原子真的存在嗎

“一尺之棰，日取其半，萬世不竭?！边@是《莊子》記載的惠施的話，現在經常有人把它當作是有關物質無限可分的命題，其實莊子是把它和“卵有毛”、“雞有三足”等用來狡辯的謬論列在一起的，并不真把它當回事。

與惠施差不多同時的古希臘哲學家倒是認真地探討過類似的問題：把一個物體切成兩半，再切成兩半，如此反復地切，是不是能夠沒完沒了地切下去，還是切到一定程度就無論如何切不下去了？德謨克利特（約公元前460－370）認為，切到最后就會切到最小的組成部分，再也切不動了。

德謨克利特用另外一個思想實驗來說明這一點。他在海邊漫步，問道：海里的水是不是連續的？如果一直把水分割下去會怎樣呢？他打了一個比方，沙灘遠遠地看去是連續的，走近了看則是由一粒粒沙子組成的。他設想，如果把水分割成越來越小的水滴，最終會是再也沒法分割的“水?！?。因此表面上看是連續的物體，都是由不連續的最小粒子組成的。德謨克利特把這種沒法再分割的粒子稱為原子，希臘語的意思就是“不可分割”。

德謨克利特的原子觀點是從其老師留基伯 （約公元前500－440）那里繼承并發展而來的。它最初被提出來，是為了解決古希臘哲學家爭論不休的另一個問題：世界是不是變化的？赫拉克利特（約公元前535－475）認為一切事物都在變化中，有一句名言：“人不能兩次走進同一條河流?！卑烷T尼德 （約公元前520－450）則認為世上根本沒有真正的變化，一切變化都是假象。你也許覺得讓巴門尼德親眼看看一些變化就能讓他啞口無言，不過巴門尼德并不相信親眼所見，他認為感官是不可靠的，只有純粹的抽象推理才能獲得正確的認識。作為一名哲學家，他的使命是用推理來破除感官假象。

巴門尼德是這么推理的：真空是不可能存在的，因為真空就是無，說某種東西是真空，相當于說它是沒有東西，這是自相矛盾的。既然真空不存在，那么運動是不可能的，因為物體運動需要真空，沒有真空的話就沒有物體移動的空間。巴門尼德進而否認存在多個事物，惟一真實存在的只有一個包含了一切的無限事物，它是不會變化的。它如果發生了變化，就意味著要從“無”產生“有”，或者讓“有”變成“無”，這都是自相矛盾，不可能的。所以一切運動、變化都是虛假的。

你也許會覺得巴門尼德的推理偷換概念、牽強附會。不過要駁倒它，卻不是那么容易。留基伯試圖用原子論來調和“變”與“不變”，“有”與“無”的矛盾。事物的組成單位原子是不變的，不能產生也不能消滅，但是原子之間的重新組合會改變事物的形狀，讓它在表面上發生變化。留基伯同意巴門尼德所說的，事物的運動必須要有真空，但是他認為，既然我們能夠感覺到事物的運動，那么一定存在真空。真空和原子，是組成宇宙的兩種基本元素。

巴門尼德的學生芝諾從另一個角度否定運動的存在：你要走完全程，需要先走過給定距離的一半，為此又必須先走過一半的一半，一半的一半的一半……直至無窮，這樣的話你相當于呆在原地了。芝諾還有一個更著名的悖論：長跑冠軍阿基里斯永遠追不上烏龜，也是玩類似的“無限”游戲：當阿基里斯到達烏龜的起跑點時，烏龜又走了一小段路了，阿基里斯必須在走過這一小段路，而烏龜又向前走了．這樣，阿基里斯可無限接近，但永遠追不上烏龜。為了解決這些運動悖論，留基伯否認事物可以無窮地分下去，假定存在不可再分的最小單位原子。

