现在大家都感兴趣讨论什么是科学,依老朽之见,直接回答这个问题应该是:科学是对自然规律及其遵循和运用自然规律的探求。因此,科学既有一个认识理解物质世界的问题,还有一个如何描述物理规律的问题。从认识理解物质世界的角度看,周易阴阳说具有丰富的自然辨证法思想,他要比古希腊的哲学思想更胜一束;从描述手段的角度来看,我们的祖先却遥不可及。既然今天我们已经清楚地认识到了这个问题,按照周易阴阳说做一下尝试又未尝不可。
事实上,这些化学家没有看到对称性在其中的决定性作用:
1.现在所理解的元素周期表的物理本质是在量子论发展的过程中顺带完成的,早在1950年代之前就完全搞清了周期表的物理本质:一是原子核电荷Z的因素;二是自由原子外形的球对称决定了原子内电子状态的角分布。这两个物理根源——核电荷与球对称,在化学界对前者人人都知道,而后者知道的人却不多。
2.元素周期表表达的是自由原子的化学行为,自由原子的球对称是电子状态的第二位决定因素。单凭李群(Liegroup)就可以从球对称求得电子云的角分布。所以,元素周期表的物理本质已成定论,未来的科学不可能改变它。
微观世界中自由原子的电子云服从球对称,而宏观世界鼓膜的振动也服从二维的“球对称”,两者有共性。对称性是自然界中一种有时是显而易见的性质。研究对称性的学问是群论。群论运用于物理学、化学的基本思想在于:对于自然界的许多规律,哪怕我们对其物理具体内容还不知道、实验证据还不足,但是可以单凭问题中明显可见的对称性质,就可以从理论上演绎出一些重要结论,尽管这些结果不是体系性质的全部行为,但却是体系必须严格服从的约束。
图:Lie群的创立者挪威数学家S.Lie(左),德国数学家HermannWeyl(中),美籍匈牙利理论物理学家EugeneWigner(右)
群论是现代数学中概括性最强、影响最大的分支。S.Lie说:“群能解决一切问题。”F.Klein说:“群把整个数学统一起来了”。H.Poincaré说:“群论就是那抛弃其内容而化为纯粹形式的整个数学。”I.Gelfand说:“全部数学就是某种类型的表示理论。”正是群论中的表示理论将抽象的群元变换成可以具体操作的对象。表示理论将数学中貌视不同的各个分支贯通起来,所以说群把整个数学统一起来了。
零散的知识不算科学,知识被系统化继而形成统一、自洽的理论之后才是科学。群论就是一门不但将数学各分支系统化、贯通成整个数学理论框架的学问;它后来又在物理学和化学科学达到极高的地位,起到纲举目张的作用。
对称性是体系的一种全局性质。化学家熟悉的对称性有晶体外形的对称性、分子结构的对称性和原子、分子轨道的对称性。不用先求分子轨道的具体解,人们就可以单凭分子结构的对称性,从群论得出可能存在的几种分子轨道及其能级分布。不符合对称性的轨道一定是不存在的。不过,化学家熟悉的以上对称性都属于离散群,群中的对称操作(即群元)总数为某个有限大的整数。但是,对于自由原子那样属于球对称的物体,在指定通过球心的旋转轴后,绕轴旋转的角度是可以连续变化的、总数无穷大的实数值。另外,旋转轴在空间中的取向又是可以连续变化的,所以它属于连续群,群元总数无穷大,需要用群论中的一支Lie群来分析。
当然,无论如何上述误解还属于科学之内的认识。令人匪夷所思的是,居然还有人走得更远,企图用周易阴阳说来解释元素周期表。
这些科班学者声称可以运用《周易》的阴阳八卦理论探讨元素周期表问题。其实,只要看任意一本群论入门书的前10页,反复思索一番就很容易看出:即便用现代数学的概念把《周易》阴阳论的含义抬高,充其量也只是个二阶群C2。所谓黑白、阴阳、男女等等之间的“由此及彼”的关系就是C2群中的两种群元:恒等元I和C2元。C2群是最简单的一种群,只代表自然界中最简单的的一种事物间的关系(即对称性)。自然界万物间存在的关系实际上远不止二阶群一种,还有好多种群,代表更复杂的事物间的关系。人们误以为阴阳八卦可以“由此及彼”覆盖自然界中任意事物之间的联系,其实在这一点上《周易》远远无法与群论相比。群论是现代科学的代表。
群之间可能存在从属关系,一个群可以是另一个群的子群。例如二阶群C2是三维旋转群R3的子群。R3又是代表球对称的SO(3)群或SU(2)群的子群。上述自由原子的球对称性就属于SO(3)群,不属于二阶群,或二阶群只是SO(3)群的一个子群。既然子群的完备集不可能也是“母”群的完备集,所以二阶群C2的《周易》是绝对无法理解元素周期表球对称的本质的。
周易论者遇到s,p电子有2+6=8,就非要与《周易》八卦中的“八”硬凑在一起。即使凑上几个元素,此后d,f电子的10与14怎么凑呀?将来g,h电子的18与22又怎么凑呀?凭群论就可以断言这样的硬凑毫无价值。
两千年之后,人们还陶醉在《周易》阴阳论这二阶群中,误以为万物之间只有这一种事物间的关系。他们没看到自然界中万物之间还有很多种其他关系(很多种群),那是明摆的现实。宇称也属于一种对称性,难怪,以破除宇称守恒定律著名的杨振宁先生一眼就看出问题,振聋发聩地指出:《易经》影响了中华文化中的思维方式,是近代科学没有在中国萌芽的重要原因之一。