长年的疑问

汤川秀树

     汤川秀树(Yukawa Hideki,1907~1981),日本物理学家。1907年1月23日生于东京,1981年9月8日卒于京都。1929年毕业于京都帝国大学理学院物理系后留校任教。1934年提出介子学说,以“基本粒子的相互作用”为题,发表了介子学说论文。1938年获大阪帝国大学博士学位。1948年任普林顿高级研究院客座教授。1949年获诺贝尔物理学奖,成为日本获此奖的第一人。后任哥伦比亚大学访问教授。归国后,任京都大学基础物理学研究所所长。1957年参加世界和平运动大会,呼吁和平利用原子能。
        1935年,汤川秀树在大阪大学任讲师时,发表核力的介子场理论,用来解释原子核内的作用力,预言了介子的存在。介子是质量处于电子和质子之间的粒子。1937年,C.D.安德森在宇宙线中发现一种比电子约重200倍的粒子,当时误认为就是介子,后来发现其性质跟介子应有的不同,始知是介子衰变后的产物,今称μ子。经 C.F.鲍威尔等人的研究,于1947年在宇宙线中发现另一种粒子,认定是汤川秀树所预言的介子,今称π介子。由于在核力理论的基础上预言介子的存在,汤川秀树获1949年诺贝尔物理学奖。1946年在日本创办英文杂志《理论物理学进展》,是国际上出色的物理期刊。汤川秀树笃好古籍,研读过庄子》。

