湯川秀樹與中國文化

日本著名物理學家湯川秀樹，曾擔任京都帝國大學、東京帝國大學教授。1949年他因提出關于核子力的“介子理論”而獲諾貝爾物理學獎，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教授，1953年回國。日本政府為了表彰湯川秀樹，在京都大學設立了基礎物理學研究所，由他擔任第一任所長。湯川秀樹一生熱愛中國文化，他認為中國文化對自己的物理學研究裨益良多。

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，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 年結婚，他入贅妻子湯川須美的家，才改為今名。而當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，父親因有留學背景，被任命為京都大學地理學教授，因此全家搬往京都。秀樹把京都看作是自己的家鄉，他在那里幾乎度過了一生。

淺井家和小川家有幾代學者浸潤于中國和日本的傳統文化。秀樹的祖父飽讀詩書，是一位中國古典文學教師。秀樹的父親受家庭影響，從小學習漢學，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”的學習方式。后來琢治成年，從事地質學研究，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。當時外祖父母跟著他們家住，外祖父便擔負起教授秀樹的責任。外祖父不教ABC，也不教一二三，上來就教漢學典籍，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，經過一段時間學習，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。

秀樹小時也學習中國書法，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域中工作。

身為地理學家的父親希望秀樹將來從事人文地理學，秀樹覺得這是一種需要和人保持密切交往的學科，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他全無興趣。

1923年，秀樹進入京都第三高等中學，對經濟學和法律等人文課程，聽講時總是一個耳朵進一個耳朵出，但他卻喜歡數學和物理。課余時間，秀樹常到藏書豐富的學校圖書館去閱讀，當時巖波書店正在陸續出版一套哲學叢刊，其中有田邊元（1885-1962）著的《近幾年的自然科學》和多卷本《科學概論》。秀樹發現這些書十分有趣。當時還有一位科學家（也是多產作家）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，使秀樹產生強烈的感覺，認為這就是他應當研究的學科。 相比之下，秀樹覺得石原純寫的關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現普朗克（Max Plank）著的《理論物理學導論》第一卷（動力學部分），這本書根據普朗克在柏林大學講課的講義寫成，思想清晰，邏輯性強。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始人，于是，這更增強了秀樹從事物理學研究的抱負。秀樹后來回憶道，使他決定從事理論物理學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。

高中畢業后，秀樹報考京都大學物理系，順利通過了考試。然而進大學后，秀樹發現他所設想的量子理論已經過時了，一種更先進的量子力學出現，而且正在歐洲物理學界引起極大的反響。無論如何，秀樹下決心要掌握。當時的德國處在科學領先地位，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，年輕的科學家們正突飛猛進，取得了各種驚人的成果。秀樹一度很失望，甚至感到當一個物理學家為時已晚。因此他問自己，畢業之后應該干什么？想來想去，他對其他學科都不喜歡，還是決定研究理論物理學。問題是研究理論物理學的哪個方面？考慮再三，他意識到科學界對原子核和宇宙射線所知甚少，而且在這個領域工作的人也寥寥無幾，因而大學畢業后不久，秀樹鐵了心：就從事這個方向的研究，不再有其他的選擇。

預言介子

1933年，湯川秀樹開始了大學教書生涯，并專注于理論物理學研究。當時已經知道有電子、質子和中子，而且知道質子和中子組成的原子核相當穩定。是什么原因使原子核具有如此的穩定性呢？按說具有同種電荷的質子應當相互排斥，而不帶電荷的中子無力抵消這種排斥。

當時，德國物理學家海森堡（Heisenberg）提出一種模型，認為質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，就可以解釋質子和中子之間的相互作用。他提出假定的根據是，發現核力的作用范圍與量子（能束）的質量成反比，通過量子物理學計算，他預言這樣一種粒子的質量大約是電子質量的200倍。

1935年，湯川秀樹在日本物理-數學學會會議上公開他的研究，其論文發表在《日本物理-數學學會會議錄》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言起初并沒有在歐洲科學界引起什么反響，部分原因是缺乏實驗證據。

1937年，秀樹的預言得到了實驗驗證。美國物理學家安德森（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現了一種比電子重、比質子輕的粒子。湯川秀樹為此寫了一篇簡短的科學筆記，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現的粒子稱為“中間子”（mesotron），字頭“meso”在希臘語中的意思是“中間”，表示這種粒子的質量在質子和中子質量之間。美國物理學家奧本海默提議將這種粒子命名為“湯川子”，以此紀念湯川秀樹為發現這種粒子所作的貢獻。1938年，物理學家霍米·巴巴（Homi Bhabha）命名的“介子”一詞，成為后來物理學文獻中的標準用語。

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量，但科學家所觀察到的它的壽命為10-6秒，這個值是預測值10-8秒的100倍。因此，湯川秀樹所預言的這種粒子還是難以捉摸。

為了解決湯川秀樹的預言和安德森與尼德梅耶的發現之間的矛盾，湯川秀樹的同事坂田昌一（S. Sakata）和井上（T. Inoue）假設：介子可以有兩種形式，一種是μ介子，核子間沒有強相互作用，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，核子間具有很強的結合力，其壽命應當與理論計算結果相符。這種假設還提出，π介子會衰變為μ介子。

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

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

老莊情結

湯川秀樹很小就學習中國文化，但他最早讀的基本是《論語》、《孟子》、《大學》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說強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，當他步入中年時，《老子》、《莊子》的寓言卻不時浮現腦際，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·內篇·應帝王》：

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。此獨無有，嘗試鑿之。”日鑿一竅，七日而渾沌死。

20世紀60年代，科學界已發現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，湯川秀樹又發現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，什么事情也不會發生——直至它們從南到北相遇于渾沌之地，這時就會發生像基本粒子碰撞那樣的一個事件。按照這一蘊涵著某種二元論的方式來看，就可以把渾沌的無序狀態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，認為他們的思想完全不同，老莊的思想構成了一種自洽的、理性主義的認識，于今作為一種自然哲學很值得重視。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”自然擴展到包括人類創造的人工自然，把“萬物”看做包括人類本身，我們就不得不擔憂人類會不會被自己創造的科學技術毀滅。湯川秀樹的擔憂也讓我們產生聯想，近年出現的嚴重霧霾，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，當然不解其意，因此就向他請教。這引發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。“知魚樂”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。”莊子曰：“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。”

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

湯川秀樹認為，假如所有的科學家都堅持這兩種極端看法中的一種，那么也就不可能產生我們今天的科學。甚至在19世紀，更不必說古希臘學者德謨克利特提出原子說時，關于原子的存在沒有任何直接證明。盡管如此，依據存在原子的假設而工作的科學家，卻比那些不用這種假設的科學家對自然界有更加深入和廣闊的認識。科學的發展已清楚地證明，不承認任何未經證實的事物的態度過于苛刻。

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

湯川秀樹說，沒有任何科學家會頑固堅持上述任何一個極端的觀點，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文化的體悟達到了很高的境界。湯川秀樹留下的科學遺產和精神財富，都值得我們汲取。