页
同上书，第９７页。
同上。
同上书，第９８页。
罗素《西方哲学史》，商务印书馆，１９６３年版，第９７页。
《古希腊罗马哲学》，第９８页。
同上书，第９１页。
转引自特拉赫坦贝尔《西欧中世纪哲学史纲》，上海人民出版社，１９６０年版，第２２３页。
笛卡尔《哲学原理》，商务印书馆，１９６２年版，第４４页。
转引自亚·沃尔夫《十六、十七世纪科学、技术和哲学史》，商务印书馆，１９８５年版。
罗素《西方哲学史》中译本下册第１０２页。
转引自莱布尼兹《人类理智新论》，商务印书馆１９８２年版，陈修斋译者前言。
《西方哲学原著选读》，商务印书馆，１９８１年版，第４７６页。
《现代自然科学的哲学问题》，吉林人民出版社１９８４年版，第４５６页。
肖前等主编《辩证唯物主义原理》，人民出版社１９８１年版，第６６页。
《自然辩证法论文集》，人民出版社１９８３年版，第１９９页。
《自然辩证法讲义》，人民教育出版社１９７９年版，第９６页。
同上书，第１０７页。
罗嘉昌：“当代哲学中的物质观”，《自然辩证法通讯》１９８５年第５期。
【原载于《自然辩证法通讯》1987年第4期，转载请注明出处。】