科學(xué)之美與藝術(shù)之美

楊振寧：1922出生，清華大學(xué)教授。原籍安徽，1942年畢業(yè)于西南聯(lián)合大學(xué)物理學(xué)系，1944年在西南聯(lián)合大學(xué)研究生畢業(yè)，1945年赴美留學(xué)，在芝加哥大學(xué)深造，獲博士學(xué)位，歷任芝加哥大學(xué)講師、普林斯頓高級(jí)研究院研究員、紐約州立大學(xué)石溪分校教授兼物理研究所所長(zhǎng)，是美國(guó)科學(xué)院院士、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)科學(xué)院外籍院士。與李政道合作，提出弱相互作用中宇稱不守恒理論，共同獲得1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

物理學(xué)四階段中的美

在講科學(xué)與美的關(guān)系之前，我要先來談?wù)勎锢韺W(xué)發(fā)展要經(jīng)過的四個(gè)階段。第一個(gè)階段是實(shí)驗(yàn)，或者說是與實(shí)驗(yàn)有關(guān)系的一類活動(dòng)；第二個(gè)階段從實(shí)驗(yàn)結(jié)果提煉出來一些理論，叫作唯象理論；唯象理論成熟了以后，如果把其中的精華抽取出來，就成了理論架構(gòu)——這是第三階段；最后一個(gè)階段，理論架構(gòu)要跟數(shù)學(xué)發(fā)生關(guān)系。上述四個(gè)不同的步驟里都有美，美的性質(zhì)不完全相同。

我以虹和霓的現(xiàn)象為例，講講實(shí)驗(yàn)。有人在很小的時(shí)候就看見過虹和霓，覺得漂亮極了，美極了。為什么會(huì)覺得美呢？因?yàn)橛X得它們都呈圓弧狀且有很特別的規(guī)律：虹是42度的圓弧，紅色在外邊，紫色在里邊；霓是50度的弧，其色彩排列順序與虹相反，紅色在里頭，紫色在外面。虹和霓具備這個(gè)規(guī)律，所以即使是小孩子也會(huì)覺得它們非常非常漂亮。這是一種在實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)里美的標(biāo)準(zhǔn)例子。

實(shí)驗(yàn)階段結(jié)束后，就到了唯象理論階段。虹和霓到底是怎么一回事？了解多了以后我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來虹和霓是太陽光在小水珠里折射而產(chǎn)生的光學(xué)現(xiàn)象。在虹的小水珠里是一次內(nèi)反射，在霓里是兩次內(nèi)反射。這樣，我們就可以計(jì)算。計(jì)算的結(jié)果驗(yàn)證了這樣的事實(shí)：一次或者兩次反射以后，就會(huì)出來42度或者50度的弧。一個(gè)人了解到這點(diǎn)以后，他對(duì)于這個(gè)很美的現(xiàn)象的理解又深入了一層。

再進(jìn)一步就到了理論架構(gòu)階段，這個(gè)到19世紀(jì)才完成。19世紀(jì)中葉，一個(gè)名叫麥克斯韋的英國(guó)人寫下來了一組方程式，用這組方程式就可以徹底地解決折射現(xiàn)象的問題。在前面的唯象理論階段，人們是不了解折射現(xiàn)象的，而麥克斯韋方程式可以告訴你為什么有折射現(xiàn)象。這就更進(jìn)一步了，也等于更上一層樓。

再上一層是數(shù)學(xué)。麥克斯韋方程式是在19世紀(jì)中葉推導(dǎo)出來的，一個(gè)世紀(jì)以后，到了20世紀(jì)70年代，物理學(xué)家才了解原來這個(gè)麥克斯韋方程式的結(jié)構(gòu)有極美的純數(shù)學(xué)的根源，叫作纖維叢。纖維叢是一個(gè)數(shù)學(xué)觀念，這個(gè)數(shù)學(xué)觀念在發(fā)展的時(shí)候，與物理學(xué)沒有關(guān)系，與實(shí)際現(xiàn)象沒有關(guān)系。可是到了20世紀(jì)70年代的時(shí)候，人們忽然發(fā)現(xiàn)原來麥克斯韋方程式的結(jié)構(gòu)就是纖維叢。這到達(dá)了一個(gè)更高的境界，使得我們知道原來世界上非常復(fù)雜、非常美麗的現(xiàn)象的背后是一組方程式，就是麥克斯韋方程式。

