詩詞與科學（一）

韓倚云

詩是文化的皇冠鉆石，是最易接受、最能感人的文化珍品。民族的詩歌，是民族文化的璀璨標志，正如美國大詩人惠特曼所講的，是“一個民族的最高憑證”。國際上很多大科學家，尤其是有原創性的科學家，對文藝都有涉獵。他們的文筆流暢，甚至可以媲美文學家的作品。其實，除了文藝能夠陶冶性情以外，文藝創作與科學創作的方法實有共通之處。此類科學家甚夥，茲不枚舉。

一、詩詞是最精練的科學語言

用一句話概括詩詞的特點，那就是：詩詞是一種語言（文字）“模型”。以一種最精練的科學語言，用最美好的、最富于高品位深情的，從而又最能延拓內涵的語言來表達由“觀”而生的人生感悟與人生哲理。詩，同語言的精、美、情不可分割。

“最精練”，精練到何種程度？精練到一字易不得，如同一個數學模型，每個變量和符號都易不得，看一個眾所周知的模型：

E=mc²

式中：E為物體的能量，m為物體的質量，c為光的速度。

這是愛因斯坦著名的能量守恒定律，是造原子彈的原始理論基礎。式模型，每個變量之間都有一種內在的邏輯關系，如改變其中任何一個變量、任何一個符號，都不再是愛氏“能量守恒定律”，此式精練到不能再減少一個變量、不能再減少一個符號。愛因斯坦通過大量的科學試驗，同時又經過無數次推算、推導，從幾麻袋的推算草稿中，刪繁去冗而得到的最簡模型。此模型的特點之一是“最簡”，特點之二是“直觀”，所謂“直觀”，就是變量之間的邏輯關系一目了然，而且凡具有小學水平者，都能認得此模型，而對此模型的理解程度，取決于個人的學養。

再看此模型的所包含的特征：首先，此式式合。是自然科學的邏輯關系模型。其次，此式韻美。狄拉克說過：一個方程式美不美比符不符合實際更為重要。第三，此式情真。能準確表達能量的本質。第四，此式味厚。內涵豐富，小學、中學、大學生讀起來都不費解。第五，格高。此模型極為重要，是狹義相對論的基礎。

式模型，是經過了無數次計算與推導、無數次的合并同類項，而最終得出。而這個最簡模型所包含的內容卻達到了它的最大容量。

同樣，我們的詩詞也是如此：

白日依山盡，黃河入海流。欲窮千里目，更上一層樓。（王之煥《登鸛雀樓》）

這首詩僅僅20字，包含了作者豐富的實踐經驗，經作者無數次琢磨、刪減而得到的模型，每個字之間都有內在的邏輯關系。此模型精練到不可再減一字，每個字、每個符號都易不得。而且，也具有以下特征：首先，式合。符合五絕格律，平仄合，粘對合，韻腳合。其次，韻美。聲色、動靜、對仗，鏗鏘上口。第三，情真。若無真切的情感，斷不會觀察如此之細。第四，味厚?？煞磸推肺?，可無限延拓。第五，格高。激勵人自強不息，奮斗永無止境。因此，此作膾炙人口，流傳千古。此詩字少，僅20字，特征之一，也是“最簡”;特征之二，也是“直觀”。凡具有小學水平者，都能認得此詩，而對此詩的理解程度，則取決于個人的感悟。

同時，詩人發現了一條客觀規律：“欲窮千里目，更上一層樓。”發現了這一規律，但是當時卻無法解釋。后人讀到此詩時，得到了啟發，知道造成這種現象的原因是地球是圓形，若地球是立方體，決不會出現這種現象。

通過以上對比，可以認為：每一個數學模型都是一首詩，每一首詩都是一個最美的數學模型。至少，留傳至今的古人詩詞，都可比擬為某個數學模型。若非如此，詩的生命力也是有限的。

二、詩詞與科學的共同任務

詩詞與科學同源于實踐，共生于人腦，同來源于人腦。對客觀世界中實踐的反映，與對此反映的主觀加工，同產于外在世界與精神世界的，不可分割的結合與統一。詩詞與科學，都是深入現實，源于現實，超于現實。反映客觀世界及其真實性、唯一性。所謂“超現實”就是“夢”，“夢”是來源于生活而又高于生活的藝術境界。說“夢”是藝術中不可缺少的思維方式，但不能離“真”太遠。“理”是解夢的歸宿，也是論事的目的。離開了追夢與思理，詩的生命力也是有限的。因此，詩詞與科學的共同任務是：用最美、最富有人情的語言，來認知客觀現實、提煉大自然的本質、探索大自然的規律性。

