汤川秀树与中国文化

日本著名物理学家汤川秀树，曾担任京都帝国大学、东京帝国大学教授。1949年他因提出关于核子力的“介子理论”而获诺贝尔物理学奖，他也是第一个获此项殊荣的日本人。1948年汤川秀树赴美任哥伦比亚大学教授，1953年回国。日本政府为了表彰汤川秀树，在京都大学设立了基础物理学研究所，由他担任第一任所长。汤川秀树一生热爱中国文化，他认为中国文化对自己的物理学研究裨益良多。

书香浸润

1907 年 1 月 23 日（明治四十年），汤川秀树出生于东京的麻布区，他是家中五兄弟之一，在七个孩子中排行第五。父亲小川涿治（Takuji Ogawa），母亲小雪（Koyuki）。汤川秀树本名小川秀树，直到1932 年结婚，他入赘妻子汤川须美的家，才改为今名。而当年秀树的父亲也是入赘女婿，父亲的姓氏从浅井改为小川。秀树出生后几个月，父亲因有留学背景，被任命为京都大学地理学教授，因此全家搬往京都。秀树把京都看作是自己的家乡，他在那里几乎度过了一生。

浅井家和小川家有几代学者浸润于中国和日本的传统文化。秀树的祖父饱读诗书，是一位中国古典文学教师。秀树的父亲受家庭影响，从小学习汉学，祖父大部分采用口授，且崇尚“读而不讲”，很像鲁迅《从百草园到三味书屋》里面那种“摇头晃脑跟着老师念”的学习方式。后来琢治成年，从事地质学研究，但他仍爱读中国典籍，爱好收藏文物，对中国古代历史的浓厚兴趣贯穿了他一生。

秀树四五岁时，开始了启蒙教育。当时外祖父母跟着他们家住，外祖父便担负起教授秀树的责任。外祖父不教ABC，也不教一二三，上来就教汉学典籍，采用《论语》、《孟子》的选文。外祖父的教育理念和方式是“读而不讲”，常常是外祖父用指字棒先读，小秀树逐字逐句跟着念。外祖父要求小秀树吐字清楚，声音洪亮。刚开始时，小秀树还比较认真，但时间稍长，就感觉枯燥乏味，又不知其义，简直是一种折磨。

说来也怪，经过一段时间学习，看起来十分难懂的文章秀树竟然能流利地读下来；再过一段时间，秀树可以完整地将一整篇文章背下来。

外祖父的这种“读而不讲”的教学方式，虽然让秀树一度难以接受，但事后看来效果却十分明显。

上小学时，秀树开始接触稗史小说，借助于汉字旁边用小字写的注释，他贪婪地阅读了许多江户时代用日文翻译的中国小说，如《水浒传》、《三国志》和《西游记》。甚至直到老年，秀树还能记得《水浒传》中一百零八将中的大部分人名。

秀树小时也学习中国书法，他临摹过的古代名家的书法有欧阳询的楷书，也有王羲之的行书和草书。读经典、练书法的方式，使秀树深受中国文化的熏陶，这种熏陶影响了他一生。

志在物理

汤川秀树天性不好交际，不善于同别人打交道，按他自己的说法，他愿意在一种不太需要交际的研究领域中工作。

身为地理学家的父亲希望秀树将来从事人文地理学，秀树觉得这是一种需要和人保持密切交往的学科，这恰是他难以忍受的事，因而他没有听从父亲的建议。他甚至一度表示，对与人打交道的专业他全无兴趣。

1923年，秀树进入京都第三高等中学，对经济学和法律等人文课程，听讲时总是一个耳朵进一个耳朵出，但他却喜欢数学和物理。课余时间，秀树常到藏书丰富的学校图书馆去阅读，当时岩波书店正在陆续出版一套哲学丛刊，其中有田边元（1885-1962）著的《近几年的自然科学》和多卷本《科学概论》。秀树发现这些书十分有趣。当时还有一位科学家（也是多产作家）石原纯（1881-1947），他的代表作是《相对论中和物理中的基本问题》，秀树读起来也感兴趣。田边元的著作解释了许多问题，其中之一是量子理论，秀树读了很多遍都不好理解，这种难理解性反而成为一种巨大的诱惑，使秀树产生强烈的感觉，认为这就是他应当研究的学科。 相比之下，秀树觉得石原纯写的关于相对论的解释不难懂，而量子理论却是十分奇特的。

高中时，秀树选德语作为二外，能读懂德文让他高兴，而且他暗地有通读一本德文书的心愿。上高三时，秀树在一家书店偶然发现普朗克（Max Plank）著的《理论物理学导论》第一卷（动力学部分），这本书根据普朗克在柏林大学讲课的讲义写成，思想清晰，逻辑性强。秀树非常惊讶，他这样的高中生竟然能读懂这本书，而这样的好书，此前竟没有人向他介绍过。使他兴奋的是，从读过的田边和石原的书中了解到，普朗克就是量子理论的创始人，于是，这更增强了秀树从事物理学研究的抱负。秀树后来回忆道，使他决定从事理论物理学研究的影响最大的因素中，就包括田边和石原的著作，随后是普朗克的著作。

