科學(xué)研究與審美

雷毅

在人們的心目中，科學(xué)與人文是兩個(gè)完全不同的領(lǐng)域?？茖W(xué)一向以嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)著稱(chēng)。然而，在忠實(shí)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评肀澈?，卻有著非常人文化的審美訴求。自然現(xiàn)象紛繁多樣，雜亂無(wú)章，但在科學(xué)家眼中卻充滿(mǎn)了秩序與和諧，科學(xué)研究的目的就在于把握自然的統(tǒng)一與和諧。在這種意義上，科學(xué)理論不僅要揭示自然界的規(guī)律，還要通過(guò)揭示規(guī)律展現(xiàn)自然界的和諧。因此，科學(xué)研究活動(dòng)不僅是“求真”的過(guò)程，也是“審美”的過(guò)程。這就注定科學(xué)的創(chuàng)造性思維中需要審美能力的支持。

科學(xué)美

諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)得主、天體物理學(xué)家錢(qián)德拉塞卡曾結(jié)合自己的科學(xué)工作深有感觸地指出“藝術(shù)和科學(xué)都追求一個(gè)不可捉摸的東西——美，但藝術(shù)工作者和科學(xué)工作者都具有不同的創(chuàng)造模式，這一點(diǎn)可以說(shuō)使我苦思不得其解。那么，美是什么？在《精確科學(xué)中美的意義》一文中，海森堡給美下了一個(gè)定義。我認(rèn)為這個(gè)定義是恰當(dāng)?shù)?。海森堡的定義可追溯到古代，他說(shuō)‘美是各個(gè)部分之間以及各部分與整體之間恰到好處的和諧。思考再三，我認(rèn)為這個(gè)定義揭示了我們通常所說(shuō)的美的本質(zhì)。它同樣適用于《李爾王》、《莊嚴(yán)彌撒曲》和《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》”?？茖W(xué)思維需要美感和鑒賞力。科學(xué)史上，無(wú)論是歐幾里德的幾何學(xué)、開(kāi)普勒的行星三定律，還是愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式等等，它們不僅是科學(xué)理論，更是被視為“科學(xué)的藝術(shù)品”。在科學(xué)領(lǐng)域，不僅是科學(xué)理論、原理、定律，就是研究過(guò)程本身也充滿(mǎn)了美感。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是二十世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，然而，這一偉大的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在1953年的《自然》雜志上，卻只用了不到兩頁(yè)的篇幅。這個(gè)被稱(chēng)之為“雙螺旋”的DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程充滿(mǎn)了激情和美感。

有一次，沃森得到幾張DNA的X光衍射照片。他拿起一個(gè)放大鏡，仔細(xì)掃視圖畫(huà)。突然，他把目光停在一個(gè)十字狀的地方，對(duì)克里克說(shuō)：“這地方有個(gè)交叉。我看這種螺旋很可能是雙層的，就像一個(gè)扶梯，旋轉(zhuǎn)而上，兩邊各有一個(gè)扶手?！蔽稚脑?huà)讓克里克也興奮了起來(lái)。但是連續(xù)十幾個(gè)月，兩人怎樣都擺弄不出一個(gè)理想的模型。1953年元旦剛過(guò)，他們又做了一個(gè)新模型。在兩股糖與磷酸組成的雙螺旋鏈之間夾著堿基對(duì)。這個(gè)模型倒是與已知的資料相符，但看上去很別扭。當(dāng)時(shí)已知的堿基有四種：腺嘌呤（A）、鳥(niǎo)嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。當(dāng)A與A和T與T相對(duì)接，可以符合已知的數(shù)據(jù)，但因堿基分子大小不同，使兩條螺旋骨架扭曲。沃森陷入了沉思，認(rèn)為自然界DNA應(yīng)該有簡(jiǎn)潔、和諧及美的結(jié)構(gòu)，不可能如此丑陋。沃森突發(fā)奇想。他決定暫時(shí)拋開(kāi)科學(xué)依據(jù)，對(duì)這個(gè)模型純粹從美學(xué)的角度進(jìn)行調(diào)整。按長(zhǎng)短搭配，讓A和T及G和C配對(duì)。終于，眼前的模型變得宛如一條凌空飛舞的彩綢，舒展自如，再檢查全面情況，結(jié)果令沃森欣喜不已——模型竟然正好與資料情況相符。這是何等美妙的過(guò)程，DNA結(jié)構(gòu)之謎由此解開(kāi)了。

