物理學的發展與物理之美的變遷

吳 晛

物理學的發展與物理之美的變遷

吳 晛

安徽大學哲學系

作為一門支撐著人類文明發展的學科，物理學始終閃耀著美感的光輝。但隨著現代主義思想的發展，傳統的物理學美受到了挑戰。反觀人類科學技術的發展與美學思想的沿革，我們需要在人與自然和諧關系的回歸中尋找物理學美在現代的定義。

物理學 物理之美 中國傳統美學

“Pulchritudo splendor veritatis”（美是真理的光輝）這句拉丁格言大概是所有物理學家們都樂于贊同的，雖然無論在物理學界——甚至是科學界——的內部還是外部，都有反對將所謂的科學美納入到美學領域以內的聲音，但楊振寧先生的話是最好的回應：“在這些領域內我主張美的最終標準是人是否與它有關。”[1]正是人類無處不在的感情將所有與人有關的事物賦予了美的可能。而正是這種審美的情感，在我們所無法像理解物理定律那樣完全理解物理學家們的內心深處，無聲地推動著他們的物理理論前進。“我們看到指引科學家的動機從一開始就是美學沖動的顯現。”[2]

1 理論物理與實驗物理對物理美之爭

復仇女神曾經留下帶有“給最美的人”的字的蘋果，挑起了特洛伊戰爭，而如今這個蘋果落在了實驗物理與理論物理之間。從法拉第和麥克斯韋那里開始，象與相的美始終無法爭出一個高低。

在實驗物理這邊，真，這個和善一起長期作為美的伴侶的性質，使得實驗物理因為其在現實世界的可復制性而成為美的。弗朗西斯·培根站在近代哲學經驗論的開端上，提出了科學實驗對于人類經驗的重要性，而經驗對于審美活動而言是至關重要的。無論是牛頓用棱鏡分解的太陽光還是托馬斯·揚應用了雙縫演示的光的干涉實驗，即使是沒有物理學知識的人也不得不贊嘆它們。實驗物理是揭示物理學美的最直接也最直觀的途徑。

而在理論物理這一方，畢達哥拉斯和柏拉圖是他們自古以來的支持者。理論物理的支柱是數學。麥克斯韋用數學將法拉第的電磁理論推向了一個新的世界，狄拉克則直接在1963年的Scientific American上寫道：“使一個方程具有美感比使它去符合實驗更重要”，這樣看來，狄拉克直接將實驗和美對立起來了。數學所帶給我們的柏拉圖所說的“理念”世界是最具有完滿性的世界，現實的瑕疵在理念世界里被完全地排除了，如同古希臘的雕塑——雕塑家們通過解剖研究人體結構，再將最完美的比例（完美到無法在現實世界中找到這樣的模特）賦予他們的作品。于是實驗物理與現實世界自然地成為了流于表面的“表象”，甚至是柏拉圖的“幻象”。

隨著近代物理學與本身不斷發展著的數學結合得日益緊密，越來越多的物理學家趨向于認為物理學的美在于其數學構架。他們認為，當物理學的定律被公式化以后，物理世界的基本結構變成了簡單、精確的數學語言，而美則恰恰就在這種簡單性與統一性之中。

2 現代美學與現代物理學的趨向

盡管物理學家們似乎要在傳統的數學的基礎上給他們的美麗的工作一個確定的審美標準，但是隨著他們的工作繼續向前推進，上帝似乎真的擲起了骰子。

楊振寧先生曾經將理論物理的美直接歸結為五點，即和諧、優雅、一致、簡單以及整齊。這樣的歸納還停留在古希臘人的美學思想上。自從Manet作為印象派的先鋒，帶領著Monet、Renoir等巨匠顛覆了古典主義之后，藝術美的標準也就受到了挑戰：古典的恬靜被工業社會匆匆而游移的目光所打破，印象派宣稱他們畫的不是事物本來的樣子而是它們看起來的樣子，精準細膩的筆法被快速的涂抹代替，但印象派卻獲得了前所未有的真實感。在現代主義繪畫運動進入到高潮、不斷改變著人們審美趣味的時候，物理學界的審美標準也接著被打破——相對論打碎了經典物理學中被凝固的時空，量子力學的誕生宣告了精確的、決定論的、歸于簡單的經典物理學思想的終結，系統科學將科學思維引向復雜性理論和混沌學。世界似乎更像一幅現代大師潑墨完成的畫作——晦澀而令人眼花繚亂。

