張雙南：美與科學(xué)｜視頻
導(dǎo)語(yǔ)：
雖然張雙南的主攻領(lǐng)域是黑洞、中子星、相對(duì)論天體物理、宇宙學(xué)等研究，但實(shí)際上，除了宇宙和星空，他還對(duì)藝術(shù)、美學(xué)有著深入的思考。古往今來(lái)的哲學(xué)家、美學(xué)家都覺(jué)得“美實(shí)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(shí)分子（The-Intellectual）合辦的聽道論壇－知識(shí)分子專場(chǎng)中，張雙南從自然科學(xué)的角度獨(dú)辟蹊徑，來(lái)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(chéng)，在同樣的條件下必然出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。張雙南認(rèn)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(guó)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(duì) | 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(jī)會(huì)來(lái)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(duì)。所以我今天給大家分享兩個(gè)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(hào)對(duì)我來(lái)講，是最美的日子。為什么美，兩個(gè)原因：一個(gè)原因是，一百年前，在這個(gè)日子，愛因斯坦發(fā)表了《廣義相對(duì)論》的理論，對(duì)我來(lái)講是最美的科學(xué)理論。另外一個(gè)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(duì)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(shuō)，我們要問(wèn)一個(gè)問(wèn)題：美是什么？
這個(gè)問(wèn)題，事實(shí)上哲學(xué)家已經(jīng)問(wèn)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(wèn)過(guò)這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題被稱作為天才的追問(wèn)。那么我們看看，哲學(xué)家們問(wèn)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(duì)這個(gè)問(wèn)題的看法。朱教授說(shuō)，我自己覺(jué)得，還沒(méi)有辦法回答這個(gè)問(wèn)題。但是柏拉圖說(shuō)過(guò)，美是難的。而且朱教授接著說(shuō)，我覺(jué)得這是千真萬(wàn)確的至理名言。美是什么？美是難的。我倒想說(shuō)，美是女的。
假如說(shuō)在課堂上，我講課的時(shí)候，我們的同學(xué)提問(wèn)我說(shuō)，尊敬的教授請(qǐng)問(wèn)：太陽(yáng)有多高？我是教天文學(xué)的，問(wèn)這個(gè)問(wèn)題還是對(duì)的。我回答說(shuō)：親愛的同學(xué)，我有多真呀？（同學(xué)）再接著問(wèn)：請(qǐng)問(wèn)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(lái)了，有一個(gè)美女楊鈺瑩唱過(guò)一首歌非常類似。如果我以（歌里）的方式回答問(wèn)題，我想提問(wèn)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(wèn)。
美是什么？回答美是難的，有點(diǎn)像這種答非所問(wèn)。至于你們?cè)趺纯?，反正我是不信。為什么？因?yàn)檫@不科學(xué)。為什么不科學(xué)？答非所問(wèn)不是我們的習(xí)慣，刨根問(wèn)底是科學(xué)家的天職。我們要回答這個(gè)問(wèn)題。那么我怎么來(lái)想這個(gè)問(wèn)題？其實(shí)我想了差不多30年，我需要用自然科學(xué)的方法來(lái)研究美。
我們有一個(gè)著名的物理學(xué)家，彭桓武先生，他講過(guò)一句話，他說(shuō)：“物質(zhì)世界雖然千變?nèi)f化，但是卻十分的真誠(chéng)，在同樣條件下必然出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。”那么我把彭先生的這句話，應(yīng)用到美的研究上，我想說(shuō)的是：美的世界，雖然是千變?nèi)f化，雖然在場(chǎng)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(lái)，我首先要從提問(wèn)題來(lái)著手。
愛因斯坦老師不僅僅是教我們了廣義相對(duì)論，同時(shí)也教我們科學(xué)研究方法。他說(shuō)：提出一個(gè)好問(wèn)題比解決N個(gè)問(wèn)題都要重要。