高中毕业后，秀树报考京都大学物理系，顺利通过了考试。然而进大学后，秀树发现他所设想的量子理论已经过时了，一种更先进的量子力学出现，而且正在欧洲物理学界引起极大的反响。无论如何，秀树下决心要掌握。当时的德国处在科学领先地位，而周边的国家，尤其是丹麦、荷兰和瑞士，以及在英国、法国和意大利，年轻的科学家们正突飞猛进，取得了各种惊人的成果。秀树一度很失望，甚至感到当一个物理学家为时已晚。因此他问自己，毕业之后应该干什么？想来想去，他对其他学科都不喜欢，还是决定研究理论物理学。问题是研究理论物理学的哪个方面？考虑再三，他意识到科学界对原子核和宇宙射线所知甚少，而且在这个领域工作的人也寥寥无几，因而大学毕业后不久，秀树铁了心：就从事这个方向的研究，不再有其他的选择。

预言介子

1933年，汤川秀树开始了大学教书生涯，并专注于理论物理学研究。当时已经知道有电子、质子和中子，而且知道质子和中子组成的原子核相当稳定。是什么原因使原子核具有如此的稳定性呢？按说具有同种电荷的质子应当相互排斥，而不带电荷的中子无力抵消这种排斥。

当时，德国物理学家海森堡（Heisenberg）提出一种模型，认为质子和中子通过电子交换相互作用维系在一起。然而汤川秀树通过研究认为，这样的模型缺少一种充分的核力。 1934年10月，就在汤川秀树的第二个孩子出生后不久的一个不眠之夜，他突然有了明确的想法：假定存在一种新的粒子，就可以解释质子和中子之间的相互作用。他提出假定的根据是，发现核力的作用范围与量子（能束）的质量成反比，通过量子物理学计算，他预言这样一种粒子的质量大约是电子质量的200倍。

1935年，汤川秀树在日本物理-数学学会会议上公开他的研究，其论文发表在《日本物理-数学学会会议录》第一卷，并为他的新粒子起名“重量子”或“U量子”。不过，汤川秀树对新粒子的预言起初并没有在欧洲科学界引起什么反响，部分原因是缺乏实验证据。

1937年，秀树的预言得到了实验验证。美国物理学家安德森（C. D. Anderson）和他的助手尼德梅耶（S. Neddemeyer）报告说，在次级宇宙射线中发现了一种比电子重、比质子轻的粒子。汤川秀树为此写了一篇简短的科学笔记，说他的“重量子”与这种新的宇宙射线粒子可以融为一体，他为这种粒子取名为“宇宙子”。

安德森和尼德梅耶将发现的粒子称为“中间子”（mesotron），字头“meso”在希腊语中的意思是“中间”，表示这种粒子的质量在质子和中子质量之间。美国物理学家奥本海默提议将这种粒子命名为“汤川子”，以此纪念汤川秀树为发现这种粒子所作的贡献。1938年，物理学家霍米・巴巴（Homi Bhabha）命名的“介子”一词，成为后来物理学文献中的标准用语。

随后的研究表明，虽然安德森和尼德梅耶确定的这种粒子具有核量子所需的质量，但科学家所观察到的它的寿命为10-6秒，这个值是预测值10-8秒的100倍。因此，汤川秀树所预言的这种粒子还是难以捉摸。

为了解决汤川秀树的预言和安德森与尼德梅耶的发现之间的矛盾，汤川秀树的同事坂田昌一（S. Sakata）和井上（T. Inoue）假设：介子可以有两种形式，一种是μ介子，核子间没有强相互作用，安德森和尼德梅耶报告的粒子就是这一类型的；第二种是π介子，核子间具有很强的结合力，其寿命应当与理论计算结果相符。这种假设还提出，π介子会衰变为μ介子。

虽然关于“两种介子”的假说于1942年就在日本发表，但直到1946年该论文的英译本发表才引起美国和欧洲科学家的注意。延迟的原因部分是因为第二次世界大战期间科学交流受阻碍。

汤川秀树的介子假说最终得到了实验证实。英国物理学家鲍威尔（Cecil Powell）和同事利用其开发的照相乳胶技术记录下高速带电粒子的轨迹，从而发现宇宙射线中存在π介子的证据。汤川秀树因成功预言介子而于1949年获诺贝尔物理学奖；鲍威尔于1950年获诺贝尔物理学奖。

老庄情结

汤川秀树很小就学习中国文化，但他最早读的基本是《论语》、《孟子》、《大学》等典籍。十三四岁时，秀树在父亲的藏书室里找到了老子和庄子的书，恰恰是祖父和父亲不让他读这些书而引起他探求秘密的乐趣。还有一种乐趣，按他的说法，“就是和比较自由的思维方式相接触，这种方式超出了儒家学说强加给人类思想和行为的那种死板框架”。

