門外美談——科學(xué)和藝術(shù)的美學(xué)比較
◎ 古代的思想家把美與和諧畫上等號(hào)
◎ 二十世紀(jì)的科學(xué)與藝術(shù)引入的不對(duì)稱和不和諧的量越來越大
◎ “我的工作總是盡力把真和美統(tǒng)一起來，但當(dāng)我必須在兩者中選一個(gè)時(shí)，我通常選擇美。”
亞里斯多德說，完美的天上物質(zhì)構(gòu)成的天體的運(yùn)動(dòng)軌道，必定是完美的曲線。圖為太陽(yáng)系。
和諧與對(duì)稱是緊密地聯(lián)系起來的，在米蘭大教堂里，處處體現(xiàn)了“建筑是凝固的音樂”。
在許多人的心目中，科學(xué)與藝術(shù)是很不相干的，否則為什么從中學(xué)起，就有文科和理科的分班呢？可是我有完全不同的看法，我認(rèn)為在中學(xué)就把學(xué)生定向到文科或是理科并不是很妥當(dāng)?shù)淖龇ā?/p>
也許有人會(huì)爭(zhēng)辯說，科學(xué)追求的是嚴(yán)、藝術(shù)追求的是美，一個(gè)是理性的演繹，另一個(gè)是靈感的發(fā)揮，二者南轅北轍，沒有共通之點(diǎn)的。
其實(shí)這真是不幸的誤解。有一位很有點(diǎn)名氣的文藝?yán)碚摷医凶龅ぜ{的說過：
“一個(gè)人之所以成為藝術(shù)家，是因?yàn)樗麘T于辨別事物的根本性質(zhì)和特色；別人只見到部分，他卻見到全體，還抓住它的精神。”
如果把這番話中“藝術(shù)”兩個(gè)字改成“科學(xué)”兩個(gè)字，誰(shuí)能不說對(duì)于科學(xué)這是同樣精辟的論斷呢？可見藝術(shù)創(chuàng)作和科學(xué)創(chuàng)作是有共性的。有共性的東西就可以拿來比較，比如說科學(xué)中的美和藝術(shù)中的美，這種比較可以說是科學(xué)和藝術(shù)的比較美學(xué)。
美
什么是美？“美是難以定義的”，研究美學(xué)的一位祖宗柏拉圖早就這么嘆息過。科學(xué)家也有類似的觀點(diǎn)。狄拉克——本世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家中的一位——也說過：“數(shù)學(xué)美與藝術(shù)美一樣是無法定義的。”不過他又跟著說：“但研究數(shù)學(xué)的人鑒賞數(shù)學(xué)美并不會(huì)覺得困難。”大哲學(xué)家大科學(xué)家尚且如此說，作為門外美談就大可不必講究什么美與審美的定義、什么美的主觀性與客觀性等等，只需承認(rèn)美的存在就可以談下去。
承認(rèn)了美的存在，還需要有能夠感知它的東西才能談美。這東西大哲學(xué)家柏拉圖說是靈魂，大數(shù)學(xué)家龐加萊說是純理智，靈魂也罷、理智也罷，反正是思維的器官，一牽涉到思維，談美就當(dāng)然必須限定在一定的歷史時(shí)期里才有意義，因?yàn)椴煌瑲v史時(shí)期的人們的思維是大不相同的。
古代的思想家把美與和諧畫上等號(hào)。希臘古典時(shí)代的大哲學(xué)家們認(rèn)為，美在于和諧，美應(yīng)當(dāng)是完美的。自然是美的，自然的規(guī)律也是美的，所以亞里斯多德說，完美的天上物質(zhì)構(gòu)成的天體的運(yùn)動(dòng)軌道，必定是完美的曲線。而最完美的曲線，就是圓，所以所有的天體都是以圓軌道運(yùn)行的。