科学之美 旷世奇美——读沈致远《科学是美丽的》

文/深圳市南山实验教育集团

常人眼里，科学是深奥的、艰难的、枯燥的。翻开旅美科学家沈致远先生《科学是美丽的——科学艺术与人文思维》一书，不禁惊住了，科学、科学家、科学散文，竟然如此美丽！罗丹(法)说过：“所谓大师,就是用自己的眼睛看别人见过的东西,在别人司空见惯的东西上发现出美来。”作者学贯中西，素养深厚，视角宽阔，人文睿智，发现了科学的美丽；他高屋建瓴，目光犀利，深入浅出，科学瑰宝娓娓道来如数家珍，不仅具有独特的艺术风格，而且富含哲理，发人深思。

科学散文在我国文坛尚不多见，带着这份崇敬，我几乎手不释卷读完这部近四百页的著作；沿路撷英，欣赏科学人文美丽风光和科学散文之艳丽，阅读、记录、思考。

语不惊人死不休，科学家亦如此

科学追求真理，揭示宇宙万物的真相及其变化规律。真正的科学家都懂得：真理是简单的，而且越是深层次的、适用范围越是普遍的真理就越简单。简单、深刻、普遍三位一体，这就是科学美之源泉。科学家在追求真理的过程中，锲而不舍，孜孜以求，虽然辛苦却乐在其中，科学家顿悟和突破后的快感乃先睹为快——享受前人从未见过的瑰丽美景。

科学散文有别于传统的科普文章，后者只传播科学知识，早已有人在做了。科学散文是把科学和文学熔于一炉，表现的是科学家的人文睿智和人文情怀。语不惊人死不休，科学家也如此。作者在书中三次写到蝴蝶，第一次是《蝴蝶效应》，第二次是《帝王蝶掀起的风波》，这两次介绍的都是“好事者”借题发挥，利用蝴蝶来做文章。第三次写的却是蓝蝶自身叹为观止的真本领——《蓝蝶的光辉》，庄生之梦再浪漫，也想不到蝴蝶竟会变出这么多花样。作者在《蝴蝶效应》一文提到，有位教授说：“南美洲亚马逊丛林中一只蝴蝶轻轻扇几下翅膀，就会在美国得克萨斯州掀起一场龙卷风。大家知道这种极度夸张的说法不可能实现，倒是最近美国著名的帝王蝶幼虫还来不及长出翅膀，已在太平洋两岸确实掀起了一声不小的风波。”——告诫人们玩弄基因要慎之又慎，万一惹祸悔之晚矣。

蝴蝶真有那么大威力？首先是“事出有因”，如果大气圈中确实存在某种特定的有序状态，原则上并不排除“蝴蝶效应”发生的可能性，但最终还是“查无实据”，大气圈的状态受到多种因素的制约，其中很多是无序的，自发出现有序的机率非常之低，所以大可不必杞人忧天。不过也不要责怪那位提出“蝴蝶效应”的教授，他的惊人之论也有益处，可以当作一种“理想实验”，帮助我们以形象化的思维来理解一些科学道理。自然界有许多奥秘，值得我们去思考去探索……

“1998年有人在《纽约时报》上撰文，引用‘蝴蝶效应’比照克林顿总统的绯闻说：白宫女实习生莱温斯基扇几下眼睫毛，就掀起了一场席卷美国的政治风暴。不要以为这只是政治笑话而一笑了之，历史上小的诱因触发震撼世界的重大事件的例子不绝于书。研究这类社会‘蝴蝶效应’的产生条件及其机制，具有一定的理论和现实意义。”(《蝴蝶效应》)

亚马逊丛林中的雄性蓝蝶带有醒目的彩虹般蓝色光辉，有人说在半公里外就能看见，还有人说乘小飞机飞越丛林竟能看到下面蓝蝶翅膀发出的蓝色闪光。蓝蝶的光辉如此强烈，其奥妙在于它的翅膀具有独特的光学性能。有的竟能反射70%的蓝色光线，远远超过蓝色涂料的反射率。这引起了科学家和工程师们很大的兴趣，并对其原理进行研究。蓝蝶耀目的光辉干什么用呢?原来是用来作为占领区的警号，使别的雄性蓝蝶在远处就能看到，知所趋避，它的蓝光越强，其示警就越显著。

物竞天择，适者生存，亚马逊丛林中亿万年的自然选择，使得蓝蝶进化到具有如此奇妙光学性能的翅膀。纽约州立大学一位昆虫学家说：“蓝蝶做到了工程师们试着做却未能成功的事，它精细地调节了翅膀的反光率。”另一位研究者说：“人们看到其复杂性，感觉模仿并非易事。”迄今为止，正在研究中的人造模仿物，在光学性能上仍无法与蓝蝶的翅膀相比。(《蓝蝶的光辉》)