（一）認知客觀現實

科學對客觀現實的認知表現在：以抽象的定量（數量）的模型或公式，面向某一類事物或現象，從各自的特殊、個性中，概括出它們的一般性、共性;從而在相應的領域中有普適性，并能引導進一步認識、適應、應用乃至改造具體的事物或現象。

f=ma

式中：f代表物體的受力，m代表物體的質量，a代表加速度。是經典牛頓力學基礎模型，從大量的物質運動規律中，認知了力與質量和加速度的線性關系。

同樣，類比詩詞，也是對客觀現實的認知，表現在：以形象的定性（文字、語言）模型，面向某類、某個具體事物或現象。深刻描敘、揭示其某特殊性、個性、側面;從而在相應的領域中，寫出其普適性。因此，一般性、共性寓于特殊性、個性之中，從而留下了廣闊的空間，可供想象、思考、品味、領悟、開拓。如李白的“兩岸猿聲啼不住，輕舟已過萬重山”。杜甫的“無邊落木蕭蕭下，不盡長江滾滾來”。這些詩句，無一不是通過個人的觀察和體悟，從不同的角度認知客觀存在，由特殊而到描繪出一般，進而延拓。再如韋應物《滁州西澗》：“獨憐幽草澗邊生，上有黃鸝深樹鳴。春潮帶雨晚來急，野渡無人舟自橫?！边@首詩是通過個人的觀察與體悟，接受客觀存在性。

（二）提煉大自然的本質

科技的一個重要任務是，從形形色色、千變萬化的大自然中，提煉出某種事物的本質，而且這個本質具有唯一性?！叭斯ぶ悄軐W”是提煉大自然本質的典型例子。人工智能進行“人臉識別”的依據是什么？是因為提煉了“人臉”最本質的特征，無論“人臉”如何化妝、如何老去，其“本質”的特征不會改變。

人工智能的理論基礎是數學，在數學里有一個分支：拓撲學（topology），是研究幾何圖形或空間在連續改變形狀后還能保持不變的一些性質的學科。它只考慮物體間的位置關系而不考慮它們的距離和大小。在拓撲學里，重要的拓撲性質，包括連通性與緊致性。

筆者在做人工智能圖像識別研究中，建立了一個關于圖像識別的“特征不變量”模型：

Y=（y₁，y₂，…，y_n）y_i=x_i×φ_i，i∈{0，1，2，…，n}

經多次實驗，結果證明，使用式模型，可以很好地提取出一種定義良好的特征不變量，并且該特征不變量，可以較好地反映原始數據的本質特性。將本模型的特征不變量用于圖像目標識別領域，只要原始數據序列中包含了圖像目標的必要信息，那么，本算法所提取的特征不變量，就可作為識別相應圖像目標的一種本質屬性。它具有平移、旋轉及比例不變特性。

同樣，詩詞對大自然的提煉，是求神似還是求形似？答案很簡單，自然是求神似。因為神似才是藝，才是提取了自然界的“本質”，而且這個本質也具有唯一性。所謂“亂頭粗服，不掩國色”，是為了提煉出“國色”，而非停留在“亂頭粗服”的層面。詩詞又如同演戲，不能不像，不能真像。不像不是戲，真像不是藝。正乙祠戲樓聯云：“演悲歡離合，當代豈無前代事;觀抑揚褒貶，座中常有劇中人?！贝酥^也。

王安石《泊船瓜舟》：“京口瓜州一水間，鐘山只隔數重山。春風又綠江南岸，明月何時照我還？”這個“綠”字為詩眼，這就是“提煉”，把詩人急切歸鄉的心情全盤托出。宋祁《玉樓春·春景》上闋：“東城漸覺風光好，縠皺波紋迎客棹。綠楊煙外曉寒輕，紅杏枝頭春意鬧。”“鬧”字是詩眼，這就是“提煉”，一“鬧”字點明春到枝頭這一客觀現象。再看下面的詩句：