事實(shí)上，如果今天你問物理學(xué)家對(duì)于宇宙結(jié)構(gòu)的了解，他們會(huì)告訴你，最后的最后就是一組方程式，包括牛頓的運(yùn)動(dòng)方程式、剛才講到的麥克斯韋方程式，以及愛因斯坦的狹義和廣義相對(duì)論方程式、狄拉克方程式和海森伯方程式。這七八個(gè)方程式就“住在”我們所看見的一切一切里，它們非常復(fù)雜，有的很美妙，有的則不是那么美妙，還有的很不容易被人理解，但宇宙結(jié)構(gòu)都受這些方程式的主宰。

探尋科學(xué)中的詩意

麥克斯韋方程式看起來很簡(jiǎn)單，可是等到你懂了它的威力之后，會(huì)心生敬畏。因?yàn)闊o論是星云那么大的空間還是基本粒子內(nèi)部那么小的空間，無論漫長(zhǎng)的時(shí)間還是短短的一瞬，都受著這幾個(gè)方程式控制。這是一種大美。我們也可以說這些方程式是造物者的詩篇。為什么？因?yàn)樵娋褪钦Z言的精華。造物者用最濃縮的語言，掌握了世界萬物包括人的結(jié)構(gòu)、人的情感，世界上的一切都在“詩人”——造物者寫下來的東西里濃縮起來了！其實(shí)這也是物理學(xué)家最后想達(dá)到的境界。

這些方程式的內(nèi)涵往往隨著物理學(xué)的發(fā)展而產(chǎn)生當(dāng)初完全沒有想到的新意義。我以詩歌對(duì)于讀者的感受為例，闡述這一點(diǎn)。你少年時(shí)誦讀一首詩，當(dāng)時(shí)就會(huì)對(duì)那首詩歌的內(nèi)涵、意境等有所了解。但當(dāng)你進(jìn)一步成熟之后，以及你步入晚年之后，又會(huì)發(fā)現(xiàn)這首詩的含義遠(yuǎn)遠(yuǎn)比你小時(shí)候所領(lǐng)悟的要多得多。同樣的道理，這些方程式在不同時(shí)期被人們運(yùn)用的時(shí)候，也會(huì)產(chǎn)生不同的新意義。

詩人對(duì)于科學(xué)的美曾經(jīng)有過一些描述。英國(guó)大詩人威廉·布萊克寫過一首有名的詩，譯成中文是：一粒砂里有一個(gè)世界，一朵花里有一個(gè)天堂。把無窮無盡握于手掌，永恒寧非是剎那時(shí)光。陸機(jī)的《文賦》有這樣一句話“觀古今于須臾，撫四海于一瞬”，表達(dá)的意思類似。

上面兩個(gè)例子，都是詩人用詩性的語言闡述對(duì)于宇宙結(jié)構(gòu)的了解，傳達(dá)出一種大美。

人類從遠(yuǎn)古以來就知道有日月星辰的運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)有很好的規(guī)則，可是在這些規(guī)則里又有一些不規(guī)則的變化，很奇怪。我想，這些現(xiàn)象是幾千年、幾萬年以來人類要想了解又難以了解的。最后牛頓來了。牛頓的方程式對(duì)于日月循環(huán)，對(duì)于行星的運(yùn)轉(zhuǎn)甚至對(duì)于星云等一切天體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象都有了非常準(zhǔn)確的描述。我想，這是人類歷史上非常重要也非常美的一個(gè)新的發(fā)展。

