■金曉峰
　　在很多人眼中，科學(xué)和藝術(shù)似乎處于人類文明的兩個(gè)極點(diǎn)，相距甚遠(yuǎn)。不僅人文類的學(xué)者會(huì)這么認(rèn)為，很多科學(xué)家也如此認(rèn)為。這與我們的教育長(zhǎng)期文理分隔，乃至到了大學(xué)以后，學(xué)科越分越細(xì)相關(guān)。事實(shí)上，一個(gè)接受過完整教育的人，不應(yīng)該有這樣的看法。
　　自古以來科學(xué)與人文就是密不可分的。長(zhǎng)期以來科學(xué)與人文的割裂，不僅使我們的教育不可能完整，更會(huì)使得我們的社會(huì)走入歧途。大學(xué)里的通識(shí)教育實(shí)施已有10年，但通識(shí)教育是不是意味著我們給文科學(xué)生灌輸一點(diǎn)“簡(jiǎn)陋”的或者說是“精簡(jiǎn)”的科學(xué)知識(shí)，給理科學(xué)生培養(yǎng)一點(diǎn)文學(xué)愛好，就算是通識(shí)教育了呢？
　　復(fù)旦大學(xué)今年開設(shè)了“科學(xué)與人文”通識(shí)教育名師講堂。物理系教授金曉峰為全校學(xué)生做了通識(shí)報(bào)告《詩(shī)情畫意的物理學(xué)》。從中就可以窺得科學(xué)為什么與人文藝術(shù)相通的一點(diǎn)滋味。這里刊登的，是《詩(shī)情畫意的物理學(xué)》中很小的一部分。
　　
人文學(xué)科的意義之所在是人類創(chuàng)造物的精選，而科學(xué)作為人類創(chuàng)造物的精選，顯然也是人文學(xué)科的重要組成部分。
　　藍(lán)天下縱貫天際的彩虹、茫茫沙漠中若隱若現(xiàn)的海市蜃樓、自然界鬼斧神工的山水風(fēng)光，用“詩(shī)情畫意”來描述它們大概不會(huì)有太大的爭(zhēng)議，但若說“詩(shī)情畫意的物理學(xué)”，恐怕大多數(shù)人會(huì)覺得莫名其妙，難以茍同。
　　早在一個(gè)多世紀(jì)之前，美國(guó)的心理學(xué)之父、哲學(xué)家、教育家William James（1842-1910）就曾清楚地指出：“只要從歷史的角度來講，你就可以賦予任何學(xué)科以人文價(jià)值，如果從天才們?nèi)〉玫囊粋€(gè)又一個(gè)成就來講授地質(zhì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、力學(xué)，那么這些學(xué)科就都是人文主義的。相反，若不這樣講授，那么文學(xué)就只是一些語法，藝術(shù)就是一些目錄，歷史就是一些年代，自然科學(xué)也就只是滿紙的公式、重量和測(cè)量。人類創(chuàng)造物的精選，我們所說的人文學(xué)科就應(yīng)該是這個(gè)意思！”
　　著名美學(xué)家朱光潛也曾經(jīng)說過：“哲學(xué)和科學(xué)窮到極境，都是要滿足求知的欲望。每個(gè)哲學(xué)家和科學(xué)家對(duì)于他自己所見到的一點(diǎn)真理（無論它是不是真理）都覺得有趣味，都用一股熱忱去欣賞它。真理在離開實(shí)用而成為情趣中心時(shí)就已經(jīng)是美感的對(duì)象了?！暗厍蚶@日運(yùn)行”，“勾方加股方等于弦方”一類的科學(xué)事實(shí)，和《密羅斯愛神》或《第九交響曲》一樣可以攝魂震魄?？茖W(xué)家去尋求這一類的事實(shí)，窮到究竟，也正因?yàn)樗鼈円部梢詳z魂震魄。所以科學(xué)的活動(dòng)也還是一種藝術(shù)的活動(dòng)，不但善與美是一體，真與美也并沒有隔閡。
　　顯然，科學(xué)也是人類創(chuàng)造物的精選，理應(yīng)構(gòu)成人文學(xué)科的重要組成部分?？茖W(xué)同時(shí)還是一門藝術(shù)，就像文學(xué)是語言文字的藝術(shù)，科學(xué)，是一門揭示自然奧秘的藝術(shù)，藝術(shù)具有的特點(diǎn)在科學(xué)的創(chuàng)造中都有表現(xiàn)。要培養(yǎng)有文化的人，科學(xué)的素養(yǎng)和對(duì)科學(xué)之美鑒賞力的培養(yǎng)就是不可或缺的一課。
　　
科學(xué)光有理性和邏輯還不夠。在偉大的科學(xué)創(chuàng)造中，常常是憑著非常主觀的信念去探索和追求的。這就是為什么它是一門藝術(shù)。而在長(zhǎng)達(dá)兩千多年的科學(xué)發(fā)展過程中，曾涌現(xiàn)過多少英雄豪杰，寫下多少詩(shī)情畫意的篇章。這也早已構(gòu)成了一部宏大敘事、攝魂震魄的史詩(shī)。
