科 學 與 信 仰
漫 談 科 學 與 信 仰 的 兼 容 (九)
再 談 神 第 一 天 造 光
周 小 安
事 實 上 ， 量 子 力 學 的 興 起 ， 伴 隨 著 波 和 粒 子 的 經 典 觀 念 ， 在 獨 立 地 描 述 原 子 或 亞 原 子 層 次 的 事 件 時 不 再 有 效 。 直 到 1900 年 ， 粒 子 或 波 的 概 念 已 成 為 解 釋 一 切 已 知 現 象 的 基 礎 。
大 約 在 1900 年 左 右 ， 一 些 科 學 家 在 處 理 「 黑 體 輻 射 」 的 歷 程 上 ， 遇 到 理 論 計 算 與 實 驗 數 據 不 符 的 困 難 。 為 克 服 這 一 困 難 ， 德 國 物 理 學 家 馬 克 斯 . 普 朗 克 提 出 了 一 個 革 命 性 的 「 處 方 」 ， 用 以 壓 制 「 黑 體 」 在 高 頻 率 一 端 的 輻 射 強 度 。 他 設 想 ， 每 一 電 磁 振 動 不 能 連 續 性 地 攜 帶 一 份 任 意 小 的 能 量 ， 而 必 須 分 離 式 地 攜 帶 與 它 的 頻 率 成 正 比 的 某 個 最 小 量 ， 或 這 個 最 小 量 的 整 數 倍 。 如 此 一 來 ， 每 一 電 磁 振 動 能 攜 帶 的 能 量 就 不 是 連 續 分 佈 的 ， 而 只 能 是 這 個 最 小 量 的 整 數 倍 ， 這 個 最 小 量 則 為 頻 率 乘 以 一 個 變 換 因 子 。 這 因 子 現 在 被 稱 作 普 朗 克 常 數 ， 並 被 列 為 一 自 然 的 基 本 常 數 。 令 人 意 想 不 到 的 是 ， 普 朗 克 利 用 這 個 當 時 人 看 來 荒 謬 絕 倫 的 猜 想 ， 能 夠 在 理 論 計 算 上 得 到 和 觀 察 一 致 的 作 為 頻 率 含 數 的 輻 射 強 度 分 佈 。 這 就 是 現 在 所 謂 的 普 朗 克 輻 射 定 律 ， 普 朗 克 憑 此 舉 揭 開 了 量 子 理 論 光 臨 的 序 幕 。
緊 接 著 ， 愛 因 斯 坦 在 處 理 光 電 效 應 時 (1905 年 ) ， 認 識 到 光 波 在 某 些 場 合 展 示 出 像 粒 子 一 般 的 行 為 。 光 電 效 應 描 述 當 光 照 射 在 某 些 金 屬 表 面 時 使 之 噴 射 電 子 的 過 程 。 實 驗 者 巳 經 發 現 ， 為 了 使 任 何 一 種 特 殊 的 金 屬 釋 放 電 子 ， 傾 射 在 其 表 面 的 光 必 須 有 某 個 最 小 頻 率 ， 其 大 小 依 賴 所 選 用 的 金 屬 。 例 如 ， 綠 光 能 從 鈉 金 屬 片 中 逐 出 電 子 ， 但 是 要 想 從 銅 和 鋁 這 類 普 通 金 屬 中 激 發 出 電 子 ， 就 需 要 更 大 能 量 的 紫 外 線 。 此 外 還 發 現 ， 一 旦 電 子 釋 放 開 始 ， 加 大 光 的 強 度 時 射 出 的 電 子 數 增 加 ， 而 每 個 電 子 的 能 量 不 增 加 ； 另 外 ， 提 高 光 的 頻 率 時 ， 則 會 出 現 較 高 能 量 的 電 子 ， 而 釋 放 能 量 的 速 率 則 不 變 。
這 些 實 驗 觀 測 的 事 實 很 難 用 光 的 波 動 理 論 解 釋 。 然 而 ， 愛 因 斯 坦 以 光 是 一 束 光 粒 子 的 假 設 ( 古 老 的 牛 頓 設 想 的 現 代 版 本 ) ， 非 常 簡 單 地 解 釋 了 光 電 效 應 。 他 假 設 : 當 光 照 射 在 金 屬 表 面 時 ， 光 的 能 量 以 分 立 的 能 量 包 ( 光 量 子 ， 或 光 子 ) 的 形 式 被 金 屬 表 面 的 電 子 所 吸 收 。 這 能 量 與 光 的 波 長 成 反 比 ， 比 例 常 數 為 普 朗 克 常 數 與 光 速 的 乘 積 。 愛 因 斯 坦 由 于 這 個 光 電 效 應 的 解 釋 而 獲 得 1921 年 度 的 諾 貝 爾 獎 。 光 子 類 似 小 粒 子 行 為 的 直 接 演 示 ， 出 自 美 國 科 學 家 阿 瑟 . 