美是什么？這個(gè)問(wèn)題，我覺(jué)得可以換一個(gè)提法。我的這個(gè)提法就是說(shuō)，廣義的審美對(duì)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(zhǔn)，我們作為審美者、審美的主體覺(jué)得美。換句話說(shuō)，廣義美的判斷標(biāo)準(zhǔn)是什么？我把這個(gè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化了。
換句話說(shuō)，廣義美的判斷標(biāo)準(zhǔn)如果確立了，我們就能夠理解什么是美了，或者說(shuō)美是什么了。當(dāng)然，把廣義美的判斷標(biāo)準(zhǔn)學(xué)術(shù)化一點(diǎn)，我把它叫做“廣義美的法則”。
所以我是想建立一個(gè)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(zhǔn)的一個(gè)三段式的方法。
首先要?dú)w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(shí)，也就是說(shuō)再舉出更多的例子，盡可能窮舉，有沒(méi)有美的事情違反我們的法則？如果違反了，我們要修改這個(gè)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(jué)得美的事情來(lái)找反例，如果找到了反例就仍然需要修改這個(gè)法則。這樣的話，我就最終得到了廣義美的法則。
這個(gè)廣義美的法則就是——沒(méi)缺陷、不常見。
滿足這兩個(gè)條件，我們就會(huì)覺(jué)得美。沒(méi)缺陷針對(duì)的是價(jià)值觀。比如說(shuō)功能強(qiáng)大，比如說(shuō)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(shuō)很土氣、模仿、山寨等等。在座的男士，你如果把我這個(gè)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(huì)掐死你。所以美不美的判斷就在這個(gè)地方。
什么是審美觀？為什么我們會(huì)有不同的審美觀？審美觀就是判斷美的能力。價(jià)值觀來(lái)判斷是否有缺陷。然后我們的見識(shí)來(lái)判斷是否不常見。因此不同的價(jià)值觀加上我們不同的見識(shí)，就導(dǎo)致了我們有不同的審美觀。對(duì)同樣的事情、物體、人，誰(shuí)認(rèn)為沒(méi)缺陷、不常見，誰(shuí)就覺(jué)得美。你什么時(shí)候覺(jué)得沒(méi)缺陷不常見，你就什么時(shí)候覺(jué)得美。你什么時(shí)候覺(jué)得常見了，你覺(jué)得平常了，你就不覺(jué)得美了。因此沒(méi)有客觀的美，沒(méi)有絕對(duì)的美，沒(méi)有普世的美，也沒(méi)有永恒的美。美永遠(yuǎn)是在變化著的。
我下面給大家舉個(gè)例子。我們知道前幾天北京天氣很好，大家開始的時(shí)候都紛紛在自己朋友圈里面貼藍(lán)天白云。我昨天貼了早晨的朝霞和白云，我說(shuō)朝霞還是那么燦爛，藍(lán)天還是飄著白云，但是為什么今天沒(méi)有人說(shuō)美了呢？因?yàn)橐呀?jīng)藍(lán)天白云一段時(shí)間了。盡管還是沒(méi)缺陷，但是不再不常見了。所以大家不覺(jué)得美了。所以我說(shuō)：霧霾輕輕的告訴我，你什么時(shí)候結(jié)束休假？我問(wèn)了這么一個(gè)問(wèn)題。然后有一個(gè)朋友評(píng)論說(shuō)：科學(xué)哲學(xué)家萬(wàn)一看到了這個(gè)，肯定要拔高到說(shuō)：科學(xué)家為了驗(yàn)證他的美學(xué)理論，要來(lái)犧牲大家的健康。我趕緊說(shuō)，不是這么回事。我屁滾尿流、驚慌失措地回答：寧愿要藍(lán)天的常見，也不要健康的缺陷。然后又有一個(gè)朋友接著評(píng)論，這個(gè)評(píng)論更絕，他說(shuō)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(gè)后果。
再舉一個(gè)例子。這個(gè)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(shuō)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(chǎng)紀(jì)念會(huì)，紀(jì)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(gè)照片里左邊這個(gè)小女孩，是何先生年輕時(shí)候的照片，顯然是個(gè)小美女。右邊是何先生晚年時(shí)候的照片，依然是光彩照人。所以我說(shuō)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(méi)有缺陷，因?yàn)槭秦S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(chǎng)雪，瑞雪兆豐年也是好的。11月22日那天，北京下了一場(chǎng)大雪。但是這兩件事情放在一起，當(dāng)然仍然是沒(méi)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(méi)有了，秋色雪景放在一起最美的，因?yàn)槭菦](méi)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(gè)。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(gè)例子說(shuō)明了，沒(méi)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(jì)了一下，天文學(xué)研究獲得了大概十幾個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，只有一個(gè)是按照計(jì)劃取得的成果，獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。其他的一律是意外之作。