那位對(duì)比例和數(shù)字情有獨(dú)鐘的哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯（就是發(fā)現(xiàn)直角三角形三條邊的平方之間關(guān)系的那一位）進(jìn)一步認(rèn)為，整個(gè)宇宙就是一種和諧，就是一種數(shù)，在數(shù)字之間有著能夠產(chǎn)生和諧關(guān)系的比例。據(jù)說他發(fā)現(xiàn)了黃金分割比例，即使在今天，那些殘存下來的，在長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方面的尺寸遵循這種比例建成的希臘神廟，還在現(xiàn)代人的心靈中產(chǎn)生巨大的肅穆感和美的戰(zhàn)栗。
和諧與對(duì)稱
千百年來，這些觀點(diǎn)深刻地影響了一代又一代的人。包括現(xiàn)代科學(xué)的兩位奠基人哥白尼和開普勒。
哥白尼提出的日心體系理論，帶動(dòng)了近代科學(xué)思想的一場(chǎng)革命。在哥白尼的理論里，不是太陽(yáng)繞著地球轉(zhuǎn)，而是地球，還有另外當(dāng)時(shí)知道的五個(gè)星體——土星、木星、火星、金星和水星繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)。它們的軌道都是圓。按古希臘哲學(xué)家的觀點(diǎn)，宇宙應(yīng)當(dāng)是和諧的，而和諧的軌道應(yīng)當(dāng)是對(duì)稱的，具有最大對(duì)稱性的運(yùn)行軌道是圓，這是很自然的。另一位大天文學(xué)家開普勒則進(jìn)一步想從畢達(dá)哥拉斯的和諧對(duì)稱的原理來確定這六個(gè)行星的軌道。他的做法是這樣的：在幾何學(xué)中，除了球體之外，有著最大對(duì)稱的幾何體是正多面體，自然界存在的正多面體只有五種：正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體，對(duì)每一種正多面體都可以作一個(gè)外接球面和一個(gè)內(nèi)切球面，于是由這五種正多面體可以作出六個(gè)這樣的球面，它們是行星的圓軌道所在的球面。定出這些軌道后，又由于和諧的要求，天體在這些圓形軌道上應(yīng)當(dāng)作勻速運(yùn)動(dòng)，這樣就可以確定這些天體的公轉(zhuǎn)周期。現(xiàn)代人回過頭來看這種做法真有點(diǎn)匪夷所思，但據(jù)說當(dāng)時(shí)計(jì)算的結(jié)果居然和當(dāng)時(shí)的天文觀察數(shù)據(jù)相當(dāng)符合！1596年，開普勒把這些想法和結(jié)果寫在一本專著里，題目就叫做《論自然的和諧及相似》。
如果開普勒停留在這種符合上，那也就不會(huì)有他日后的重大發(fā)現(xiàn)了。幸好他送了一份專著給當(dāng)時(shí)歐洲最負(fù)盛名的天文觀測(cè)家、丹麥人第谷。第谷讀了論文，極為賞識(shí)作者的才華，也給作者一個(gè)忠告：“首先要通過實(shí)際觀測(cè)來為自己的觀點(diǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，由此提高，才能深究事物的根由。”幸虧聽從了這個(gè)忠告和獲得第谷以畢生的努力累積下來的系統(tǒng)的、極為精確的觀測(cè)數(shù)據(jù)，才使他得以作出科學(xué)史上劃時(shí)代的三個(gè)大發(fā)現(xiàn)。