什么是物质？

－文字稿－

这恐怕是世界上最艰深的问题了：从古典时代的贤人辩论到现代物理的精密观测，人类永无止境地讨论着“物质”的性质和规律，然而这漫长的讨论从来没有明确过什么是物质。

自从哲思出现于那些最古老的文明，这个世界就被划分成了“物质”和“精神”两个部分，前者包括了一切感官可及的事物，后者则包括了一切不可观察的东西，尤其是存在于意识中的东西。

因此不难想见，这两个世界的边界恰恰就是人类观察的前沿：在公元前的古典时代，人类只有最基本的感官观察，因此很乐于像阴阳、五行或者四元素这样笼统地概括一切。

这些笼统的概括不可避免地融入了种种主观的想象，最终无一例外地演变成了超自然力量。或者说在那个观察手段低级粗陋的时代，人类将不可避免地用精神诠释物质，所以当科学革命兴起，人类的观察手段丰富而精密起来，这一趋势就被完全逆转了，随着原子和更基本的粒子被逐个发现，“物质由基本粒子组成”也就成为了一切问题的根本解释。

比如自古以来，“死而不可复生”的悲痛让人相信生命是一种不可捉摸的力量，它以神秘的方式赋给物质，使生物以与一般物质完全不同的方式活动起来，乃至在人类身上表现出智慧的行为——所以“生命力”就成了精神世界最重要的组成。

然而1665年，英国的罗伯特·虎克在显微镜下观察到了植物的死细胞；1674年，荷兰的列文虎克又用显微镜看到了活细胞，到1809年，拉马克已经推测这些细胞就是所有生物形态和功能的基本单位，这个理论在此后的半个世纪里被更加精密的显微镜充分证实——与此同时，动物在肌肉运动中伴随的电现象也被路易吉·伽伐尼的实验揭示出来，神秘的生命现象开始变得可以分解、可以实验。所以在科学怪人这部恐怖小说里，带来生命已经不是上帝，而是科学。

终于在20世纪，分子生物学揭示了蛋白质的多级结构，以及蛋白质与核酸之间的催化关系，连同意识在内的一切生物现象终于都被还原成了基本的化学反应和更基本的物理反应，那个古老的“精神世界”再也不是什么客观存在了。

或者更明确地说，当标准模型被2013年确认的希格斯玻色子填满，将这个宇宙中的一切事物还原为基本粒子和基本粒子的运动，这种最彻底的“还原论”就概括了自然科学在过去一个世纪里最主要的成就——可惜这绝不是自然科学对“物质”的最终解释。

就以最简单的热现象来说，18世纪的物理学家和化学家一度以为它是一种“物质”，拉瓦锡还把它写进第一份元素表。

随着原子论在19世纪崛起，我们意识到热能来自微观粒子的运动，温度就是物体分子平均动能的度量，因此在还原论的视角下，热现象不是物质，而是物质的运动——但当量子力学揭示了物质的波粒二象性，微观的粒子原来同样是波，我们就逐渐意识到宏观的波也同样是粒子——比如固体内传导的机械波，就可以视为“声子”。而热传导依赖晶格传播振动，也就完全可以看作声子在固体内部运动 ，我们甚至可以用不同的弹性的材料制成声子晶体，进而造出声和热的二极管。

这样一来，我们就在热现象中错愕地发现物质和物质的运动也没有那样明确的界限，这给我们带来了重大的启示：我们以往在自然科学中展开的一切讨论，原来并不是针对所谓的“物质”，而是针对某种 “结构”——这在带来困惑的时候也给未来的研究打开了新的大门：当我们认知这个世界的时候，那些“结构”才是最应留意的对象。