前面列舉的詩句描述的是物理學(xué)的美，它們給了我們特別的感受。詩人對(duì)于美的描寫很到位，可是僅有這些還不夠，因?yàn)樵娋淅锶鄙偾f嚴(yán)感、神圣感，以及初窺宇宙奧秘的畏懼感。這種莊嚴(yán)感、神圣感，也是哥特式教堂的建筑師們所要歌頌的東西，即崇高美、靈魂美、宗教美、最終極的美。這個(gè)最終極的美是客觀的。

我們知道，早在人類尚未出現(xiàn)的時(shí)候，麥克斯韋方程式以及剛才所講的那些方程式就已經(jīng)支配著宇宙間的一切，所以這些最終極的美與人類沒有關(guān)系。我想，莊子所講的“天地有大美而不言”也包含類似的意思。

科學(xué)之美與藝術(shù)之美的差異

人類對(duì)藝術(shù)的了解遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于對(duì)科學(xué)的了解。早在商朝，金屬鑄造師們就已經(jīng)具備了非常好的藝術(shù)感。商朝小犀牛形青銅器、青銅觚都是很好的例證。青銅器的制造師們或許不懂甲骨文，更不懂藝術(shù)理論，可是他們對(duì)美的感受已經(jīng)達(dá)到了極高的境界。

科學(xué)里終極的美是客觀的，沒有人類的時(shí)候就已經(jīng)有這些美了。可是沒有人類就沒有藝術(shù)，也就沒有藝術(shù)中的美。換句話說，科學(xué)中的美是“無我”的美，藝術(shù)中的美是“有我”的美。

大家知道，這個(gè)“無我”和“有我”的概念是王國(guó)維在《人間詞話》里提出的，很有名。王國(guó)維拿它來描述詩詞的意境，我想也可以拿來分辨科學(xué)中的美和藝術(shù)中的美的基本不同。

藝術(shù)創(chuàng)作的本質(zhì)是什么？唐朝的畫家張璪說是“外師造化，中得心源”。這句話概括地描述了藝術(shù)真正的精髓，道出了人類怎樣感受到美并開展藝術(shù)創(chuàng)作。犀牛形青銅器的塑造者“外師造化”，它的美來源于鑄造者所看到的一個(gè)真正的犀牛，所以這是寫實(shí)的美。而青銅觚是一種“中得心源”的美，它之所以漂亮，是因?yàn)橛星€輪廓，用幾何學(xué)的術(shù)語來講叫“雙曲線”。商朝的人當(dāng)然不知道什么是“雙曲線”，可是直覺告訴他這是抽象的美。這就是所謂的“中得心源”，是從心里了解到了自然界的美，因此青銅觚的美也是一種“寫意”的美。

西方的藝術(shù)在很長(zhǎng)一段時(shí)期里向?qū)憣?shí)方向發(fā)展，而東方的藝術(shù)則主要向?qū)懸夥较虬l(fā)展。西方在19世紀(jì)才充分認(rèn)識(shí)到寫意美的重要意義，從而發(fā)展出來了印象派。

到了20世紀(jì)初，畢加索和勃拉克把多元審美觀進(jìn)一步具體化，創(chuàng)建了立體派。立體派的出現(xiàn)是藝術(shù)界的大革命。有人說他們是受了愛因斯坦在1905年提出的相對(duì)論的影響，這個(gè)觀點(diǎn)很有意思，不過據(jù)我所知現(xiàn)在還沒有成定論。畢加索等人的探索帶來了20世紀(jì)眾多的新嘗試。畢加索是一個(gè)天才，他既有眼光和魄力，又有技巧，他關(guān)于創(chuàng)新的嘗試非常多。可是，他的創(chuàng)新中也有怪異的東西，扭曲了美的含義。

科學(xué)追求的是認(rèn)識(shí)世界、理解造化，并從認(rèn)識(shí)中窺見大美。我認(rèn)為，藝術(shù)若是完全朝著背離造化的方向發(fā)展，就會(huì)與美漸行漸遠(yuǎn)。