張雙南：美與科學(xué)｜視頻
導(dǎo)語：
雖然張雙南的主攻領(lǐng)域是黑洞、中子星、相對論天體物理、宇宙學(xué)等研究，但實際上，除了宇宙和星空，他還對藝術(shù)、美學(xué)有著深入的思考。古往今來的哲學(xué)家、美學(xué)家都覺得“美實在是太難定義了！”然而2016年1月16日在由北京聽道（beijingtd）與知識分子（The-Intellectual）合辦的聽道論壇－知識分子專場中，張雙南從自然科學(xué)的角度獨辟蹊徑，來捕捉和確定美的定義。
美真的是不可捉摸的嗎？物質(zhì)世界雖然千變?nèi)f化但卻十分真誠，在同樣的條件下必然出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。張雙南認為，美的世界雖然也是千變?nèi)f化，但是應(yīng)該有內(nèi)在的規(guī)律。
演講 | 張雙南（中國科學(xué)院高能物理研究所研究員）
視頻制作 | 北京聽道
視頻校對 | 陳曉雪、李尚瑾
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大家好，今天非常高興，非常榮幸有機會來和大家分享一下：美與科學(xué)。不是美女科學(xué)。當(dāng)然我們要講美女，不能夠應(yīng)用到美女的美學(xué)，都是偽哲學(xué)。所以我們要把這件事情搞對。所以我今天給大家分享兩個部分，第一部分是美的科學(xué)，就是美里面的科學(xué)；第二部分講科學(xué)的美，科學(xué)里面的美。
11月25號對我來講，是最美的日子。為什么美，兩個原因：一個原因是，一百年前，在這個日子，愛因斯坦發(fā)表了《廣義相對論》的理論，對我來講是最美的科學(xué)理論。另外一個原因大家也看到了，25年前，世界上最美的女孩兒誕生了——我的女兒。我的女兒的美和《廣義相對論》的美之間有什么共性？這里面有什么科學(xué)規(guī)律？這是我今天要和大家分享的。換句話說，我們要問一個問題：美是什么？
這個問題，事實上哲學(xué)家已經(jīng)問了兩千多年了。從大哲學(xué)家蘇格拉底開始，到他的學(xué)生柏拉圖，柏拉圖的學(xué)生亞里士多德，到近代的康德、黑格爾等等，哲學(xué)家都問過這個問題。這個問題被稱作為天才的追問。那么我們看看，哲學(xué)家們問了兩千多年之后，現(xiàn)在的答案是什么？
當(dāng)然答案的種類非常多。我們選用復(fù)旦大學(xué)朱立元教授所總結(jié)的美學(xué)家對這個問題的看法。朱教授說，我自己覺得，還沒有辦法回答這個問題。但是柏拉圖說過，美是難的。而且朱教授接著說，我覺得這是千真萬確的至理名言。美是什么？美是難的。我倒想說，美是女的。
假如說在課堂上，我講課的時候，我們的同學(xué)提問我說，尊敬的教授請問：太陽有多高？我是教天文學(xué)的，問這個問題還是對的。我回答說：親愛的同學(xué)，我有多真呀？（同學(xué)）再接著問：請問天上有多少星星？我再接著回答：有N多N多。大家也許想起來了，有一個美女楊鈺瑩唱過一首歌非常類似。如果我以（歌里）的方式回答問題，我想提問的同學(xué)肯定就要哭暈在廁所里了。這就是典型的答非所問。
美是什么？回答美是難的，有點像這種答非所問。至于你們怎么看，反正我是不信。為什么？因為這不科學(xué)。為什么不科學(xué)？答非所問不是我們的習(xí)慣，刨根問底是科學(xué)家的天職。我們要回答這個問題。那么我怎么來想這個問題？其實我想了差不多30年，我需要用自然科學(xué)的方法來研究美。
我們有一個著名的物理學(xué)家，彭桓武先生，他講過一句話，他說：“物質(zhì)世界雖然千變?nèi)f化，但是卻十分的真誠，在同樣條件下必然出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象?！蹦敲次野雅硐壬倪@句話，應(yīng)用到美的研究上，我想說的是：美的世界，雖然是千變?nèi)f化，雖然在場有各種各樣的美女，都非常的不同，但是應(yīng)該有內(nèi)在的規(guī)律。那么具體做起來，我首先要從提問題來著手。
愛因斯坦老師不僅僅是教我們了廣義相對論，同時也教我們科學(xué)研究方法。他說：提出一個好問題比解決N個問題都要重要。