當(dāng)然限于時(shí)間，我只講其中的一個(gè)例子。當(dāng)然這個(gè)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(gè)小美女，這是她研究生時(shí)候的照片。她那個(gè)時(shí)候要做的，就是要來(lái)研究星際閃爍現(xiàn)象。那時(shí)候已經(jīng)知道有這個(gè)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(dá)的射電信號(hào)。最右邊這個(gè)照片是去年夏天我在夏威夷開會(huì)，遇到貝爾教授。以前我也認(rèn)識(shí)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(chǎng)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(wú)神論者。）
下面再給大家看幾個(gè)照片，大家認(rèn)為的美景的照片。
最左邊的這個(gè)照片是生物的照片，核盤菌孢子爆發(fā)的一個(gè)照片。然后中間這個(gè)，我們手指捅破一個(gè)肥皂泡的照片。最右邊是一個(gè)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(méi)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(méi)看到。所以我們看到了之后，就說(shuō)這是美得不要不要的照片。再一次說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)的照片也是這樣。
下面講愛因斯坦廣義相對(duì)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(duì)論被愛因斯坦發(fā)表了。廣義相對(duì)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(gè)理論。其實(shí)我們今天看起來(lái)是很簡(jiǎn)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(gè)是牛頓的原創(chuàng)）和萬(wàn)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(shí)質(zhì)性的內(nèi)容。他的理論的沒(méi)缺陷體現(xiàn)在哪？它解釋了當(dāng)時(shí)所有已知的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，當(dāng)然是完全的沒(méi)缺陷。不常見反映在這是人類歷史上第一個(gè)定量和系統(tǒng)的科學(xué)理論。這個(gè)理論正確地預(yù)言了海王星的存在，之后被觀測(cè)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(gè)自然科學(xué)理論的正確性。
所以從當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)來(lái)看，牛頓的力學(xué)理論已經(jīng)很美，是當(dāng)時(shí)的沒(méi)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(rèn)為牛頓的引力理論有缺陷，反映在兩個(gè)方面：一是理論上面是有缺陷的。愛因斯坦認(rèn)為牛頓理論里面的瞬時(shí)作用違反狹義相對(duì)論。因此他問(wèn)，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(diǎn)的反常進(jìn)動(dòng)，他認(rèn)為這個(gè)無(wú)法用牛頓的引力理論進(jìn)行解釋。所以他問(wèn)牛頓引力理論的適用范圍到底有多大？這對(duì)愛因斯坦來(lái)講，是兩個(gè)非常大的缺陷。因此愛因斯坦提出了廣義相對(duì)論，當(dāng)然完全彌補(bǔ)了牛頓理論的缺陷。他的理論上的沒(méi)缺陷，體現(xiàn)在引力的本質(zhì)是質(zhì)量導(dǎo)致的時(shí)空的彎曲。彎曲的時(shí)空再?zèng)Q定了一切物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，包括光線的運(yùn)動(dòng)。實(shí)用性的沒(méi)缺陷體現(xiàn)在，它在弱引力場(chǎng)下面近似于牛頓理論，在強(qiáng)引力場(chǎng)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(duì)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(duì)論也完全能夠適用。因此廣義相對(duì)論在當(dāng)時(shí)提出的時(shí)候是沒(méi)有缺陷的。