頭一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，行星的軌道并不是完美的圓曲線，而是橢圓曲線；第二個(gè)發(fā)現(xiàn)是行星在軌道上的運(yùn)行并不是勻速運(yùn)動(dòng)。看起來開普勒最后的發(fā)現(xiàn)完全偏離了他最初對(duì)和諧的（也是簡(jiǎn)單的）想象，然而事實(shí)上，在他的三大發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致的牛頓力學(xué)的更高的基礎(chǔ)上，這些發(fā)現(xiàn)又是如此令人震驚的和諧。
和諧與對(duì)稱是緊密地聯(lián)系起來的。到過北京故宮的游客，誰(shuí)不被這組巨大的建筑群的對(duì)稱與和諧所震撼呢？在古典的繪畫、雕塑和音樂里，處處體現(xiàn)了對(duì)稱與和諧的美。有一年我到米蘭，當(dāng)?shù)谝谎劭吹矫滋m大教堂，就有似曾相識(shí)的感覺，我一路參觀一路想，這感覺到底從何而來？等從教堂出來，我想出來了：這就是巴赫偉大的《恰空舞曲》，那里三十二個(gè)變奏組成的對(duì)稱如此嚴(yán)謹(jǐn)，音樂的洪流如此和諧流暢，音樂的形象如此莊嚴(yán)雄偉、氣勢(shì)磅礴，就如這座教堂一樣，直入云霄，欲與天齊。多年以后我才從一本書里讀到一個(gè)論點(diǎn)，說“建筑是凝固的音樂”。說這句話的人相當(dāng)有道理。
在自然界，對(duì)稱現(xiàn)象是一個(gè)很常見的現(xiàn)象，對(duì)稱性分析能夠把許多問題高度簡(jiǎn)化。但是，在這現(xiàn)象的背后有著極為深刻的內(nèi)涵，它導(dǎo)致本世紀(jì)的物理學(xué)中一個(gè)非常深刻的重大發(fā)現(xiàn)，就是對(duì)稱性和守恒律的內(nèi)在聯(lián)系，這是一位當(dāng)時(shí)居住在德國(guó)的杰出女性艾米·諾特 所發(fā)現(xiàn)的。諾特是數(shù)學(xué)家，1918年，她在《哥廷根學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一篇極為深刻、影響深遠(yuǎn)的論文，證明了自然界的每一個(gè)準(zhǔn)確的對(duì)稱性，都對(duì)應(yīng)一個(gè)守恒律，相應(yīng)有一個(gè)守恒量：如果物理學(xué)對(duì)于時(shí)間原點(diǎn)的選擇是對(duì)稱的，即在任何時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，都觀測(cè)到同樣的物理規(guī)律，那么能量是守恒的；如果物理學(xué)對(duì)于空間坐標(biāo)的選擇是對(duì)稱的，即在任何地點(diǎn)都可以選擇為坐標(biāo)的原點(diǎn)，那么動(dòng)量是守恒的；等等。
不過如果只有對(duì)稱，那么美術(shù)里只剩下圖案，科學(xué)里也沒有了許多學(xué)科，例如，只剩下完美晶體的物理而沒有表面物理，沒有界面物理，沒有半導(dǎo)體物理，這太遺憾了——現(xiàn)代人怎么能夠想象沒有半導(dǎo)體晶體管，沒有集成電路芯片，沒有移動(dòng)電話的生活呢？好在自然也好，人也好，在尊重對(duì)稱性的同時(shí)也容許一點(diǎn)差異的。比如說，人們最先認(rèn)識(shí)到對(duì)稱、和諧的美，為了美，甚至可以對(duì)通行原則作重大的修改。