汤川秀树一遍又一遍读《老子》和《庄子》，其实当时他说不出自己是否真正理解这些书，以及感兴趣的究竟是什么。然而，当他步入中年时，《老子》、《庄子》的寓言却不时浮现脑际，有一天他正在思索基本粒子的问题，突然想起庄子的一段话，见《庄子・内篇・应帝王》：

南海之帝为，北海之帝为忽，中央之帝为浑沌。与忽时相与遇于浑沌之地，浑沌待之甚善。与忽谋报浑沌之德，曰：“人皆有七窍以视听食息。此独无有，尝试凿之。”日凿一窍，七日而浑沌死。

20世纪60年代，科学界已发现30种不同的基本粒子，每种基本粒子都带来谜一样的问题。科学家正深入考虑在这些粒子的背后到底有什么东西。但是，如果证明物质有30多种不同的形式，那是很尴尬的，这还叫基本粒子吗？汤川秀树认为，很可能的是，万物中最基本的东西并没有固定的形式，而是可能有着分化为一切种类基本粒子的可能性、但事实上还未分化的某种东西，这种东西也许就是一种“浑沌”。正是在按这样的思路考虑问题时，汤川秀树想起了庄子的寓言。

后来，汤川秀树又发现了庄子寓言的一种新魅力，他把和忽看成某种类似基本粒子的东西，只要它们还在自由地到处乱窜，什么事情也不会发生――直至它们从南到北相遇于浑沌之地，这时就会发生像基本粒子碰撞那样的一个事件。按照这一蕴涵着某种二元论的方式来看，就可以把浑沌的无序状态看成把基本粒子包裹起来的时间和空间。在汤川秀树看来，这样一种诠释是可能的。

汤川秀树也把老庄的思想与古希腊先哲的思想比较，认为他们的思想完全不同，老庄的思想构成了一种自洽的、理性主义的认识，于今作为一种自然哲学很值得重视。比如老子所言：“天地不仁，以万物为刍狗”（《老子・五章》），秀树说：如果把“天地”自然扩展到包括人类创造的人工自然，把“万物”看做包括人类本身，我们就不得不担忧人类会不会被自己创造的科学技术毁灭。汤川秀树的担忧也让我们产生联想，近年出现的严重雾霾，水源污染，食品安全，乃至全球性气候异常，无不是人类过度的开发活动所造成的恶果。老子之言，不啻警钟！

知鱼之乐

汤川秀树早年学过书法，成名后的他常常被人求字，有一段时间，汤川秀树就多写“知鱼乐”三个汉字。求墨宝的人没读过庄子的书，当然不解其意，因此就向他请教。这引发了汤川秀树的一番妙论，后来他还专写了一篇文章，就叫《知鱼乐》，详谈他的观点。“知鱼乐”典出《庄子・秋水》，原文如下：

庄子与惠子游于濠梁之上。庄子曰：“┯愠鲇未尤荩是鱼之乐也。”惠子曰：“子非鱼，安知鱼之乐？”庄子曰：“子非我，安知我不知鱼之乐？”惠子曰：“我非子，固不知子矣。子固非鱼也，子之不知鱼之乐，全矣。”庄子曰：“请循其本。子曰‘汝安知鱼乐’云者，既已知吾知之而问我，我知之濠上也。”

汤川秀树说，这段对话看起来颇有点像禅宗问答形式，而实际上却很不同。禅宗总是把论证进行到科学无能为力的地方，而庄子和惠子问答则可以看作是对科学中理性主义和经验主义这一问题的间接评注。惠子论证方式的逻辑学看来始终比庄子的逻辑学要好得多，而且，惠子拒不承认任何像“鱼之乐”那样的既无明确定义又无法证实的事物，这当然是和传统的科学态度更加接近的。话虽这么说，作为科学家的汤川秀树，却觉得“自己更倾向于对庄子所要暗示的东西”。

汤川秀树认为，假如所有的科学家都坚持这两种极端看法中的一种，那么也就不可能产生我们今天的科学。甚至在19世纪，更不必说古希腊学者德谟克利特提出原子说时，关于原子的存在没有任何直接证明。尽管如此，依据存在原子的假设而工作的科学家，却比那些不用这种假设的科学家对自然界有更加深入和广阔的认识。科学的发展已清楚地证明，不承认任何未经证实的事物的态度过于苛刻。

另一方面，同样清楚的是，不怀疑任何无法从经验上或逻辑上完全否定的事物，这种态度也流于随和。在思维过程中或者在实验过程中，一个科学家必须完成一种不可避免的选择任务。

汤川秀树说，没有任何科学家会顽固坚持上述任何一个极端的观点，而问题在于他更加接近于其中的哪一个极端。

由上述可见，汤川秀树对中国传统文化的体悟达到了很高的境界。汤川秀树留下的科学遗产和精神财富，都值得我们汲取。