美是什么？這個問題，我覺得可以換一個提法。我的這個提法就是說，廣義的審美對象，可以包括美人，可以包括美景，可以包括美食、美術(shù)、美的藝術(shù)，還可以包括美的科學(xué)，它們滿足什么樣的標(biāo)準，我們作為審美者、審美的主體覺得美。換句話說，廣義美的判斷標(biāo)準是什么？我把這個問題轉(zhuǎn)化了。
換句話說，廣義美的判斷標(biāo)準如果確立了，我們就能夠理解什么是美了，或者說美是什么了。當(dāng)然，把廣義美的判斷標(biāo)準學(xué)術(shù)化一點，我把它叫做“廣義美的法則”。
所以我是想建立一個廣義美的法則。那么具體的做法，我是遵從自然科學(xué)研究比較標(biāo)準的一個三段式的方法。
首先要歸納。我們要根據(jù)不同類型的美，總結(jié)共性得到美的法則；然后要證實，也就是說再舉出更多的例子，盡可能窮舉，有沒有美的事情違反我們的法則？如果違反了，我們要修改這個法則。然后還要證偽。我們還要找出不符合這種法則的、但是我們又覺得美的事情來找反例，如果找到了反例就仍然需要修改這個法則。這樣的話，我就最終得到了廣義美的法則。
這個廣義美的法則就是——沒缺陷、不常見。
滿足這兩個條件，我們就會覺得美。沒缺陷針對的是價值觀。比如說功能強大，比如說很自然，很合理、完整、真善。不常見指的別樣、不一樣、出色、洋氣等等。也可以是很常見的。比如說很土氣、模仿、山寨等等。在座的男士，你如果把我這個列的常見的任何的一條貼到你的女朋友，或者你太太的身上，我保證她不打死你也會掐死你。所以美不美的判斷就在這個地方。
什么是審美觀？為什么我們會有不同的審美觀？審美觀就是判斷美的能力。價值觀來判斷是否有缺陷。然后我們的見識來判斷是否不常見。因此不同的價值觀加上我們不同的見識，就導(dǎo)致了我們有不同的審美觀。對同樣的事情、物體、人，誰認為沒缺陷、不常見，誰就覺得美。你什么時候覺得沒缺陷不常見，你就什么時候覺得美。你什么時候覺得常見了，你覺得平常了，你就不覺得美了。因此沒有客觀的美，沒有絕對的美，沒有普世的美，也沒有永恒的美。美永遠是在變化著的。
我下面給大家舉個例子。我們知道前幾天北京天氣很好，大家開始的時候都紛紛在自己朋友圈里面貼藍天白云。我昨天貼了早晨的朝霞和白云，我說朝霞還是那么燦爛，藍天還是飄著白云，但是為什么今天沒有人說美了呢？因為已經(jīng)藍天白云一段時間了。盡管還是沒缺陷，但是不再不常見了。所以大家不覺得美了。所以我說：霧霾輕輕的告訴我，你什么時候結(jié)束休假？我問了這么一個問題。然后有一個朋友評論說：科學(xué)哲學(xué)家萬一看到了這個，肯定要拔高到說：科學(xué)家為了驗證他的美學(xué)理論，要來犧牲大家的健康。我趕緊說，不是這么回事。我屁滾尿流、驚慌失措地回答：寧愿要藍天的常見，也不要健康的缺陷。然后又有一個朋友接著評論，這個評論更絕，他說幾天不見霧霾還挺想念的。今天的天氣怎么樣？（果然不好了吧？）所以交友不慎就是這個后果。
再舉一個例子。這個例子是何澤慧先生（她是我的導(dǎo)師）和清華園的秋色美景，我說也都是美的極致。這是我在11月22日貼在朋友圈里面的。11月22日那天發(fā)生了兩件事情。一件事情是在清華大學(xué)舉行了一場紀念會，紀念我的導(dǎo)師何澤慧先生重要的研究成果發(fā)表69周年。何先生幾年前去世了，我們看看這個照片里左邊這個小女孩，是何先生年輕時候的照片，顯然是個小美女。右邊是何先生晚年時候的照片，依然是光彩照人。所以我說何先生是高智商、高顏值、高品德的極致。這樣的美女就是美的極致。
同樣清華園的秋色美景也是美的極致，秋色是好的，沒有缺陷，因為是豐收的季節(jié)。當(dāng)然要看到秋色，通常要有比較好的自然的環(huán)境。雪景也是好的，每年的第一場雪，瑞雪兆豐年也是好的。11月22日那天，北京下了一場大雪。但是這兩件事情放在一起，當(dāng)然仍然是沒有缺陷。但更重要的是，不常見。秋色雪景在一起不常見，雪下得早了，化掉了留不下雪景。雪下得晚了秋色沒有了，秋色雪景放在一起最美的，因為是沒缺陷。不常見的極端。所以那天大家都在網(wǎng)上，在朋友圈里面貼照片，原因就是這個。而具有三高的美女，也是極為罕見的，所以11月22日那天是美的極致。我舉這個例子說明了，沒缺陷不常見是最美的。