德謨克利特把留基伯的原子論創建成了一個精致而完備的體系。根據這個理論體系，宇宙只由原子和真空這兩種基本元素構成。原子是最小的、不可分割的、不可見的物質粒子，永恒地存在于無限的虛空之中，既不能被從無中創造，也不能被消滅。原子在數量上是無限的，在形式上是多樣的。原子在真空中隨機地運動，偶爾能夠碰撞在一起結合成團。這些結合有的比較穩定，有的較不穩定。不穩定的結合將很快地分離，而較穩定的結合保留下來，并結合進越來越多的原子。事物的任何變化都是原子的結合和分離引起的。德謨克利特還試圖用原子的形狀來說明物質的性質，例如水原子是圓球形的，而火原子則有銳利的邊緣。

德謨克利特原子論與現代原子理論有多大的相似之處，其實并不是很重要，更重要的是他在其中體現出來的還原論和決定論的科學思想：試圖根據少數基本觀念解釋整個世界，并且以數學為工具，加以定量的研究。德謨克利特也提出了機械論思想，把宇宙當成一個高度復雜的機器。同時，德謨克利特也是徹底的唯物主義者，在對世界的解釋中否認任何超自然的精神因素。他認為神根本就不存在，是原始人由于恐懼和無知，為了解釋未知事物而臆造出來。靈魂也不是什么神秘的東西，也是由原子構成的，只不過是最精致、最活潑的原子，人體死亡，原子分離，靈魂也隨之消失。

很顯然，在一個幾乎所有的人都信奉神靈、迷信超自然力量的社會，德謨克利特的思想觀念會被認為是離經叛道的，必然會招致激烈的批評。據說柏拉圖（公元前427－347）極其討厭德謨克利特，曾經聲稱應該把德謨克利特的著作全部燒掉。柏拉圖本人倒是相信原子的存在，并提出了自己的原子論來解釋氣、土、火、水四種元素的性質，但是在其全部著作中卻只字不提德謨克利特。

柏拉圖的學生亞里斯多德 （公元前384-322）卻完全不相信原子的存在，在著作中對原子論做了一系列反駁。我們現在能夠知道留基伯、德謨克利特的原子論思想，在一定程度上還得感謝亞里斯多德對他們的觀點的轉述，因為他們的著作都已佚失了。亞里斯多德不相信真空的存在，也不相信原子的存在。他認為物質是連續的，可以無限分割下去，不存在不可分割的最小單位。亞里斯多德對原子論有一些具體的責難。例如，原子論認為原子處于不停的運動之中，亞里斯多德問道，原子一開始是怎么運動起來的呢？換句話說，誰給了原子第一推動力呢？按當時的共識，物體要運動起來，就必須有力的作用。

這個時候的爭論還處于哲學爭論的階段，不可能通過實驗來證明孰是孰非。古希臘哲學家也不習慣用實驗來解決爭端。他們寧愿只靠推理來提出和證明某個觀點。但是只靠推理往往不能給出定論，一個觀點能否被接受，就要訴諸其提出者的名望和權威了。亞里斯多德比德謨克利特更出名也更權威，人們也就更愿意相信他。結果，在德謨克利特之后相當長時期內，除了伊壁鳩魯 （公元前341-270）、盧克萊修 （約公元前99～前55）等少數唯物主義哲學家，幾乎沒有人相信原子論。伊壁鳩魯對原子論做了一番改造，卻給它帶來了更多問題。他認為原子不論其大小、形狀，都在以相同的速度運動，緩慢地直線下降。果真如此的話，原子又怎么能夠相互碰撞呢？伊壁鳩魯不得不假定，原子在下降過程中，偶爾會突然轉向，撞到了一起。

到了中世紀，天主教會認為亞里斯多德的自然哲學與基督教信仰兼容，將其欽定為不可質疑的官方哲學。這個時候，如果在西方世界還有人公開相信原子論，就會被視為異端，有生命危險。原子論的復興，在文藝復興之后才有可能。

（待續）

方舟子

留美學者，生物化學博士smfang@yahoo.com

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