清明時節雨紛紛，路上行人欲斷魂。

借問酒家何處有，牧童遙指杏花村。

（杜牧《清明》）

世味年來薄似紗，誰令騎馬客京華。

小樓一夜聽春雨，深巷明朝賣杏花。

（陸游《臨安春雨初霽》首聯頷聯）

應憐屐齒印蒼苔，小叩柴扉久不開。

春色滿園關不住，一枝紅杏出墻來。

（葉紹翁《游園不值》）

春的本質用“杏花”這個意象表達，“杏花”是“春”最典型的特征，可以稱為春的“特征不變量”。

詩詞中的藝術夸張手法，是提煉大自然本質的有最效的一種方法，如同數學方法中，對本質的特征進行局部“放大”，而“放大”的目的是更突出本質。李白《秋浦歌》：“白發三千丈，緣愁似個長？不知明鏡里，何處得秋霜?！庇每鋸埖氖址ǎ釤捯粋€“愁”字。貫云石《雙調·渭江引·惜別》有云：“不是不修書，不是無才思，繞清江買不到天樣紙。”用夸張的手法，提煉一個“思”字。

（三）探索大自然的規律性

王國維《人間詞話》把詩詞分為三種境界，第一境界：“昨夜西風凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路。”第二境界：“衣帶漸寬終不悔 ，為伊消得人憔悴?！钡谌辰纾骸氨娎飳にО俣龋嚾换厥祝侨藚s在燈火闌珊處。” 所謂的“探索”，便是第二種境界。

首先，我們看一個探索陰陽、對偶的規律性事例。中國人已于《易經》中探索出陰陽的規律。西方人也講究對偶，事實上，希臘數學家研究的射影幾何就已經有pole和polar的觀念。七十年前，物理學家已經發現負電子的對偶是正電子，而幾何學家則發現光滑的緊致空間存在著龐卡來對偶性質。同樣，在二十世紀九十年代，科學家又發現了物質的對偶是反物質，明物質的對偶是暗物質，而且，據科學家推算，反物質與暗物質一定存在。

在詩中，如杜甫《又呈吳郎》：

堂前撲棗任西鄰，無食無兒一婦人。

不為困窮寧有此，只緣恐懼轉須親。

即防遠客雖多事，便插疏籬卻甚真。

已訴征求貧到骨，正思戎馬淚沾巾。

這首詩中二聯是對偶。而且律詩每一首都要求對偶中二聯對偶，用對偶的水平直接影響著一首七律的水平。這和射影幾何pole和polar的觀念是一致的。

其次，再看對客觀規律的探索。文學家和科學家都想構造一個完美的圖畫，但每個作者有不同的手法。文藝復興的科學家理文并重。他們也將科學應用到繪畫和音樂上去。笛卡兒、伽利略到牛頓和來布尼茲這些大科學家們在研究科學時，都講究哲學思想，通過這種思想來探索大自然的客觀本質。

以后偉大的數學家高斯、黎曼、希爾伯特、梵爾等都尋求數學和物理的哲學思想。黎曼創造黎曼幾何，就從哲學和物理的觀點來探討空間的基本結構。至于愛因斯坦在創造廣義相對論時，除了用到黎曼幾何外的觀念，更大量地采用到哲學家恩斯特·馬赫（Ernst Mach）的想法。愛丁頓（Eddington）在1919年時用望遠鏡觀察證明廣義相對論，證明了愛氏理論的正確性。

在詩詞方面，如屈原對太空的探索：

遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢闇，誰能極之？馮翼惟象，何以識之？（《天問》）

從天地離分、陰陽變化、日月星辰等自然現象，一直問到神話傳說乃至圣賢兇頑和治亂興衰等歷史故事，表現了作者對某些傳統觀念的大膽懷疑，以及追求真理的探索精神。

再如蘇軾對看問題角度的探索，“不識廬山真面目，只緣身在此山中”（《題西林》）。說明了只有上升到一定高度，才能把握事物的全局。再如辛棄疾對空間星體特征的探索：

可憐今夕月，向何處，去悠悠？是別有人間。那邊才見，光影東頭？是天外，空汗漫，但長風浩浩送中秋？飛鏡無根誰系？姮娥不嫁誰留？（《木蘭花慢》上闋）

詞人已觀察到某種現象，并努力追索天體的客觀規律性。

科學需要實驗、需要證明，文學卻不需要這么嚴格，但是離現實太遠的文學，終究不是上乘的文學。