如今現代藝術已然完成了美的標準的蛻變。Renoir的Le Bal au Moulin de la Galette（《煎餅磨坊的舞會》）被形容為“看起來像未完成一樣”，而這個特點恰恰體現了現代西方美學的轉向——主客統一，印象主義的繪畫需要觀賞者來完成，只有有人在場，審美對象才真正地存在：“這就是體驗統一體，這種統一體本身就是意義統一體”[3]。有意思的是，盡管我不贊同楊振寧先生的物理學美的五個特點，但我們又回到了開篇時楊先生對美的標準的界定，即“美的最終標準是人是否與它有關”。

但針對現代物理學的審美觀點卻并沒有如此迅速地完成藝術界所完成的轉變，相反地，和諧與簡單的缺失卻造成了科學美岌岌可危的境況。雖然楊振寧先生對科學美的五個具體定義有一定的普遍性（大部分能夠接受科學美作為一種美學意義上的“美”的人們能夠接受的也是這樣的一種定義），但是由于現代物理學的發展，系統科學、混沌學、復雜性思想的產生，以及傳統的微積分被能夠更精確地描述不確定性的概率論所替代，精確和統一之美正在離開自然科學領域，當然也包括物理學。“復雜性并不僅僅包含向我們的計算能力挑戰的組成單元的數量和相互作用的數量，它還包含著不確定性、非決定性、隨機現象。”[4]重新定義物理學之美成為了挽救其的唯一方法。

3 中國傳統美學觀念與現代科學的物理美

中國古代詩人柳宗元曾有言道：“夫美不自美，因人而彰。”在中國傳統繪畫中，始終對于西方繪畫所追尋的與客觀世界的相像——甚至一致——不甚追求，而是尋求一種介于像與不像之間的韻味，給人留以品味的空間，即意象。中國傳統的情景交融、不分主客的審美方式長久以來并沒有受到太多變革，這一點與不斷革新的西方審美理論有很大區別。

相應地，中國古代的科學技術發展也更多地關注實用性而非理論。這樣說起來似乎有些矛盾，既然中國人如此追求物外的意象，又為何在科學技術方面只著眼于物呢？這還要從老子的自然觀說起。“人法地，地法天，天法道，道法自然”為中國人的自然觀奠定了人與自然共生的理念，戰勝自然與征服自然從來不是中國人發展的主題，作為一個重農的古國，順應天時才是生存之道。因此，中國古代科學技術——甚至有些學者認為古代中國只有技術的產生與發展，只是為了解決眼前的、暫時性的生產問題，由于這種觀念的主導，技術甚至不需要發展成一個連貫而完整的體系。但正是這種“萬物并作，吾以觀復”、人融于自然（在藝術中則是繪畫或詩歌等作品）進行審美的觀點可以給西方現代科學的物理學之美指一條出路。

盡管混沌學帶著不確定性與復雜性闖入了現代物理學，盡管傳統的秩序似乎被打破了，但是我們應該反思，傳統的物理學之美的觀點給世界強加了太多人類自己的思維定式——從和諧、歸一的簡單性思想到形而上學的機械決定論，我們用我們的理性給自然套上了桎梏，如今自然在我們面前展現它本來的樣子越多，我們就越受到這種思維模式的困擾。這樣的思維模式甚至造成了愛因斯坦在其后半生中與哥本哈根學派的不斷的論戰，因為他無法接受哥本哈根學派對量子力學非決定論的解釋。

只有當我們跳出這種畫地為牢的思維定式，將“觀復”的目光投向整個物理學界、甚至是自然界，放下我們僵硬的、帶有“求簡單圖省事”意味的功利性思想，去探求物理學最根本的基礎——自然現象，去接納每一種被自然界創造出來的奇跡，我們才可能在最大程度上接近物理學美定義的答案。

物理學之美也不能簡單地歸結于數學美，我們應該在自然以及人類自身中尋找答案。薩特曾經說過：“多虧我們，這顆滅寂了幾千年的星，這一彎新月和這條陰沉的河流得以在一個統一的風景中顯示出來”，任何美，包括物理學之美，離開了客觀的世界——對物理學來說即自然，都將成為南柯一夢，是沒有根基的幻象，而離開了人的目光，則都將必然地失去光芒，歸于沉悶與死寂[5]。

[1] 楊振寧.美和理論物理學[J]. 哲學動態，1988（5）：16.

[2] 錢德拉塞卡,朱志芳.追求科學的美[J]. 物理教學探討:高中學生版，2009（9）：1.

[3] 伽達默爾.真理與方法[M]. 上海：上海譯文出版社，1999.

[4] 埃德加·莫蘭.復雜性思想導論[M]. 上海：華東師范大學出版社，2008.

[5] 柳九鳴.薩特研究[M].北京：中國社會科學出版社，1981.