在古希臘的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)中，以追求自由為最高目標(biāo)的科學(xué)與人文原本是一體的，只是近代以后的學(xué)科分化使科學(xué)與人文形成了各自的文化。今天，人文文化與科學(xué)文化似乎已經(jīng)形成巨大的鴻溝，彼此之間難以溝通了。然而，真正深刻理解科學(xué)和人文的人會(huì)把這種現(xiàn)象看成是膚淺的假象，他們會(huì)把科學(xué)與藝術(shù)、科學(xué)與美的關(guān)系看作科學(xué)界永恒的激動(dòng)人心的話(huà)題。例如開(kāi)普勒說(shuō)過(guò)“數(shù)學(xué)是美的原型”，希爾伯特則將科學(xué)比做“一個(gè)繁花似錦的花園”，海森堡給出的定義為：“美是各部分相互間和各部分與整體之間的固有的和諧”，他把畢達(dá)哥拉斯發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)（比例）與美（和諧）之間內(nèi)在聯(lián)系的，比作人類(lèi)歷史上真正重大的發(fā)現(xiàn)之一。他說(shuō)：“如果大自然把我們引向人們先前從未遇到過(guò)的極其簡(jiǎn)單和美的數(shù)學(xué)形式，那么，我們將不得不認(rèn)為它們是‘真的”。

人們常說(shuō)，科學(xué)求真，人文求善，真與善的結(jié)合可以達(dá)到美的境界。而那些偉大的科學(xué)家則會(huì)把真善美的統(tǒng)一視為科學(xué)的最高境界。自然界展現(xiàn)出來(lái)和諧、簡(jiǎn)潔、統(tǒng)一的形態(tài)、秩序、節(jié)奏，要求科學(xué)既要揭示其外在的形式的美，又要揭示其內(nèi)存的理性與邏輯的美。那么，科學(xué)家眼中的美究竟是什么？是自然界的簡(jiǎn)明、和諧、對(duì)稱(chēng)、統(tǒng)一和奇異。

在紛亂繁雜的自然表象中展現(xiàn)簡(jiǎn)潔明了的規(guī)律便是一種科學(xué)美。稱(chēng)自己是“一個(gè)到數(shù)學(xué)的簡(jiǎn)單性中尋求真理的唯一可靠源泉的人”的愛(ài)因斯坦把科學(xué)的真理性與簡(jiǎn)單性聯(lián)系起來(lái)，他認(rèn)為科學(xué)的重要目標(biāo)是“尋求一個(gè)能把觀察到的事實(shí)連接在一起的思想體系，它將具有最大可能的簡(jiǎn)單性”。他相信，物理上真實(shí)的東西一定是邏輯上簡(jiǎn)單的東西。在同事的眼里，愛(ài)因斯坦在構(gòu)造一種理論時(shí)，他采取的方法與藝術(shù)家所用的方法具有某種共同性，他的目的在于求得簡(jiǎn)單性和美。

如果大自然是有規(guī)律的，那么它就應(yīng)該是和諧的。哥白尼在那個(gè)不合適宜的年代提出“異端的”日心說(shuō)，不只是把托勒密地心說(shuō)的本輪均輪減少了一半，而是把耀眼的太陽(yáng)放在中心位置，使人心理上感到愉悅，各行星以簡(jiǎn)潔和諧的同心圓方式繞日運(yùn)行，這種想法令人愉快。

事物的美感不僅僅是和諧，還有均衡的對(duì)稱(chēng)。葉片的葉脈、飛鳥(niǎo)的雙翅、蜜蜂的蜂巢等等無(wú)不體現(xiàn)著對(duì)稱(chēng)的和諧之美。在科學(xué)的領(lǐng)域，物理、化學(xué)的結(jié)構(gòu)與生物結(jié)構(gòu)模型處處都展示對(duì)稱(chēng)的和諧之美。從單擺運(yùn)動(dòng)到正電子的存在，從凱庫(kù)勒的苯環(huán)結(jié)構(gòu)到沃森、克里克的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，都顯示出了對(duì)稱(chēng)的科學(xué)美。

科學(xué)研究需要一種高超的審美能力

繁雜的自然現(xiàn)象背后隱藏著普遍的聯(lián)系和統(tǒng)一性，科學(xué)的目標(biāo)就是揭示這種統(tǒng)一性。人們?cè)谂ｎD的萬(wàn)有引力定律中，在邁爾的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律中，在麥克斯韋電磁理論的方程式中，在達(dá)爾文的進(jìn)化論中、在門(mén)捷列夫的元素周期表中，在愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式中能夠清晰地看見(jiàn)自然世界高度的統(tǒng)一性。在給老同學(xué)的信中愛(ài)因斯坦寫(xiě)道：“從那些看來(lái)同直接可見(jiàn)的真理十分不同的各種復(fù)雜的現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)到他們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺(jué)?！?/p>