中國(guó)佛寺的山門殿內(nèi)兩旁塑立的金剛力士，本來按佛經(jīng)說只有一位，是佛的隨從侍衛(wèi)的首領(lǐng)，不過為了對(duì)稱，就不理會(huì)原來典籍是怎樣說的，硬是讓他成了雙。如果限于完全的對(duì)稱，美的表達(dá)能力會(huì)大受限制，所以成了雙的兩尊金剛力士，還要讓他們一個(gè)張口，一個(gè)閉口，有點(diǎn)不一樣，成為哼哈二將。音樂里的情況也是一樣，完全和諧的樂曲是沒有表現(xiàn)力的。記得“文革”時(shí)聽當(dāng)時(shí)來訪的朝鮮歌劇院演出的《賣花姑娘》，頭五分鐘覺得好極了，在神州大地上只剩下語(yǔ)錄歌的時(shí)代真是大的享受！再聽下去，便不對(duì)頭了，旋律確實(shí)很流暢，和聲也很諧美，但是詠嘆調(diào)之后還是詠嘆調(diào)，永遠(yuǎn)陪襯著綿綿纏纏的、甜甜蜜蜜的和聲。再過幾分鐘之后，簡(jiǎn)直不能令人忍受，只好把收音機(jī)關(guān)掉。
不和諧與不對(duì)稱
在十九世紀(jì)就要結(jié)束之前，至少在物理學(xué)界，似乎對(duì)和諧的追求已經(jīng)達(dá)到極至。英國(guó)極負(fù)盛名的大科學(xué)家開爾文勛爵認(rèn)為，當(dāng)時(shí)在物理學(xué)的天空上除了兩朵小小的烏云之外是一片晴空，當(dāng)時(shí)已知的物理現(xiàn)象都可以歸納到力學(xué)、電磁理論、熱力學(xué)等高度完美的理論框架里，也許留給后代人解決的物理問題已經(jīng)不多了。然而正是這小小的兩朵烏云引來二十世紀(jì)物理學(xué)的巨大變革，導(dǎo)致相對(duì)論和量子論兩大理論的建立。然而新的觀念與傳統(tǒng)的觀念難以調(diào)和，新的理論并不具有傳統(tǒng)意義下的完美。傳統(tǒng)的完美起碼要符合完整、清晰的概念，但是在新的物理學(xué)里情況卻不是這樣：傳統(tǒng)的清晰性被新理論內(nèi)稟的一種不確定性所代替，而完整性只有在統(tǒng)計(jì)和幾率的意義上才能談到。這使得科學(xué)上的巨人愛因斯坦——二十世紀(jì)一個(gè)新生理論相對(duì)論的創(chuàng)立者——在最高的層次上對(duì)另一新生的理論量子力學(xué)進(jìn)行畢生的質(zhì)疑，留下也許不見得是正確的名言：“上帝是不擲骰子的。”
在藝術(shù)里相應(yīng)的變革來得稍稍早些，那就是由向?qū)ΨQ與和諧的古典美挑戰(zhàn)的印象派開始的新潮流。不過藝術(shù)家們不像物理學(xué)家那么走運(yùn)，最初連每一個(gè)走過展覽印象派作品的房子的肉店小伙計(jì)都認(rèn)為有資格揶揄這些畫家一番。在音樂領(lǐng)域中，印象派音樂的遭遇比較起來就要好得多，雖然在結(jié)構(gòu)和主題發(fā)展的原則上偏離了傳統(tǒng)，但是它的始創(chuàng)者德彪西的和聲與旋律的巨大天才很快就征服了傳統(tǒng)的聽眾，使他們領(lǐng)略到這個(gè)流派帶來的未曾感受過的美。往后在斯特拉文斯基作曲的芭蕾舞劇的首演上，怪異的旋律、不協(xié)的和聲以及耳朵不習(xí)慣的配器，引來喝倒采的喊叫聲和口哨聲響成一片，贊成的和反對(duì)的觀眾當(dāng)場(chǎng)毆打起來，臺(tái)上的舞蹈演員根本聽不到樂隊(duì)在演奏什么。然而現(xiàn)在回過頭看，莫奈、雷諾阿、德加、德彪西、斯特拉文斯基的作品都已經(jīng)成為新的“古典”，如果就從一個(gè)新的角度描寫了本來在自然就存在的現(xiàn)實(shí)來說，和諧與不和諧、對(duì)稱與不對(duì)稱，本來都是客觀存在的，何況最初時(shí)的不對(duì)稱與不和諧是作為小量引入對(duì)稱與和諧之中的，當(dāng)年引起的騷亂和大驚小怪倒是有點(diǎn)難以理解了。
