從材料科學看佛學

 

陳煌

 

科學向外探索,佛學向內追尋,兩者到底有沒有交集?

佛法的認知,不可執著於外相與模型,應 由個人之內心去體會、去印證……

 

摘要:

本文舉了材料科學上一些例子來與佛學做比較,期能助人瞭解科學與佛學原來相當一致,而科學並沒有超出佛學的領域。

一、單晶與佛性

材料有其理論強度,而實測強度卻只有理論強度之千分之一或萬分之一,此乃其內部有許多缺陷。後來利用製造單晶之方式將大部份缺陷去除,強度果然大幅上升而幾乎達到理論強度。

人本來就具有佛性,但因無明之障礙而墮入六道輪迴。若能藉修行以去除無明,則可脫離六道輪迴而成佛。這種過程與材料製成單晶而達到高強度極相似。

二、晶粒成長與悟道

鋼片冷軋後,置於高溫,其晶粒會重新成長。在成長之過程中,會有一種極微細之析出物析出在晶界上而阻擋晶粒成長。但是若加熱溫度夠高,保持時間夠長,則晶粒會掙脫析出物之束縛而突然長大。

金碧峰禪師修行功夫極深,已可放下萬緣,唯獨對吃飯所用之玉缽愛不釋手。他預知大限已到,於是入定以逃避閻羅王所差小鬼之捉拿。後來小鬼找出其愛缽,並在他面前拼命搖晃。禪師一急,忙著出定來搶救愛缽,小鬼趁機欲捉拿他,他恍然大悟,將愛缽摔破再度入定而保住了千古慧命。禪師摔破玉缽而悟道,與晶粒掙脫析出物之束縛而突然長大有異曲同工之妙。

三、相變化與菩薩化身

鋼鐵加熱至高溫(不達熔點),鐵原子會重新排列而變成沃斯田鐵。沃斯田鐵以不同的冷卻速率冷至室溫時,則可能變成肥粒鐵、波來鐵、變韌鐵或麻田散鐵等不同的相。這些相的成份完全相同,只不過鐵原子及碳原子排列不同罷了,好像水結冰或變成蒸汽,相發生變化而化學成份不變。

《法華經》<觀世音菩薩普門品>中有如下之記載:「佛告無盡意菩薩:『善男子,若有國土眾生,應以佛身得度者,觀世音菩薩即現佛身而為說法……應以居士身而得度者,即現居士身而為說法……。』」菩薩化身雖然各各不同,但其佛性本質不變。如同鋼板所得之相雖各不相同,但化學成份並未改變。

上述單晶理論強度雖高,畢竟有限;晶粒雖可突然長大,不可無窮;物相雖可任起變化,終有生滅──唯有佛性不生不滅、無量無邊。材料科學雖可印證佛學上部份事例,但卻僅限於「所知之境」而已,至於佛學上最重要的「能知之心」之印證,則非材料科學所可觸及。

 

一、緒言

科學是一種經過實驗觀察,將所得之數據作有系統的整理、歸納,找出其規律性,再將這些結果加以解釋,並且予以應用之一門學問。它的精神在求真,其所探討的對象是宇宙萬物萬事的現象世界。

佛學不但在探討外界現象,更觸及科學所難以理解的「心」的認知。一般人之「心」往往容易受到外界之干擾而表現出喜、怒、哀、樂。如何駕御這顆善變的「心」,透徹瞭解其本質,是佛學所要探討的主要課題。

科學向外探索,佛學向內追尋,兩者到底有沒有交集?有沒有共同點?本文舉了材料科學上一些例子,並指出其與佛學之共同點,證明科學與佛學原來還相當一致。如果好好深思,並利用科學上的知識,說不定可觸類旁通,加速在佛學上之成就。

圖二(a)完美晶體 (b)晶體內部存在缺陷之示意圖

 

二、單晶與佛性

金屬材料例如鋼鐵受到外力拉伸、壓縮、扭曲或彎曲時,都會產生變形。如果加大外力,則變形愈厲害,終至斷裂。使單位截面積材料發生斷裂所需之外力,即為材料之強度。根據理論計算發現,鋼鐵材料之理論強度約為 E/5(參見圖一),比實測強度(約 E/100 - E/10000)高出千倍甚至萬倍,何以兩者會有如此大之差距呢?