  我在上高中三年级的时候,就明确地下定决心要成为物理学家。其原因之一,是我认为自己欠缺成为动物或植物研究工作者的素质。从幼年时代到少年时代,我也像一般人一样对昆虫有兴趣。那时,我住在京都市内,和今天不一样,身边就有昆虫。有树丛的庭院就是各种各样昆虫的栖息之所。我还在附近的皇宫树林里捉过独角仙,拿回家来放在点心盒里饲养。但是,同动物打交道没有更大的进展。对植物的关心就更淡薄了。草木的名字听了过后,很快就忘得一干二净。很久以后,我写起和歌来。但是不知道植物和鸟儿的名字,常常感到伤脑筋。 
  因此,我没有成为生物学家。但是,有一个关于生物的疑问,从少年时代起直到今天,始终留在我的心中不曾消失,尽管在这过程中,它的表现形式有所变化。从我上中学四年级的时候,它就开始产生了。上生物课的时候,老师给我们作了关于进化论的初步讲解。首先介绍了拉马克(J.B.Lamarck)的器官用进废退说。他认为,生物如果经常使用各种器官,它们就逐渐发达,生物则因此而进化下去。这种观点,对于中学生的我,是容易理解的。但是老师却认为这种说法要不得。他认为,生物出生以后,后天获得的能力是不遗传的,对于进化不起作用。于是,他接着开始讲解达尔文的进化论,说:同类的生物之间进行着生存竞争,在这过程中,能够更好地适应环境者,其子孙也将繁衍增殖;生物是靠这种自然淘汰而进化的。这对我说来,难于理解得多。回家以后,我仍然拼命地思考,但还是不能理解。 
  很久以后,我更多地懂得了物理学之后,试去重新思考这个问题,我注意到:大概是因为在达尔文的进化论中包含着统计上的考察,所以才难于理解的吧。拉马克那样的思维方法是根据以下情况得出物种进化结论的,即:生物的一个个的个体在生存期间是遵循着因果法则在变化的。该个体又遵循着某种因果法则将那变化遗传给它下一代的一个个的个体。这正是古典物理学家的思维方法。当然在这里,不言而喻的大前提是存在着个别因果律。在这一点上,达尔文那样的思维方法——作为多数个体集团的物种总体的变化倾向就成问题了。在物理学方面,作为与此相对应的思维方法,是在达尔文的《物种起源》发表后大约20年后才建立了被称作古典统计力学这一学科。在这里,中心问题是:以建立了个别因果律的古典力学为基础,而从统计上去解释热力学的各种现象。但是,拉马克那样的进化论,和物理学的情况不同,它无论如何也不能完成古典力学的任务,这是很显然的。取而代之的究竟是什么呢?那时,我这个中学生并不很了解物理学和生理学,当然不可能那样明确地意识到这个问题。但是当时的朴素的疑问,不久不是就面临了应该发展成为上述那种形式的命运了吗!后来,我仍然在思考那个问题。 
  20世纪初,在生物领域出现了突然变异说。令人惊奇的是,它同物理领域量子论的提出几乎是同时。尽管后者意味着发现了微观过程的不连续性,但是对于这样的过程,当时我仍然认为存在着个别因果律的吧。直到20多年后建立起了量子力学,对于一个个的微观过程,我才终于不得不放弃因果律的想法。这是因为我明白了;由于同样原因开始的微观过程,结果却各不相同,因此只有承认根据非常多的过程所获得的结果而归纳出的关于分布情况的规律。这意味着用统计因果律置换了个别因果律。这是一种非决定论。在我了解了量子力学及其统计解释后不久,就是说在1930年,我甚至在想象:在生物领域难道也有与此相类似的情况吗?不过,所谓突然变异是罕见的现象。在一般条件下,非如此的情况则是压倒多数。正因为如此,生物的种才得以存续下来。和量子力学的情况不同,遗传现象具有强烈的决定论性质。不仅如此,即使偶尔见到偶然发生的突然变异,它同量子力学的非决定性似乎也不是同种的东西。到了1940年,我读了薛定谔(E.Schrodinger)的名著《生命是什么?》以后,才明白了这个问题。他是量子力学创始人之一,他反对以马克斯·玻恩(Max Born)、海森堡(W.K.Heisenberg)和尼尔斯·玻尔(N.Bohr)为代表的量子力学的正统解释即承认微观物理现象的非决定性的统计解释,而主张立足于波动一元论的决定论。在这场论争中,正统派一方处于优势,绝大多数年轻的物理学家都奔向了该阵营。在这种情况下,正如上面谈到的那样,一时我当然也认为在生物领域也像量子力学似地,非决定性是重要的。在正统派中,特别是玻尔,把为理解微观物理现象而引进的互补性概念类推地带入了对生命现象的解释之中。但是这里所说的互补性意味着在无生物的物理现象中看不到的新的性质。因此,受其影响而从物理学转而研究分子生物学的德尔布吕克(Max Deforuck)期待着能够发现与物理法则不同的法则。但是其后的事态进展却与他的预想相反。就是说,薛定谔在德尔布吕克研究成果的基础上,已经拓展了如上所述的决定论见解。扩而大之,1953年沃森(J.D.Watson)和克里克(F.H.C.Crick)建立了DNA模型以后的情况正如众所周知的那样,在这里可以看出180度的大改变。因为我明白了:在量子力学的解释上曾处于劣势的薛定谔一方,在解释生命现象上却较玻尔显然有先见之明。不仅如此,还明白了:按照分子水平上的朴素实在论、机械论的思维方法就能够充分理解遗传现象。这是笛卡儿式的“动物机械论”的现代版。当然,在它的背后确实有着电子水平的量子力学机械论。不过,我知道,不深入到这种程度也无妨。这从物理学方面来看,甚至令人有翻了个儿之感。但是,在生命现象研究方面,还有广阔的未知领域展现在前方。尤其是关于包括人类在内的高等动物的神经系统,今后将会多次地迎来新局面的吧。而且,在某方面不是将会面临不辜负玻尔和德尔布吕克当初的期待的新情况的吗!似乎也有专家作如是想。这是后话。 
  说到这里,回顾一下便可以发现,我从中学时代以来关于进化论的朴素的疑问,至今仍未打消。反而又增添了其后的新的疑问。我记得大约是在大学时代,我读过海克尔(E.H.Haeckel)的著名的《宇宙之谜》。这本书的第一版出版于1899年。所以,关于物质和宇宙的观点都是建立在古典物理学基础上,从今天看来,是完全过时了。但是,对我来说,这一点或者他的一元论哲学却总是好的。留给我印象最深的,是他那主张的说服力,尽管我未能十分理解。这种主张贯穿在关于动物发生的详细得甚至有些烦琐的叙述之中。用一句话来说,它就是:个体的发生是重复系统的发生。长年以来,我一直在想:这个问题从达尔文那样的进化论中,是无论如何不能理解的。其后,我读了各种各样的书,奇怪的是,哪一本书也没有触及这个问题。而且,尽管我试向各方面的专家谈起过我的朴素的疑问或者我这样的外行想法,却都没有反应。近来,我仍一而再地重复这种经验。不过,最近我感到反应稍有不同。稿纸已经写完,留待另外的机会再谈这个问题吧。在这里,我只是想坦率地承认:一个物理学家很久很久以来,关于生物的进化一直抱有朴素的疑问这一事实。生物学尽管取得了显著的进步,但是直到今天,对于我长年的疑问仍未给出能够令人满意的、一语中的的回答,却令人焦躁。