二十世紀(jì)的科學(xué)與藝術(shù)經(jīng)歷了令人目眩的發(fā)展，從美的角度來看，特點(diǎn)是遠(yuǎn)離了古典的對(duì)稱與和諧，用科學(xué)的術(shù)語(yǔ)來說，引入的不對(duì)稱和不和諧的量越來越大。1957年，兩位居住在美國(guó)的華裔物理學(xué)家李政道和楊振寧提出一個(gè)理論說，并不是所有的對(duì)稱性都被自然尊重的，例如，大自然有時(shí)并不尊重左和右的對(duì)稱性。他們的理論引起軒然大波，許多大物理學(xué)家不相信，諾貝爾獎(jiǎng)得主泡利說，他不相信上帝是個(gè)左撇子！然而華裔大物理學(xué)家吳健雄精密的實(shí)驗(yàn)證明他是錯(cuò)的，上帝有時(shí)是個(gè)百分之百的左撇子。在李和楊提出的理論里，左和右甚至是百分之百的不對(duì)稱的！于是，在物理學(xué)中開始了一個(gè)研究對(duì)稱性被破壞的新浪潮。研究的結(jié)果使得科學(xué)家對(duì)于自然中對(duì)稱性的深刻的內(nèi)涵又有了進(jìn)一步的了解：對(duì)稱性確定物體的運(yùn)動(dòng)方程，而對(duì)稱性的破缺決定物體之間的相互作用。在這個(gè)基礎(chǔ)上，一些物理學(xué)的基本理論——電磁現(xiàn)象和弱作用現(xiàn)象的理論，廣義相對(duì)論——顯示出空前的、驚人的美。
在藝術(shù)領(lǐng)域，即便經(jīng)歷過從莫奈到高更的沖擊，但是康定斯基、畢加索、夏加爾的作品還是使人們感到不知所措，不知道是藝術(shù)家瘋了還是自己跟不上瘋狂發(fā)展的二十世紀(jì)。這種惶惑不只是觀眾才有，藝術(shù)家也有，畫家如畢加索不斷在改變自己的風(fēng)格，作曲家如勛伯格和斯特拉文斯基不斷推出半音階音樂、無調(diào)性、十二音體系、多調(diào)性等等，正是在變化的急流中杰出的天才們狂熱求索的記錄。
探索與美
在科學(xué)領(lǐng)域里，人們?cè)絹碓蕉嗟芈牭搅舜蟊ā⒒煦纭⒋蟊l(fā)等等新的詞句。直到不久前，討論宇宙的起源和大小似乎還只是哲學(xué)家的專利，但是在二十世紀(jì)三十年代，出現(xiàn)了宇宙起源的大爆炸理論，而到了六十年代，科學(xué)家直接得到支持大爆炸理論的觀察證據(jù)。為了說明所有目前累積起來的天文觀察數(shù)據(jù)，看起來大爆炸說是最合理的。我們的宇宙在時(shí)間和空間上都不是永恒的。澄明的夜空給予人們宇宙的寧?kù)o感是一個(gè)錯(cuò)覺，宇宙本身就是從大混亂中誕生，也可能最終走向一個(gè)大混亂的結(jié)局。雖然這個(gè)理論從根本上背離從古典時(shí)期到浪漫主義時(shí)期關(guān)于宇宙是最完美的藝術(shù)作品的概念，要接受它有一定的難度，但這畢竟是客觀實(shí)在。二十世紀(jì)物理學(xué)大師勞厄說過一番話，對(duì)于如何看待物理學(xué)中美的觀念的發(fā)展和變遷是很有見地的。他說：
“物理學(xué)從來不具有一種對(duì)一切時(shí)代都是完美的、完滿的形式；而且它也不可能具有完美的、完滿的形式，因?yàn)樗膬?nèi)容的有限性總是和觀察量的無限豐富的多樣性相對(duì)立的。”