半個世紀以前材料學家一直在苦思其因,而提出材料內部應存在有缺陷之假設(參見圖二)。理論計算證明了有缺陷之模型確實會使強度大幅降低而接近實測值。熱力學也證明了缺陷之存在會使材料之自由能降低而趨向穩定。三十多年前,穿透式電子顯微鏡發明之後,人類才首次直接觀察到材料內部存在之缺陷,因此證明了上述假設正確無誤。

缺陷被證實後,有人想到如果將材料內部之缺陷去除,強度不是就可提昇到理論值嗎?不久之後,有一種號稱「貓鬚」(Wh-isker) 的鐵的單晶被發明出來,這種單晶內部缺陷極少。一根如頭髮般之微細「貓鬚」可以支撐一個成人體重而不斷,其強度(約為E/23)之高可見一斑。如此高之強度約達理論強度 (E/5) 之四分之一(參見表一)。可見去除缺陷確實可以使材料強度大幅提昇。

由前述可知,材料存在一個理論強度,因內部有缺陷而使強度大幅降低;但是缺陷去除後,強度又大幅上昇,這種現象帶給我們什麼樣的啟示呢?

 表一材料達到之最高強度值

 

只要接觸過佛法的人,都聽說過「人人皆有佛性」之宣說。佛性即為人之自性,本不生滅。《楞嚴經》卷二對於此不生滅之自性的存在有非常生動地描述。

六十二歲的波斯匿王聽外道說人死後一切都不存在,心生懷疑而去請教佛陀。佛陀反問他說:如何知道自己日後會死?波斯匿王回答說:身體由年輕變化至衰老,因而知道此身必滅。佛陀說:「大王!你看見身體不停地變化,而推論出有一天終要死亡。但是你可知道在你的身體中藏有不滅的自性嗎?」王回答說:「不知道。」佛說:「我現在揭示不生不滅之自性讓你體悟」。

於是佛陀再問波斯匿王幾時看過恆河,而現在所見之恆河與以前所見有何差異?王回答說他三歲所見之恆河與現在六十二歲所見之恆河無異。佛說:「你現在自悲衰老,頭髮變白了,臉上皺紋加深了,但是你觀看恆河的那個『見性』有沒有變得衰老呢?」大王回答說沒有。於是佛陀繼續告訴大王說:「你的臉上雖然變得有皺紋,但是你那能見恆河的『見性』並沒有變皺。會皺者就是有變化,而不皺者就是沒有變化。會發生變化的,終將毀滅;而不發生變化的見性本來就沒有生滅,如何隨肉體而死亡?」

既然人人都像佛所說具有不生不滅之自性,何以又要受生、老、病、死等輪迴之苦呢?《圓覺經》說此乃無明所引起,並對無明作了精闢之說明:

云何無明?一切眾生,從無始來,種種顛倒,猶如迷人,四方易處,妄認四大為自身相,六塵緣影為自心相。譬彼病目,見空中華及第二月。善男子,空實無華,病者妄執。由妄執故,非唯惑此虛空自性,亦復迷彼空華生處。由此妄有輪轉生死,故名無明。

可見無明乃為使人墮入六道輪迴之原因。那麼去除無明之後,是否可修成佛道呢?《圓覺經》的答案是肯定的:

一切如來本起因地,皆依圓照清淨覺相,永斷無明,方成佛道。

又說:

如來因地修圓覺者,知是空華,即無輪轉,亦無身心受彼生死。非作故無,本性無故。

由上述可知,人人皆有佛性,因為無明之障礙才無法顯現佛性而墮入輪迴。但是經過奮力修行後,則又可修成佛而永脫生死。我們若將

佛性 與 材料理論強度

無明 與 材料內部缺陷

藉修行以去除無明 與 製造單晶以去除內部缺陷

做一對一之對應,會發現原來科學與佛學竟然如此相似。因此對科學之理解應可幫助對佛學的體悟。

 