康 普 頓 1923 年 的 實 驗 。 當 時 巳 經 發 現 ， 若 將 從 某 種 晶 體 反 彈 回 來 的 X- 射 線 ， 看 做 與 晶 體 原 子 的 電 子 亂 撞 的 個 別 光 子 ， 你 就 能 理 解 這 一 現 象 。 康 普 頓 證 明 了 ， 如 果 把 電 子 和 光 子 都 看 做 粒 子 ， 它 們 的 相 互 作 用 就 是 嚴 格 的 彈 子 球 碰 撞 ， 並 且 光 子 彈 出 的 方 向 和 它 所 具 有 的 能 量 之 間 有 直 接 的 關 係 。 此 外 ， 在 衝 撞 中 光 子 的 能 量 也 被 改 變 。 並 且 ， 按 照 普 朗 克 假 設 ， 因 為 能 量 與 頻 率 成 正 比 ， 所 以 光 子 能 量 的 前 後 變 化 就 等 于 其 頻 率 的 變 化 。 這 樣 ， 用 光 的 波 動 理 論 無 法 解 釋 的 康 普 頓 實 驗 ， 被 光 量 子 理 論 很 圓 滿 地 解 釋 了 。 由 于 這 項 工 作 ， 康 普 頓 獲 得 1927 年 度 的 諾 貝 爾 獎 。
另 一 方 面 ， 我 們 知 道 光 的 干 涉 和 衍 射 現 象 ， 又 毫 不 含 糊 地 表 明 光 是 波 。 量 子 力 學 的 發 現 ， 引 起 一 系 列 的 哲 學 或 形 而 上 學 的 問 題 。 例 如 ， 光 子 究 竟 是 波 還 是 粒 子 ? 看 來 ， 正 確 的 答 案 是 兩 者 都 不 是 或 兩 者 兼 而 是 之 ， 這 就 是 所 謂 波 粒 二 像 性 。 光 子 像 波 一 樣 傳 播 ， 卻 像 粒 子 一 樣 與 物 質 相 互 作 用 。 微 觀 量 子 的 波 動 方 面 和 粒 子 方 面 ， 只 能 按 如 下 假 設 才 能 與 實 驗 結 果 協 調 :(1) 在 一 個 實 驗 中 若 呈 現 波 動 現 象 ， 就 使 得 類 粒 子 的 行 為 不 可 能 呈 現 ； (2) 任 何 一 個 呈 現 粒 子 行 為 的 實 驗 ， 則 排 除 了 波 動 現 象 的 出 現 。 波 動 理 論 與 粒 子 理 論 是 否 互 相 排 斥 ? 答 案 很 復 雜 。 物 理 學 家 一 度 很 難 找 到 一 個 單 一 的 關 于 量 子 的 模 型 ， 用 以 解 釋 所 有 實 驗 的 結 果 。 這 種 困 境 曾 促 使 玻 爾 提 出 上 述 假 設 ， 並 將 此 假 設 視 為 自 然 界 的 基 本 條 件 ， 這 就 是 所 謂 「 互 補 原 理 」 。 于 是 ， 波 粒 二 像 性 得 以 承 認 ， 並 利 用 「 互 補 原 理 」 來 有 效 地 處 理 亞 原 子 水 平 上 不 同 的 實 驗 現 象 。
聖 經 啟 示 耶 穌 是 「 來 到 世 上 的 光 」 ( 約 3:19 ； 1:19) 。 量 子 力 學 發 現 光 具 有 波 粒 二 像 性 對 我 們 認 識 耶 穌 有 甚 麼 啟 迪 呢 ?
聖 經 關 于 耶 穌 基 督 的 核 心 啟 示 就 是 「 道 成 肉 身 」 ( 約 1:14) ， 或 「 神 在 肉 身 顯 現 」 ( 提 前 2:16) 。 由 此 引 起 的 一 個 難 題 是 : 耶 穌 是 神 ， 還 是 人 ? 根 據 羅 1:3-4 ， 「 論 到 祂 兒 子 我 主 耶 穌 基 督 ， 按 肉 體 說 ， 是 從 大 衛 後 裔 生 的 ； 按 聖 善 的 靈 說 ， 因 從 死 裡 復 活 ， 以 大 能 顯 明 是 神 的 兒 子 。 」
聖 經 以 各 種 方 式 揭 示 耶 穌 基 督 具 有 神 人 二 重 性 ， 但 由 于 人 的 語 言 的 限 制 ， 使 人 在 理 解 上 產 生 一 定 的 困 難 ， 由 此 導 致 了 一 些 異 端 。 光 的 波 粒 二 像 性 及 互 補 原 理 使 我 們 看 到 ， 神 人 二 重 性 並 不 是 一 個 自 相 矛 盾 的 概 念 。 因 此 ， 相 信 聖 經 關 于 耶 穌 具 有 神 人 二 重 性 的 啟 示 ， 並 不 是 不 合 理 性 或 違 反 理 性 的 。