另外一個(gè)沒(méi)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(shí)用上面是彌補(bǔ)了牛頓理論的計(jì)算不精確的地方。最重要的一點(diǎn)就是，水星近日點(diǎn)的反常進(jìn)動(dòng)。這個(gè)是牛頓理論完全不能理解的。在廣義相對(duì)論里面，我給大家列出來(lái)這個(gè)地方，我們可以看到廣義相對(duì)論精確計(jì)算出來(lái)了這個(gè)結(jié)果，因此彌補(bǔ)了牛頓理論里面的一個(gè)主要的缺陷。那么這個(gè)理論，也需要不常見才能滿足“沒(méi)缺陷不常見”的美學(xué)的廣義法則。廣義相對(duì)論的不常見，體現(xiàn)在它是第一個(gè)把物質(zhì)和時(shí)空建立了深刻聯(lián)系的理論。
牛頓理論在當(dāng)時(shí)是第一個(gè)定量和系統(tǒng)的科學(xué)理論，而廣義相對(duì)論理論是第一個(gè)把物質(zhì)和時(shí)空建立了深刻聯(lián)系的理論，是第一個(gè)揭示了物質(zhì)世界的時(shí)空本質(zhì)上是彎曲的理論。以前都認(rèn)為是平直的，現(xiàn)在認(rèn)為是彎曲的，而且這個(gè)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(cè)的證認(rèn)。還剩下少量的，等待證實(shí)。
我給大家簡(jiǎn)單舉一下例子。引力偏折驗(yàn)證了廣義相對(duì)論的預(yù)言，它預(yù)言遙遠(yuǎn)處的天體的光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近的時(shí)候一定要被太陽(yáng)引力場(chǎng)的光線偏折。后來(lái)這個(gè)被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)證實(shí)了，正是這個(gè)觀測(cè)徹底確立了廣義相對(duì)論理論比牛頓理論的優(yōu)越性，也使得廣義相對(duì)論理論得到了廣泛的接受。理論預(yù)言是原來(lái)完全不知道的現(xiàn)象，但是得到了驗(yàn)證，當(dāng)然就是不常見的極致。
廣義相對(duì)論理論，今天有沒(méi)有缺陷？如果我說(shuō)它是最美的科學(xué)理論，我們當(dāng)然需要討論它有沒(méi)有缺陷。從實(shí)用性方面來(lái)講，你可以說(shuō)，這個(gè)理論不好懂。當(dāng)然這不是愛因斯坦的錯(cuò)。對(duì)不對(duì)？不好懂是你沒(méi)有學(xué)會(huì)。那理論上有沒(méi)有缺陷？我們知道現(xiàn)在有一些問(wèn)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(lái)把這個(gè)問(wèn)題給解決了。但是目前我們不知道是量子理論錯(cuò)了，還是廣義相對(duì)論錯(cuò)了。奇點(diǎn)的問(wèn)題，愛因斯坦不相信。他自己的理論預(yù)言了黑洞，但是他認(rèn)為自然界有可能能夠避免奇點(diǎn)。量子物理學(xué)家認(rèn)為量子理論是有可能能夠繞開奇點(diǎn)的問(wèn)題。但是今天這些努力，都還沒(méi)有成功。
關(guān)于奇點(diǎn)的問(wèn)題，我自己曾經(jīng)做過(guò)研究，我的研究的結(jié)果是，黑洞內(nèi)部事實(shí)上是沒(méi)有奇點(diǎn)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(duì)論。幾年前我穿越回去，向愛因斯坦老師匯報(bào)了這個(gè)結(jié)果，真的沒(méi)有缺陷。所以愛因斯坦的理論，在今天看來(lái)，仍然是不常見、沒(méi)缺陷的極致。我們還在期待更多的廣義相對(duì)論預(yù)言的不常見。比如說(shuō)引力波，現(xiàn)在科學(xué)界在謠傳，也可能是真的，就說(shuō)已經(jīng)探測(cè)到了引力波，如果是這樣子，必然會(huì)拿一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。當(dāng)然這是我們所期待的。這個(gè)廣義相對(duì)于預(yù)言的不常見，將給我們帶來(lái)很多的意外。
最后再講一句話，社會(huì)發(fā)展的動(dòng)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(gè)美學(xué)理論做一些解釋。沒(méi)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(méi)有最美只有更美。追求更美，因此就是社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。技術(shù)創(chuàng)新，我們做工科的都知道，目的就是要彌補(bǔ)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(huì)發(fā)展的動(dòng)力和科技創(chuàng)新的本質(zhì)，就是對(duì)美的追求。
我的報(bào)告就到這里。謝謝大家！
張雙南，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員，中國(guó)科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。1984獲清華大學(xué)學(xué)士學(xué)位。1989年獲英國(guó)南安普敦大學(xué)博士學(xué)位。1989－1992美國(guó)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(duì)論天體物理、伽瑪射線暴和宇宙學(xué)。