三、晶粒成長與悟道

鋼片經過冷加工(例如輥軋)後,晶粒會發生極大之變形,內部會產生極多之缺陷,材質因而變脆,即不宜使用。將之放入高溫爐中加熱一段時間後,變形的晶粒會重新成核、再結晶並繼續長大。經過加熱處理,可以消除材料內部缺陷而改善材質。

鋼片進行緩慢加熱過程中,有一個有趣的現象發生,那就是在再結晶前,一種微細的氮化鋁析出物會析出在舊有冷軋晶粒之邊界上。再結晶後,晶粒因受到氮化鋁的束縛而不易繼續長大。但是如果加熱溫度夠高,保持之時間夠久,被束縛的晶粒貯藏足夠能量時,會掙脫析出物之束縛而迅速長大(參見照片一)。

 

照片一 鋼鐵冷軋後,在高溫退火時,會產生再結晶,某些晶粒掙脫束縛而迅速長大(放大率100X)

 

晶粒受到愈強烈的束縛,反而可長出愈大的晶粒。這種現象有如射箭時,弓拉得愈滿,射出之距離愈遠;也有如水壩內貯存之水量愈多,水勢往外沖瀉之力量也愈大。最近台灣地區多處發生地震,有人擔心某些久未發生地震之地區,內部可能已儲存太多能量,一旦發生地震,後果會不堪設想。

總之,當物體受到外力束縛時,它會有一種掙脫束縛的衝動。一旦內部能量大到足以掙脫束縛時,其表現於外的行為往往比平常更加強烈。三國時代之孔明也深諳此理,因此利用激將法將張飛、黃忠、趙雲及魏延等大將之潛力激出而獲致驚人的效果。學佛者修行過程中有沒有類似的現象呢?

金碧峰禪師修行功夫非常高,對世間諸緣之貪愛也可放下,但是獨對吃飯用的玉缽愛不釋手。每次要入定前,一定要仔細地把玉缽收好,然後才安心地進入禪定中。

有一次,閻羅王因他世壽即將終了,便差幾個小鬼來捉拿他。禪師預知時至,就進入甚深禪定中,幾個小鬼等了一天又一天,都拿他不得。眼見無法向閻王交差,就去請教土地公設法讓禪師出定。

土地公說:「這個金碧峰禪師最喜歡他的玉缽,如果你們能拿到玉缽,他心裡一掛念,就出定了!」

小鬼們一聽,就找出禪師的玉缽,並拼命搖它。金碧峰禪師一聽到心愛的玉缽被搖得澎澎地響,心一急,趕快出定來搶救。小鬼見他出來了,就拍手笑道:「好啦!現在請你跟我們去見閻王吧!」

禪師剎那間大徹大悟,了知一時之貪愛,幾乎毀了他的慧命。立刻將玉缽打碎,再次入定,並留下一首千古名偈:

 

若人欲拿金碧峰,除非鐵鍊鎖虛空

虛空若能鎖得住,再來拿我金碧峰

 

修行者,實乃修心而已矣!修心時需先將散亂心集中於「一處」,再將這個「一處」去除,而達《金剛經》所說「應無所住而生其心」之境界。如同掃地時,須先將垃圾掃成一堆,再將這堆垃圾清除,而達到清潔的目的。金碧峰禪師之所以能夠悟道,主要是他把對世間之貪愛全部集中在一個玉缽上。當玉缽打碎時,其內心就突破對玉缽貪愛之束縛,瞬間開朗而得到解脫自在。這種現象與晶粒掙脫析出物之束縛而長大有異曲同工之妙。

 