日常生活中恒定的物體，在相對(duì)論的時(shí)空中居然長(zhǎng)度會(huì)縮短，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變慢，直進(jìn)的光線(xiàn)也會(huì)彎曲了，不可思議吧！大哲學(xué)家培根說(shuō)過(guò)：“沒(méi)有一個(gè)極美的東西不是在調(diào)和中有著某種奇異！”你能想象到龐大的生命信息只是由六十四個(gè)密碼（二十種氨基酸）構(gòu)成嗎？而這六十四個(gè)密碼用四個(gè)字母構(gòu)成，這意味著整個(gè)絢麗異彩的生命世界竟然由四個(gè)核苷酸支撐起，科學(xué)視域中的自然界真奇妙！

在這種意義上，一個(gè)真正的研究者所擁有的能力，不只是獲取數(shù)據(jù)的操作性技能，無(wú)論方式多么巧妙，更為重要的是他還必須擁有高度抽象的理性分析能力，能洞悉數(shù)據(jù)背后的關(guān)聯(lián)，因此，科學(xué)研究需要豐富的想象力和鑒賞力，就是那種善于從對(duì)稱(chēng)、和諧、簡(jiǎn)潔和統(tǒng)一的結(jié)合上敏銳地抓住問(wèn)題的本質(zhì)去創(chuàng)立理論的能力，這是一種高超的審美能力。這就是為什么物理學(xué)家費(fèi)曼要說(shuō)“干物理得有鑒賞力”。他正是憑著這種審美鑒賞力去審視和欣賞牛頓的萬(wàn)有引力定律、麥克斯韋方程和愛(ài)因斯坦的相對(duì)論所體現(xiàn)的那種完美的結(jié)構(gòu)，感受對(duì)稱(chēng)性，守恒定律，最小作用量原理的普遍性；又通過(guò)自身的審美直覺(jué)去洞察自然界內(nèi)在的美，創(chuàng)造出了體現(xiàn)過(guò)去與未來(lái)之間對(duì)稱(chēng)性的費(fèi)曼圖，并進(jìn)而提出了一種新的理論，巧妙地避開(kāi)了困擾量子場(chǎng)論計(jì)算中的發(fā)散困難，為量子場(chǎng)論確立了標(biāo)準(zhǔn)程序。

為什么科學(xué)家如此重視審美問(wèn)題？而且，似乎科學(xué)越抽象和越精密，美的問(wèn)題就越受到關(guān)注。甚至有人這樣評(píng)論：“衡量一個(gè)科學(xué)理論的成就，事實(shí)上就在于衡量它的美學(xué)價(jià)值。”“為科學(xué)理論和科學(xué)方法的合理性進(jìn)行辯護(hù)，正是在它的美學(xué)價(jià)值方面?！逼鋵?shí)，從科學(xué)研究的本質(zhì)和源流上講，科學(xué)研究過(guò)程中的審美要求，不僅僅只是遵循了自然對(duì)象的特征，更多是源于我們對(duì)自然的信念以及由此而確立的科學(xué)精神。當(dāng)我們運(yùn)用自己的理性思考建立起和諧秩序的自然觀念，并在人與自然之間構(gòu)筑起一種非功利的自由關(guān)系時(shí)，科學(xué)的精神也由此確立。這種自由的關(guān)系就是審美的關(guān)系，這就是為什么那么多科學(xué)家堅(jiān)持自己審美的理想。愛(ài)因斯坦曾多次表示，科學(xué)的目的首先是提高人的精神境界，在這個(gè)科學(xué)探索的過(guò)程中與自然建立起一種自由的關(guān)系。一旦涉及到自由的話(huà)題，它就變得非常人文了，這也恰恰說(shuō)明了科學(xué)與人文本質(zhì)是一體的?？茖W(xué)探索中的理性、自由、求真，科學(xué)精神倡導(dǎo)的懷疑、批判和民主，都是人文的理想。在這種意義上，今天我們發(fā)展科學(xué)事業(yè)，僅僅強(qiáng)調(diào)外部投入和規(guī)范操作程序和行為規(guī)范遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須以弘揚(yáng)科學(xué)精神為根本，讓科學(xué)回歸人文。