如果把勞厄話中“物理學(xué)”這個(gè)詞兒改成“藝術(shù)”，把“觀察量”這個(gè)詞兒改成“藝術(shù)對(duì)象”，于是他的話變成：
“藝術(shù)從來不具有一種對(duì)一切時(shí)代都是完美的、完滿的形式；而且它也不可能具有完美的、完滿的形式，因?yàn)樗膬?nèi)容的有限性總是和藝術(shù)對(duì)象的無限豐富的多樣性相對(duì)立的。”
這番話對(duì)于如何看待藝術(shù)中美的觀念不是同樣很有見地的嗎？
是不是一切新的探索最終都?xì)w結(jié)到美呢？不一定。在藝術(shù)上如此，在科學(xué)上也如此。在科學(xué)上一切探索都最終要經(jīng)受實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)，而在藝術(shù)上則是時(shí)間的考驗(yàn)。如果它們確是被挖掘到的世界的一個(gè)新的方面，那它們是美的。美不能先驗(yàn)地規(guī)定，就像畢達(dá)哥拉斯和開普勒那樣。大師也會(huì)犯錯(cuò)誤的，有時(shí)還是大錯(cuò)誤。二十世紀(jì)的一位數(shù)學(xué)大師外爾說過：
“我的工作總是盡力把真和美統(tǒng)一起來，但當(dāng)我必須在兩者中選一個(gè)時(shí)，我通常選擇美。”
正是他關(guān)于美的先驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)使他相信左和右在宇宙里是對(duì)稱的，從而揚(yáng)棄了他發(fā)現(xiàn)的一個(gè)重要理論——中微子的兩分量理論，在這個(gè)理論中左和右是完全不對(duì)稱的。然而上面提到的李政道和楊振寧的工作證明，這個(gè)被發(fā)現(xiàn)者揚(yáng)棄的理論其實(shí)是正確的。外爾的觀點(diǎn)在科學(xué)界是很典型的，他的朋友愛因斯坦也是一樣，愛因斯坦認(rèn)為，美是探求理論物理學(xué)中重要結(jié)果的一個(gè)指導(dǎo)原則。不過，在平衡美學(xué)的追求與科學(xué)的探索時(shí)，我想，當(dāng)年第谷對(duì)開普勒的忠告是非常值得記取的。
在回顧剛剛過去的二十世紀(jì)時(shí)，人類有理由為文明在這一百年里的突飛猛進(jìn)感到自豪，但是也應(yīng)當(dāng)充分地認(rèn)識(shí)到一個(gè)事實(shí)，就是我們解決的問題遠(yuǎn)沒有我們發(fā)現(xiàn)的問題多，我們馳騁過的領(lǐng)域遠(yuǎn)沒有我們未曾涉足的領(lǐng)域大，這就是今后藝術(shù)和科學(xué)繼續(xù)發(fā)展的根據(jù)，也是今后人們美學(xué)觀要繼續(xù)發(fā)展的道理。也許科學(xué)和藝術(shù)在這一點(diǎn)上有很大的差異，那就是，重大的藝術(shù)成就總是給人們帶來慰藉，而重大的科學(xué)成就則并非必定如此。無怪乎在深入研究宇宙的起源之后，對(duì)于眼前的世界，諾貝爾獎(jiǎng)得主溫伯格這樣寫道：
“很難理解這只不過是一個(gè)充滿敵意的宇宙中的一小部分，更無法想象到現(xiàn)在的宇宙是從一個(gè)難以言傳的陌生的早期狀態(tài)演化而來，而又面臨著無限冰冷的，或是熾熱難耐的末日。宇宙越可理解，也就越索然無味。”
不過從美的觀點(diǎn)來看，怡人的美和悲愴的美同樣動(dòng)人，同樣有追求的價(jià)值。
（作者系理論物理學(xué)家、同步輻射應(yīng)用專家、中國(guó)科學(xué)院院士）
（編輯：孫育田）