四、相變化與菩薩化身

一般而言,材料的強度受成份及製程的影響極大。以鋼板為例,在一九六0年代以前,鋼板之強度並不高;到了一九六0年代以後,由於鈮、釩等微合金之添加及製程有某些改進,強度增加為原來之兩倍。到了一九八0年代,日本NKK 在福山廠裝設成功世界上第一套鋼板線上加速冷卻設備,使得鋼板之強度又增加許多,且免去微合金之添加而大幅降低成本。

加速冷卻設備之原理很簡單。當鋼板加熱至高溫時,會由原來的肥粒鐵組織變成沃斯田鐵組織,經過適當軋延後,利用加速冷卻設備在鋼板上下表面大量噴水,利用水吸熱極佳的道理,使其快速冷卻至常溫。如此不但可以提高鋼板強度,也可以變化冷卻速率,得到各種不同強度等級之鋼板。

何以改變冷卻速率後,鋼板之強度也會跟著改變呢?原來鋼板內部組織結構並非如我們想像中那樣單純。它是由好幾種「相」組合而成,如質地較軟的肥粒鐵、稍硬的波來鐵、硬的變韌鐵及最硬的麻田散鐵。照片二顯示鋼鐵中存在許多不同「相」。這些「相」基本上是鐵原子與碳原子不同排列組合之結果。圖三為鐵原子不同排列之示意圖,有體心立方(如肥粒鐵)及面心立方(如沃斯田鐵)。冷卻速率改變之後,原子排列發生變化,這些相的形態、分佈及所佔比例也隨著改變,因此得到不同強度等級之鋼板。就好像改變混凝土中水泥、砂及細石之分佈及比例,混凝土的強度也隨著改變。

照片二 鋼鐵材料中存在許多不同「相」 RF:殘留肥粒鐵 TF:變態肥粒鐵 B:變韌鐵 YR:殘留沃斯田鐵 T:雙晶

 

圖三 結晶種類共14種之示意圖。鋼鐵為等軸晶系,鐵原子排列分面心立方(F)及體心立方(I)兩種

 

鋼板組織結構雖然變了,但是化學成份如鐵原子、碳原子之數量並沒有改變。就好像舞蹈團之舞者在台上展現美妙的舞姿及多樣的舞形,但是舞者成員卻不會改變。也如同水結冰或變成水蒸汽,形態變了,但其由氫、氧結合之原子不變。這種現象與佛學有何相似之處呢?

《法華經》<觀世音菩薩普門品>有如下之記載:

佛告無盡意菩薩:「善男子,若有國土眾生,應以佛身得度者,觀世音菩薩即現佛身而為說法;應以辟支佛身得度者,即現辟支佛身而為說法;應以居士身而得度者,即現居士身而為說法……」

又在《大悲心大陀羅尼經》中也有類似的記載。總之,觀世音菩薩有「千手千眼」,能隨類化身,因材施教。可以上天下地,到地獄現地獄身,在人間現人身。眾生需要以何種身度化,菩薩便以他們所需之身化現。化身雖然各各不同,但菩薩慈悲心之本質不變。如同鋼板之化學成份不因組織結構改變而改變。

 

五、結語

由前面之分析可知,材料學上某些特性確實與佛學有共同點,但是若更深一層去探討,仍可發覺其間尚存在許多差異。例如到目前為止,科學家尚無法製造出零缺陷之完美單晶,而佛家卻告訴我們人人可以修成完美無缺之佛。又材料的理論強度雖高,但其值有限;晶粒雖可突然長大,卻不可無窮;物相雖可任起變化,然終有生滅。唯有佛性是不生不滅,無量無邊,不可限量。可見要舉世間法來闡明佛法實為不可能。因為它所能描述者僅是「所知之境」而已,至於佛學上最重要的「能知之心」,則非材料科學所可觸及。釋迦牟尼佛說法一輩子,卻認為無一法可說,何況材料科學區區小例,怎可視為佛法?

《金剛經》說:「法尚應捨,何況非法?」因此對佛法的認知,不可執著於外相與模型,應由個人之內心去體會、去印證,方為正道。