　　科學(xué)是人文學(xué)科的重要組成部分，是揭示自然界奧秘的一門藝術(shù)。物理學(xué)作為科學(xué)的一部分，它是人文的、藝術(shù)的、詩(shī)情畫意的，它可以是波瀾壯闊的“史詩(shī)”、可歌可泣的“悲劇”、亦真亦幻的“小說”、啼笑皆非的“喜劇”，也可以是美妙絕倫的“畫卷”……
　　我們都曾經(jīng)看過各種星軌的照片，在天空中的顯示都是圓周。但是其實(shí)古人早就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。曾經(jīng)有史詩(shī)描述我們遠(yuǎn)古的先人們，世代相繼地仰望著神秘莫測(cè)的星空，記錄著星星周而復(fù)始地圍繞人類居住的地球運(yùn)行的“天象”。而且古人發(fā)現(xiàn)，我們把東西向上拋后，它總是落在原地。這一切都顯示，我們的地球是“不動(dòng)”的，而星星乃至太陽都是圍繞著地球轉(zhuǎn)的，這就是地心說的起始。
　　但是，在這滿天星空中卻有很少數(shù)的幾顆星星并不依循柏拉圖構(gòu)造的圓周軌道規(guī)整運(yùn)動(dòng)，它們就是后來知道的行星。
　　根據(jù)目前的發(fā)現(xiàn)，至少在3600多年前，巴比倫國(guó)王阿米薩杜卡統(tǒng)治時(shí)期的泥板上就用楔形文字確鑿地記錄著對(duì)金星運(yùn)動(dòng)的觀察。金星的運(yùn)行軌跡就不是圓周形，而是不時(shí)逆行后繼續(xù)前行。
　　于是，從柏拉圖時(shí)期就有很多人試圖通過各種數(shù)學(xué)模型來解釋那些“不按照規(guī)矩走”的行星的軌跡。有所謂的同心圓模型、偏心圓-本輪-均輪模型。
　　雖然這些模型使得行星的運(yùn)行變得非常復(fù)雜，但總算是使得地球中心說“心安理得”地在世間坐守1000多年，直到哥白尼登場(chǎng)。
　　1000多年后，哥白尼提出了“日心說”。他的這一想法并沒有新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，也沒有任何清晰的邏輯，僅僅只是因?yàn)樗a(chǎn)生了一個(gè)不同的想法——假設(shè)行星都是繞著太陽轉(zhuǎn)，那么解釋行星為何會(huì)逆行，就顯得比較簡(jiǎn)單直觀，而且看上去好像毫無瑕疵。也就是說，以太陽為中心來解釋行星的運(yùn)行軌跡，這一理論會(huì)顯得非常簡(jiǎn)潔而完美。
　　雖然很多人認(rèn)為科學(xué)就意味著冷冰冰的理性、邏輯。但是，理性和邏輯是所有學(xué)科發(fā)展中都必需的。而科學(xué)發(fā)展所需要的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是理性和邏輯。
　　哥白尼日心說的提出以及隨后的發(fā)展，使得我們意識(shí)到，在偉大的科學(xué)創(chuàng)造中，常常是科學(xué)家憑著非常主觀的信念去探索和追求的。這就是為什么科學(xué)也是一門藝術(shù)的重要原因。
　　隨后的重要進(jìn)展是開普勒的貢獻(xiàn)，他根據(jù)他的老師留下的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)行星繞著太陽的運(yùn)動(dòng)并不是圓周運(yùn)動(dòng)，而是橢圓形的。這是人類歷史上第一次偏離柏拉圖的圓周說來解釋行星的運(yùn)行。然后他從實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)提出了開普勒第一定律、第二定律，但是卻憑著主觀的信念“湊”出了第三定律，那是一個(gè)解釋行星相互之間關(guān)系的公式，來自直覺和創(chuàng)造。
　　每一個(gè)行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間為T，相應(yīng)的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸為a，他有一個(gè)很主觀的看法，認(rèn)為T和a應(yīng)該有關(guān)系，他執(zhí)著于找到這一關(guān)系。