自古以来，蝴蝶就被认为是极富浪漫色彩的，从庄子的“庄生梦蝶？蝶梦庄生”富含哲理的迷思，到梁山伯与祝英台双双化碟的凄美神话，无不勾起人们浪漫的遐想。作者有感于此，写下《蝶梦》：蝶舞花丛中/窃笑庄生痴/物我本一体/何分彼与此。(《蓝蝶的光辉》)“那是多年前的往事了，如今蓝蝶已为蝴蝶的神话增添了新的篇章。原来蝴蝶的翅膀上也有如许奥妙，使科学家自叹弗如，工程师竞相仿效。如今在花丛中翩跹的蝴蝶窃笑的，恐怕不只是庄生的痴，还有那自命为万物之灵的尚欠聪明。”

缪斯一身二任，她也是科学女神

科学诗，是真与美的结合。艺术与科学结合贵在：真美兼备，情理交融。“我们必须把科学当作艺术，然后，我们才能从科学得到完整的知识。”(歌德)缪斯一身二任，她也是科学女神。自古以来，诗人通过表现自然与社会来抒发自己的感情，追求美。科学的任务在于了解世界，追求真理。科学了解世界，诗表现世界；了解越深，表现越精彩。科学求真，也包含美；诗唯美，也包含真。科学与诗均贵在创新，了无新意的不是好诗，故固步自封不具有科学价值。诗人与科学家都需要灵感，缺乏灵感写不出好诗，同样也做不出重大的科学突破来。

作者认为，常人没感受到科学的美丽，“责任在科学家，他们沉浸于科学美中自得其乐，忘记与大众分享了。但也有例外，李政道近年来频频撰文著书，极力宣传科学美。他曾经请了著名画家李可染、吴作人、吴冠中等作画描绘物理学的内涵美，这引起了科学界和艺术界的注目。”

威廉斯为科学美所启迪，开始写科学诗。《纽约时报》于2000年6月4日刊登了她的一组诗，《碳是女孩之最爱》是其中一首：碳是女孩之最爱/黄金确实很宝贵/但不会燃起你心中之火/也不会使火车长啸飞驰/碳是地球上一切生命之源/它来自太空的陨石/构成一切有机物质/在大气层中循环往复/钻石、煤炭、石油/总有一天用完/能构成一切的将是碳纳米管/碳是女孩之最爱。(《科学是美丽的》)“钻石是女孩之最爱”是美国流行的谚语，威廉斯扩其意而用之，从碳元素的一种特殊结晶形态——钻石，推广到碳的各种形态。女孩爱钻石，无非是爱钻石首饰之光华夺目价值连城，用以炫耀自己雍容华贵的外表美。威廉斯以诗意的语言，赞美碳的实用价值及其对生命循环的重要性，表现的是内涵美。较之原谚语，这是艺术的升华，意蕴更为丰富。

宇宙是一个统一体，归根到底，文艺与科学也是统一的。将文艺与科学分开来进行研究是为了方便，是人为的，两者之间并不存在不可逾越的鸿沟。作为文艺的一个分支，诗与科学具有某种共性，这就是科学诗的基础。在作者眼里，数学天地充满了诗情画意，有待我们去发掘。恒河沙数，“一沙一世界”；万绿丛生，“一叶一菩提”。宇宙万物如此复杂，老子却说：“道生一，一生二，二生三，三生万物。”老子之道与零何相似乃尔。《零赞》：你自己一无所有/却成倍地赐予别人/难怪你这么美/像中科夜色的一轮明月。(《说数》)

科学与艺术的最高境界都是单纯与质朴。作者赋诗《圆周率》为其抱屈：一个简单的比率/竟引起古往今来这么多关注/周3径1，3.1416……/最新的记录已算到几千亿位/最快的电脑也算不到尽头/像一篇读不完的长诗/既不循环，也不枯竭/无究无尽，永葆常新/数学家称之为无理数/诗人赞之为有情人/道是无理却有情/天长地久有时尽/此率绵绵无绝期。(《科学诗》)

道为何物？道是宇宙之本源。两千多年科学的进展使人们越来越体会到：天道崇简。星空就是宇宙，蕴含着永恒的秘密，令人不懈地追索。黑洞可以说是天宇中身披战袍的“死神”，它那极其强大引力将周围的一切东西(包括光线吸入其中)。且看作者马致远如何在《文汇报上》为其赋诗——《黑洞》：跑得最快的光线/也逃不过你的魔掌/你是吞噬一切的贪婪暴君/空间冻结，时间停顿/万物消失于无形/你是披着战袍的“死神”/宇宙之末日来临？/不！就像火凤凰那样涅槃/新世界从黑洞的劫灰中飞升。(《神秘的星空》)“结尾并非我杜撰，英国著名天文物理学家霍金将量子论与黑洞理论相结合，得出‘黑洞非全黑’的理论。兴许这火凤凰的冠羽已现。”