前面美的科學(xué)講清楚了，下面講科學(xué)之美?？茖W(xué)探索我們知道，充滿了意外。意外當(dāng)然就是最大的不常見。我自己是做天文學(xué)研究的，我用天文學(xué)作為例子。我們知道大部分的開創(chuàng)性的天文學(xué)研究都是意外之作。我統(tǒng)計了一下，天文學(xué)研究獲得了大概十幾個諾貝爾物理學(xué)獎，只有一個是按照計劃取得的成果，獲得了諾貝爾獎。其他的一律是意外之作。
當(dāng)然限于時間，我只講其中的一個例子。當(dāng)然這個也跟美女有關(guān)系，這就是1967年貝爾女士發(fā)現(xiàn)了射電脈沖星。我們先看看這個小美女，這是她研究生時候的照片。她那個時候要做的，就是要來研究星際閃爍現(xiàn)象。那時候已經(jīng)知道有這個現(xiàn)象，但是她意外地發(fā)現(xiàn)了射電脈沖星，就是周期性到達的射電信號。最右邊這個照片是去年夏天我在夏威夷開會，遇到貝爾教授。以前我也認識她，我們就在一起聊了聊天。我們看到貝爾教授依然是光彩照人，所以這也是高顏值、高智商、高品德的三高美女。這一類的三高美女，統(tǒng)統(tǒng)是我的女神。在女神這件事情上，當(dāng)然我是多神論者。
（現(xiàn)場張雙南調(diào)侃道：饒教授，我相信你也是多神論者，在美女這件事情上。饒毅：我是無神論者。）
下面再給大家看幾個照片，大家認為的美景的照片。
最左邊的這個照片是生物的照片，核盤菌孢子爆發(fā)的一個照片。然后中間這個，我們手指捅破一個肥皂泡的照片。最右邊是一個星系的照片。這些照片都是美得不要不要的照片。為什么美？現(xiàn)象很自然，所以沒缺陷，肉眼看不到，所以不常見。它們經(jīng)常發(fā)生，但是我們的眼睛沒看到。所以我們看到了之后，就說這是美得不要不要的照片。再一次說明了這個問題，科學(xué)的照片也是這樣。
下面講愛因斯坦廣義相對論。我剛才講了，100年前的11月25日，最美的科學(xué)理論廣義相對論被愛因斯坦發(fā)表了。廣義相對論當(dāng)然是建立在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)之上的。牛頓的力學(xué)理論我們知道，他是在1687年發(fā)表的這個理論。其實我們今天看起來是很簡單，他是把伽利略的慣性原理，提升成了牛頓第一和第二定律，再加上了牛頓第三定律（這個是牛頓的原創(chuàng)）和萬有引力定律（也是牛頓的原創(chuàng)），然后就能夠解釋開普勒三定律。所以這是他的理論的實質(zhì)性的內(nèi)容。他的理論的沒缺陷體現(xiàn)在哪？它解釋了當(dāng)時所有已知的觀測和實驗現(xiàn)象，當(dāng)然是完全的沒缺陷。不常見反映在這是人類歷史上第一個定量和系統(tǒng)的科學(xué)理論。這個理論正確地預(yù)言了海王星的存在，之后被觀測發(fā)現(xiàn)了。正是海王星的發(fā)現(xiàn)徹底確立了牛頓力學(xué)理論作為第一個自然科學(xué)理論的正確性。
所以從當(dāng)時的觀點來看，牛頓的力學(xué)理論已經(jīng)很美，是當(dāng)時的沒缺陷不常見的極致。但是有人不這么看。這就是愛因斯坦。愛因斯坦認為牛頓的引力理論有缺陷，反映在兩個方面：一是理論上面是有缺陷的。愛因斯坦認為牛頓理論里面的瞬時作用違反狹義相對論。因此他問，引力的本質(zhì)到底是什么？二是有用性的缺陷。愛因斯坦深刻地考察了水星近日點的反常進動，他認為這個無法用牛頓的引力理論進行解釋。所以他問牛頓引力理論的適用范圍到底有多大？這對愛因斯坦來講，是兩個非常大的缺陷。因此愛因斯坦提出了廣義相對論，當(dāng)然完全彌補了牛頓理論的缺陷。他的理論上的沒缺陷，體現(xiàn)在引力的本質(zhì)是質(zhì)量導(dǎo)致的時空的彎曲。彎曲的時空再決定了一切物質(zhì)的運動，包括光線的運動。實用性的沒缺陷體現(xiàn)在，它在弱引力場下面近似于牛頓理論，在強引力場的情況之下，比牛頓理論更加精確，因此牛頓理論所能解釋的所有的現(xiàn)象，廣義相對論都能夠解釋。牛頓的理論不能解釋的現(xiàn)象，或者不可忽略誤差的地方，廣義相對論也完全能夠適用。因此廣義相對論在當(dāng)時提出的時候是沒有缺陷的。
