何以獨厚電磁？──也談生命現象與基本交互作用


1987年12月216期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1987、12 ＃期號：0216 ＃專欄：通思集（七）＃標題：何以獨厚電磁？──也談生命現象與基本交互作用＃作者：郭中一．亮處找鑰匙．燭幽顯微尋統一．新神學──人本原理		何以獨厚電磁？ ──也談生命現象與基本交互作用【摘要】科學是求實證的，哲學是重推理的，把片斷的科學實證連綴起來，加以演譯和推理，應可啟迪未來科學發展的途徑和方向。本集試著提供一個開放式的園地，期待著讀者您寶貴的「通思」結晶。編案：「通思集」刊出六集後，終於獲得讀者的迴響，不勝欣喜。郭中一先生的「何以獨厚電磁？──也談生命現象與基本交互作用」一文，係針對本刊十八卷七期本專欄。「孤陰不生，孤陽不長──生命肇始之謎」而提出作者的看法，從宇宙統一場論的觀點來看生命現象。其主要主論點在於：「生命何以獨貴電磁（力）而賤視其餘（力）。」並指出目前物理學界以「人本原理」為出發點，對其所從事科學研究方向的誤導；也道出了科學研究者在「亮處找鑰匙」的通病。適巧本刊編委嚴震東對「主宰生命的人體電之謎（二）（科月十八卷十期790頁）也提出了同樣的評述。特將本文在「通思集」刊出以饗讀者。（本期「主宰生命的人體電之謎（三）待下期再續。）亮處找鑰匙記得曾在一科學雜誌上看過一幅漫畫，畫的是四下漆黑一片，只有一盞街燈。一人在燈下四處搜尋，原來是在尋失落的鑰匙。旁觀者道：「鑰匙似乎不是掉在這兒。」搜尋者言：「我當然知道，可是只有這兒我看得清楚啊！」這漫畫當然是開科學家的玩笑，但實情確也如此，科學家自是解目前立即可解的問題，太困難而一時無法解決的問題則留俟後代解人。但這並不表示目前最受矚目的課題便是最終的解答，它常是目前我們所最能掌握的簡單方法所鋪陳的。宇宙間有四種基本交互作用──強、電磁、弱以及重力。其中就原子分子相關的尺度（時間的與空間的）而言，電磁力自是最為重要。強、弱兩種作用只在原子核的大小裏起影響，而重力作用對原子分子言是微不足道。化學一門，幾乎全以電磁現象為研究對象（新興的核化學為例外，但還沒有特立重力化學一門的），生命科學以化學為基礎，自也不例外。電磁場是人類最早有完整理論描述的力場，至今量子電動力學還號稱人類有史以來最精確的理論（與實驗相合至十位有效數字），每取作其他基本作用力理論的典範。解釋生命現象特重電磁本無可厚非，但如把它擴張到贊天地化育的「大哉陰陽，萬物資始」（據易經句改）的地步，那就太過了。「亮處找鑰匙」並不錯，但不要忘了鑰匙並不一定在亮處，也不要忘了你也可以帶支手電筒或開個車燈，將光亮處擴大，不宜畫地自限的。燭幽顯微尋統一於生命現象中，以我們目前所知，就不能為電磁以外的力尋一位置了嗎？那倒也不然，只要多加留心，總能尋得一些蛛絲馬跡的。以重力而言，我們似乎不知它能對生命現象有些什麼決定性的影響。但是長期處在失重狀態下的人，常因骨髓中的鈣質流失，變得骨質疏鬆，容易斷折。談些更遠些，若是沒有重力作用使得超新星誕生，於爆炸中以劇烈的核反應造出大量的重元素散布於空間中，以後誕生的太陽系便缺乏重元素的含量，在此種狀態下是否能只以輕元素形成生命體（試想血紅素中無鐵、葉綠素中無鎂是否可能）？再談更抽象些，一維時間、三維空間的時空結構似乎最合於生命的存在，更低維的空間無法有複雜的結構（如DNA的雙螺旋鏈），更高維的空間固然可能，但也可能導致致命錯誤的途徑也更多。於重力理論中，二維的愛因斯坦重力場方程式沒有引力解，三維以上則由簡單的牛頓重力理論便可得知重力隨距離的增加衰減得太快，兩種情況下，都不足以有夠強的引力凝聚物質，造成星系、星球，生命也就無從開始。重力理論不也正指出三維空間之適於生命發展嗎？這也許不是偶然。弱作用似乎是與生命無涉了吧！但若想想所有的基本微觀現象，都在空間倒置和時間逆轉的運作下，保持對稱，唯獨在弱作用中出現兩者皆不對稱的情況，這與DNA雙螺旋鏈左手旋及其他生物界中觸目可見的左右不對稱現象對照，是不是會觸發一些靈感呢？至於強作用，若非它在核融合中扮演的決定性角色，豈有這暖日和風？生命所需的能源又由何而來？在基本物理理論的工作者的信念裏，四種力應是「道一以貫之」的。雖然就目前而言，將四種力統一的大業尚未完成，但是它是理論物理的終極目的，已是確然無疑的了。新神學──人本原理在此探尋的路上，我們目前的重要課題是質疑於幾個基本常數的值的大小為何如此。例如電磁耦合常數（α=e²/ћc~/137）、宇宙論常數【瀏覽原件】、宇宙質量密度（其值約恰使宇宙為平坦的）、電磁及弱作用的混合角（決定電磁作用與弱作用混合的比例）……等等。這些常數的值決定了我們現下所居宇宙的一切，如果其中一者略為改? 隉A今日的宇宙可能便大為改，而電磁耦合常數不過是其中一者罷了。也就是因為今日的宇宙甚為難得，所以部分物理學家「倒行逆施」，試圖以「人本原理」（anthropic principle，註）為出發點，解釋宇宙論或整個物理體系。他們的論據是，所有基本常數值之所以為如此大小，皆是因為要能造成一個適於人居的宇宙。此論或未免太過，有些物理學家更認為這是新神學，但亦由此可見生命現象之與物理整體的相關聯了。以我本人的信念言，實難以想像，屬於同一本源的力，為何獨有電磁力為生命之根。我寧可相信，四種基本作用力，都各自在不同的時間尺度及空間尺度上對大化生發做了貢獻。其間關係如何，卻還待我們燭幽探微，尋一究竟呢！註：對「人本原理」有興趣的讀者，請參閱J.D. Barrow ＆ F.J. Tipler, The Anthropic Cosmological Principle, Oxford University Press, 1985. 郭中一就讀美國Tufts大學物理系
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