对称之一:左右与手性

十九世纪初,M. Dax(达克斯)博士阅读了法国解剖学家、颅相学家J. Gall(约瑟夫·高尔,1758-1828)之著作,后者认为不同的智力功能位于大脑之不同部位。此后M. Dax经手了很多案例,并发现丧失语言能力之患者都是伤在左半脑,故其认为:语言丧失与人脑左半部之损伤相联系。1836年,他写成一篇论文,主要论述“与遗忘思维符号(即语言丧失)相关之左脑损伤”,这篇论文曾公开宣读,但并未出版,直到30年后才被他儿子发表出来。

1848年,法国微生物学家、化学家 L. Pasteur(路易斯·巴斯德,1822-1895)在研究酒石酸之晶体时,发现无旋光性之酒石酸是两种互为镜像之晶体混合物:一小堆是右旋晶体,另一小堆是左旋晶体,就像是分开却乱堆在一起之右手套与左手套。虽然原先之混合物没有旋光性,但当溶解于水时,天然酒石酸却能使偏振光顺时针旋转。他还发现,该混合物其实只包含一类晶体,其中之一为另一的镜像而已。若将两种晶体之液体分开,一个溶液使平面偏振光向右旋转,而另一溶液以相同度数使平面偏振光向左旋转。此外,这两个物质的其他性质都相同。十年后,L. Pasteur又有一个更为惊人之发现,即微生物能够在具有顺时针旋光性之外消旋酸中存活并繁衍,却不能在具有逆时针旋光性之外消旋酸中进行新陈代谢。

大脑功能不对称以及物质分子及其镜像不能重合,这与人类之左、右手一样:虽然很相合,但不能重叠。该特征被称为手(征)性。手性在人体最明显之表现就是“右利手”,其存在使得很多事物呈现出不对称性,如大脑功能、心脏位置、重要人物之方位等。《史记·魏公子列传》曰:“公子从车骑,虚左,自迎夷门侯生。”这表示,在信陵君所处之时代与区域内,“左”是更尊贵之位置。

手性之认识使人们意识到,自然界到处存在着不对称。本节先从“左右”一词之汉字结构入手,来说明人类关于手性与非对称之认识,并将中国古人对宇宙及其结构之理解与现代西方科学之伟大成就相互印证,以证明这一结论:中国传统文化与当代科学对宇宙之认识殊途同归,存在着惊人之相容性;但对于宇宙结构到底是对称抑或非对称,则表现出了“仁者见仁,智者见智”,众说纷纭。

中国古人在建立方位体系时,由于南北方文化之差异,产生了“东西南北中”与“前后左右中”两种体系。中国的建筑至今仍讲究朝向,最好是坐北朝南。当站在中央之地而面南背北时,以天地为参照系,东方在左,而西方在右,东方之神兽为青龙,西方之神兽为白虎,故曰:“左青龙,右白虎。”(背靠墙面视角)

用“左右”有时很方便,如水杯在左边,这比用东边更容易找到。但其亦有大弱点,即必须事先明确参照系之方向。如超市在大街左边,则要想定位超市必须先要弄清楚说话者在该街道之走向。若听话者与说话者朝向不同,则听话者必须将自己之参照系转变成说话者之参照系,才能正确地判断说话者之左右何指。而采用东西坐标系则不需转换参照系,不管两人怎么站,其东方始终是相同的。这也是为什么北方平原、沙漠、草原地带之人喜欢采用东西南北系统之原因。在广袤之地,身子稍微转动,左右前后将会改变,而东西南北则不会因个人意志而转移。

东西与左右这两个词还各有第二层意思,它们貌似不相干,其实本质还是一样。东西,若西念成平声,则表示物品。中国古人为什么将东西两个方向合在一起来表示世间万物呢?这个引申概念来自于古老之五行学说。古人认为,东方属木,南方属火,西方属金,北方属水,中央属土。从实物本身来说,南方之火与北方之水都是无形而难以携带的。但是,东与西不同,东方木与西方金除了本身就是容易携带之物外,它们还可被做成诸多器皿来盛装各种各样的物品。这就是古人用“东西”来表示世间万物之根本原因。从方位之划分与属性上可以看出,古人虽然按对称之法则来区分方位,但同时赋予了不同方位之不对称属性。南北同属一类,而东西属于另一类。每一类里面又分别是对立/对称/对偶的。

《易经》“水火既济卦”(

)“卦辞”曰:

既济:亨小,利贞。初吉终乱。

这是否说明,中国古人很早就知道,“乱”才是事物发展之终极状态呢?这其实相当于热力学之熵增原理。然则到底何为“乱”呢?作者认为,使得非对称与对称自发破缺产生之动力,即现代科学所谓之“涨落”,谓之“乱”。“水火既济卦”之“彖”曰:

水在火上,既济。君子以思患而预防之。

这也可解释,为什么古人认为“人无远虑,必有近忧”,并要求“居安思危”。

左右的第二层意思表示某种程度上的控制,这是后世的引申义,同样很有意思。由于生物皆有欲望,因此可用某些东西将其控制。

左右还有第三层意思,其更为深刻,它体现了中国古人在数千年前对宇宙万物及其运动规律之非对称性的深刻认识。为了更好地说明这个问题,先来看看现代西方科学的几个重要成就。

西方科学界在1956年以前一直认为宇宙及其运动规律对称守恒,直观地说,即粒子之镜像与其本身性质完全相同;通俗地说,就是镜子里的影像与镜子外之实物遵循完全一样的物理定律。1956年,李政道与杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后,大胆地断言:在弱相互作用之环境中,宇称不守恒!通俗地说,这两个同种粒子若互相照镜子,其衰变方式在镜子里与镜子外居然不一样!