科学在不断进步，人类对宇宙奥秘的理解在不断深入。光阴似箭，从不回头。时间过得快与不快是相对的，关于时间不可逆性的研究还会继续下去，光怪陆离的各种时间隧道说也会不断提出来，但可以肯定：日常生活中的宏观因果性是决不会颠倒的，任何人不可能亲历自己外祖母的诞生；如果我们所经历的时光倒流，历史就可以改写，天下一定大乱。作者有诗为证：《莫回头》：时光老人你切莫回头走/佛说回头是岸，你回头是灾难/谁也不愿见到希特勒复活/抢先造出原子弹。(《光阴如箭》)

科学也有美学原理，科学家在探索未知世界时，除了以实验为判据外，美也是一个重要的考虑。作者希望经过科学家和艺术家的通力合作，使科学的瑰丽美景能为更多人所共享。他主张把科学与诗结合创造科学诗，加强诗人与科学家之间的合作以及读者的支持，让科学诗在文艺的百花园中生根、发芽、开花、结果。

如此星辰非昨夜，为谁风露立中宵？

时间可能是物理家最丰富的宝藏。清代诗人黄仲则《绮怀》云：“……如此星辰非昨夜，为谁风露立中宵？”美丽的意境令人浑然忘我，陶醉于茫茫天宇、耿耿星河。“如此星辰非昨夜”，诗人的观察很细致，发现了点点繁星中一些细微的变化；更富诗意的是，诗人暗示并非偶然而是几乎夜夜在仰望星空。“为谁风露立中宵？”给人以无穷的悬想，是怀念远方亲人夜不能寐而立中宵？是人生失意万念俱灰而立中宵？还是夜观天象细推物理而立中宵？……人类有幸窥见一些宇宙秘密，全得感谢那些为观天象经年累月“立中宵”的天文学家，他们虽不至身经风露，但有彻夜不眠之辛苦。

旧金山大学的天文物理学家琳达·威廉斯，为宇宙的瑰奇美景倾倒，决定利用业余时间传播科学美。威廉斯对《纽约时报》记者说：天文物理是最美丽的。还有什么比宇宙的诞生更美丽？还有什么比黑洞、多重宇宙和交响共鸣着的宇宙流更美丽？”威廉斯说得好，让我们继续下去：还有什么比原子中“云深不知处”的电子云更具朦胧美？还有什么比生命之源叶绿素中的“绿色秘密”更具神秘美？还有什么比“生命之梯”DNA回旋曲折的双螺旋更具活力美？还有什么比“纳米”世界中用原子砌成的纤巧结构更具精致美？……(《科学是美丽的》)可见，科学不仅是美丽的，而且是旷世奇美，美不胜收！

“世界真奇妙，后来才知道。”(于光远)作者在《漫游粒子奇境》一文中写道：超弦理论如果真的为实验所证明，这当然是重大的科学突破，物理学家一会会开香槟庆祝。但我想，更高兴的恐怕还是音乐家，原来宇宙万物是一曲交响乐！你还能想象出比这更浪漫的来吗？赋小诗一首为超弦论者助兴，预祝他们早奏凯歌！《宇宙音》：宇宙原来是一曲交响乐/乐队是一群超弦/没有琴师，没有鼓手/没有指挥，没有听众/只有超弦在自弹自奏/琴声悠扬/不是幻想，胜似幻想/是真与美的故乡。

不仅物理学美丽，数学也非常美丽。早在古希腊和古罗马时代，艺术家就发现了人体的曲线美。现代派的雕塑家和画家以他们的作品表现了几何形体的视觉美，毕加索晚期作品中频频出现的怪异人像——两个鼻子三只眼睛等，据说其灵感来自数学中超越现实三维空间的抽象高维空间。数学家以叠代方程在复数平面上产生的“分形”图案之奇幻迷离、千变万化，使艺术家也叹为观止。人们常说，哲学家热衷于形而上，物理学家专注于形而下，数学家钟情于形之中，艺术家神游于形之外，的确如此。

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”重读屈原的诗句，是否感到诗人与科学家具有某种相似的气质？“问世间情为何物，直叫人生死相许。”不妨欣赏作者的《量子情侣》：量子态的重叠/你中有我，我中有你/真正的心心相印/自旋的配对/一个向上，一个向下/情侣们成双翩跹/量子态的相干/有波峰，也有波谷/就像爱情的波折起伏/量子测不准原理/扑朔迷离，似幻亦真/热恋的心态谁能说清？(《科学美再质疑辩》)

科学之美，阅读采撷走笔至此，实乃作者书中千钟一粟。读罢掩卷伏案，惊叹作者的不凡：既对科学史有深刻的研究，对现代科学的状态有敏感的把握，又对科学和人文的关系有自己的思考，尤其对科学与艺术共同具有的美有独到的见解，这使他的文章表现出科学家独具的精神魅力与思想情怀。