另外一個沒缺陷的例子，我剛才講了，它在理論上是關(guān)乎引力的本質(zhì)，實用上面是彌補了牛頓理論的計算不精確的地方。最重要的一點就是，水星近日點的反常進動。這個是牛頓理論完全不能理解的。在廣義相對論里面，我給大家列出來這個地方，我們可以看到廣義相對論精確計算出來了這個結(jié)果，因此彌補了牛頓理論里面的一個主要的缺陷。那么這個理論，也需要不常見才能滿足“沒缺陷不常見”的美學(xué)的廣義法則。廣義相對論的不常見，體現(xiàn)在它是第一個把物質(zhì)和時空建立了深刻聯(lián)系的理論。
牛頓理論在當(dāng)時是第一個定量和系統(tǒng)的科學(xué)理論，而廣義相對論理論是第一個把物質(zhì)和時空建立了深刻聯(lián)系的理論，是第一個揭示了物質(zhì)世界的時空本質(zhì)上是彎曲的理論。以前都認為是平直的，現(xiàn)在認為是彎曲的，而且這個理論成功地預(yù)言了新類型的天體和一系列新的現(xiàn)象，包括黑洞、宇宙膨脹、引力偏折、引力紅移、引力波等等一系列的預(yù)言。這其中大部分都得到了觀測的證認。還剩下少量的，等待證實。
我給大家簡單舉一下例子。引力偏折驗證了廣義相對論的預(yù)言，它預(yù)言遙遠處的天體的光線經(jīng)過太陽附近的時候一定要被太陽引力場的光線偏折。后來這個被實驗觀測證實了，正是這個觀測徹底確立了廣義相對論理論比牛頓理論的優(yōu)越性，也使得廣義相對論理論得到了廣泛的接受。理論預(yù)言是原來完全不知道的現(xiàn)象，但是得到了驗證，當(dāng)然就是不常見的極致。
廣義相對論理論，今天有沒有缺陷？如果我說它是最美的科學(xué)理論，我們當(dāng)然需要討論它有沒有缺陷。從實用性方面來講，你可以說，這個理論不好懂。當(dāng)然這不是愛因斯坦的錯。對不對？不好懂是你沒有學(xué)會。那理論上有沒有缺陷？我們知道現(xiàn)在有一些問題，比如和量子理論不和諧。當(dāng)然我們期待在座的潘建偉教授將來把這個問題給解決了。但是目前我們不知道是量子理論錯了，還是廣義相對論錯了。奇點的問題，愛因斯坦不相信。他自己的理論預(yù)言了黑洞，但是他認為自然界有可能能夠避免奇點。量子物理學(xué)家認為量子理論是有可能能夠繞開奇點的問題。但是今天這些努力，都還沒有成功。
關(guān)于奇點的問題，我自己曾經(jīng)做過研究，我的研究的結(jié)果是，黑洞內(nèi)部事實上是沒有奇點的。但是并不需要新的自然規(guī)律，只需要好好的理解和應(yīng)用廣義相對論。幾年前我穿越回去，向愛因斯坦老師匯報了這個結(jié)果，真的沒有缺陷。所以愛因斯坦的理論，在今天看來，仍然是不常見、沒缺陷的極致。我們還在期待更多的廣義相對論預(yù)言的不常見。比如說引力波，現(xiàn)在科學(xué)界在謠傳，也可能是真的，就說已經(jīng)探測到了引力波，如果是這樣子，必然會拿一個諾貝爾獎。當(dāng)然這是我們所期待的。這個廣義相對于預(yù)言的不常見，將給我們帶來很多的意外。
最后再講一句話，社會發(fā)展的動力和科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的本質(zhì)到底是什么？我們用這個美學(xué)理論做一些解釋。沒有普世美、只有多樣美，我剛才已經(jīng)講了。有多樣美才有生命力，沒有最美只有更美。追求更美，因此就是社會發(fā)展的動力。技術(shù)創(chuàng)新，我們做工科的都知道，目的就是要彌補缺陷。而科學(xué)創(chuàng)新的目的，是發(fā)現(xiàn)不常見。所以因此我的結(jié)論就是，社會發(fā)展的動力和科技創(chuàng)新的本質(zhì)，就是對美的追求。
我的報告就到這里。謝謝大家！
張雙南，中國科學(xué)院高能物理研究所研究員，中國科學(xué)院粒子天體物理重點實驗室主任。1984獲清華大學(xué)學(xué)士學(xué)位。1989年獲英國南安普敦大學(xué)博士學(xué)位。1989－1992美國賓西法尼亞大學(xué)博士后。研究方向：空間天文儀器、天文數(shù)據(jù)處理方法、黑洞和中子星天體物理、相對論天體物理、伽瑪射線暴和宇宙學(xué)。