据作者统计,关于对称与非对称之研究,诞生了以下四项诺贝尔奖:

(1)李政道与杨振宁因提出“宇宙对称不守恒”理论,于1957年分享诺贝尔物理学奖。

(2)美国物理学家J.Cronin(詹姆士·克罗宁)和V. L. Fitch(瓦尔·洛格斯登·菲奇)发现中性介子衰变时存在不对称性,于1980年分享诺贝尔物理学奖。

(3)美国的R.W.Sperry(斯佩里)教授因证明大脑两半球之功能具有显著差异并提出两个脑的概念,于1981年获得诺贝尔生理或医学奖。

(4)美籍日裔理论物理学家南部阳一郎因发现次原子物理之对称性自发破缺机制、日本科学家小林诚与益川敏英因发现对称性破缺之来源,于2008年分享诺贝尔物理学奖。

这四项诺贝尔奖之相应成就在本质上都说明了事物及其运动规律是不对称的。他们之所以能获得诺贝尔奖,主要是因为这些成就都打破了常规、颠覆了传统,因为欧美科学界曾坚信左右或其他方向对称是事物发展之稳定状态或平衡状态。

近年来,意大利基耶蒂大学心理学家Luca Tommasi(卢卡·托马西)、Daniele Marzoli(达尼埃莱·马尔佐利)与同事们选择三家夜总会作为观察点,研究人们在社会活动中如何倾听与反应。他们在嘈杂之背景音乐声中选取了286名顾客并与之交谈,发现72%的人用右耳倾听。然后研究人员分别接触160名夜总会顾客,先低声嘟哝几句以引起对方注意,等对方回头或侧耳听时,再提出要一根烟。结果发现,58%的人侧右耳,42%的人侧左耳。其中,女性则更明显地表现出对右耳之“偏爱”。研究人员在向顾客讨要香烟时继续有意识地靠近其左耳或者右耳,结果从右耳倾听者处得到之香烟数量明显多于左耳倾听者。这一系列试验显示,人类大脑对双耳所听到之声音处理方式不同,右耳接收到的信息被优先处理,接收到的命令更易获执行,这就是“右耳优势”。Tommasi与Marzoli将这一研究成果发表在德国《自然科学》月刊网络版上,并指出:

这些结果与左右脑半球之不同分工相一致。……这项研究具有非常重要之意义,它是少数几项研究之一,证明大脑不同半球之自然分工对人类日常行为之影响。

从医学角度而言,脑的不同部位具有不同功能之提倡者应首推中国清代著名学者刘智,其还提出:“百体之知觉运动”皆依赖于脑,而非传统中医所认为的心。这一成就,西医直到20世纪中叶才确定。若抛开医学实验,单从造字含义来看,恐怕在3000年前,中国古人就已经很清楚地认识到这个问题。

来看看数千年前中国古人关于对称与非对称之认识。左右之小篆体为

《说文》曰:“左,手相左助也。”又曰“右,助也,从口从又。”可见,左右一词,原有佐佑之意。但佐佑他人是需要能力的,这就引申出了左右的第二层意思,即以能力实施控制。从小篆体不难看出,左右两字在偏旁上对称,在内部却不对称。为什么左右形似对称却蕴含着不对称呢?《说文》曰:“工,巧饰也,象人有规榘(同矩)也。”《孟子·离娄上》曰:“不以规矩,不能成方圆。”在甲骨文中,“工”字就像一把工具之形状。可见,工意味着技巧与规矩,但凡艺术,如建筑、雕塑、音乐、绘画等,都离不开工。《说文》曰:“口,人所以言食也。”在甲骨文中,“口”字就像人之口型。《春秋·元命苞》曰:“口之为言达也。”即凡是语言以及与语言有关之逻辑,都离不开口。此外,《鬼谷子·捭阖》曰:“口者,心之门户。”工”与“口”的这一区别,将左右大脑似对称而非对称之性质很生动地体现了出来。在R.W.Sperry教授等人在致力于证明大脑两半球之功能具有显著差异之前,这一“常识”真可谓惊世骇俗。

从该不对称可以发现,对称或许并非事物变化之稳定状态,且每个事物自身就蕴含着破坏对称之因素或机制。这一点正是前述四项诺贝尔科学奖所阐述之思想。值得注意的是,其中三个物理学奖项都是关于微观粒子之尖端科学成就,都是关于物质在最基本之粒子层面上的研究,其接近物质本原,而非中观世界的泛泛之物。

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