　　他進(jìn)行了很多次計(jì)算。最初，他認(rèn)為不同行星的這兩組參數(shù)之間應(yīng)該有直接關(guān)系，但是經(jīng)過計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)它們沒有直接的關(guān)系，隨后，他將每個(gè)行星的這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行平方，發(fā)現(xiàn)還是無法找到關(guān)系。一般人做到這里就放棄了，但是開普勒很主觀地認(rèn)為，他的想法是對(duì)的。于是，他又繼續(xù)做到了三次方，發(fā)現(xiàn)了T平方和a的三次方的比例確實(shí)是一個(gè)常數(shù)，而這個(gè)數(shù)與哪顆行星并沒有關(guān)系。
　　這再一次表明科學(xué)的創(chuàng)造并非如大家所想象，通過一個(gè)邏輯可以馬上推理出來。科學(xué)家的“創(chuàng)作”其實(shí)非常主觀。開普勒做第三定律時(shí)的邏輯在哪里？也許有他的邏輯推理，但更多的是湊，是猜。
　　真正讓“日心說”一錘定音的人物是伽利略。在聽說荷蘭人發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡之后，他很快自己動(dòng)手也做了一個(gè)達(dá)到20倍的望遠(yuǎn)鏡。憑借這20倍的望遠(yuǎn)鏡，他不僅發(fā)現(xiàn)，月球并不像人們長(zhǎng)期以來認(rèn)為的那樣“完美”，而且清楚地看到行星不是點(diǎn)而是球，銀河的乳液狀色澤只是因?yàn)槠渲胁紳M了星星，他還驚異地發(fā)現(xiàn)木星竟然有四顆衛(wèi)星，如同地球有月亮一樣，這是對(duì)日心說的有力支持。最重要的是，他觀察到金星有各種盈虧位相，如同月亮的陰晴圓缺，這才第一次清楚地證明了“地心說”確實(shí)是錯(cuò)的，而“日心說”是對(duì)的。
　　對(duì)于當(dāng)年的人類，伽利略的這一系列發(fā)現(xiàn)帶來的是地動(dòng)山搖的震撼，想象一下，腳下的地球竟然是漂浮在漫無邊際的星空！而開明激進(jìn)的詩(shī)人們卻高唱著贊歌：“折服吧，維斯普奇，讓位吧，哥倫布，的確，他們?cè)蛑粗暮Ｑ?，但是伽利略啊，只有你給了人類璀璨的星列，那是新的天界?！?br>　　用愛因斯坦的話說，“純粹的邏輯思維是不能夠給我們以關(guān)于客觀事件的知識(shí)，所有關(guān)于真實(shí)的知識(shí)都是開始于經(jīng)驗(yàn)，結(jié)束于經(jīng)驗(yàn)。而從純的邏輯方式得到的這種理論是根本完全空洞的，對(duì)于這個(gè)真實(shí)性來講是完全空洞的。”
　　
科學(xué)是歷史的產(chǎn)物，而非邏輯之必然。它有自己的特點(diǎn)，就是在創(chuàng)造的時(shí)候是非常主觀的，但這個(gè)主觀必須成為他人之客觀，因?yàn)榭茖W(xué)是求真的，它最后必須通過客觀驗(yàn)證。
　　在長(zhǎng)達(dá)兩千多年的科學(xué)史詩(shī)中，最華麗的篇章是牛頓的降臨，他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的主體就是討論萬有引力定律，這是牛頓一生在物理學(xué)上最大的貢獻(xiàn)。通過萬有引力的發(fā)現(xiàn)，他使得天上和地下的事物聯(lián)成了一體，也就是說，同一個(gè)規(guī)律決定了整個(gè)宇宙的運(yùn)行，后可預(yù)計(jì)未來，前可反演過去。
　　牛頓如何發(fā)現(xiàn)萬有引力？并不是因?yàn)樗匆娏颂O果落地，而是因?yàn)樗麊柫艘粋€(gè)最重要的問題——月亮為什么不掉下來？
　　他推測(cè)月亮沒有掉下來，很可能是因?yàn)橛幸粋€(gè)力既沒有讓它掉下來，也沒有讓它飛離地球，而是讓它在環(huán)繞著地球的軌道上運(yùn)行。牛頓從數(shù)學(xué)上證明了這一點(diǎn)后，立刻又推廣到太陽跟它的行星之間，包括太陽跟地球之間的關(guān)系，這樣一切就很自然了，這些行星運(yùn)動(dòng)以及和恒星之間的關(guān)系，全是因?yàn)槿f有引力。如同Alexander Pope一首非常著名的詩(shī)中所寫：“自然和自然律隱沒在黑暗中，神說讓牛頓去吧，萬物遂成光明”。這是對(duì)牛頓極高的評(píng)價(jià)。
　　根據(jù)牛頓的發(fā)現(xiàn)，人們第一次意識(shí)到有一些特殊的星星，即那些彗星或“掃帚星”，很可能就來過地球一次，從此一去不復(fù)返了，但有些卻會(huì)在許多年之后重新回來，最著名的故事就是哈雷預(yù)言了哈雷彗星將在間隔75年后重返地球視野，哈雷1742年去世，他曾幽默地說：“如果彗星最終根據(jù)我們的預(yù)言，大約在1758年再現(xiàn)，公正的后代大概不會(huì)忘記，首先是由一個(gè)英國(guó)人發(fā)現(xiàn)的。”
　　這顆彗星果然于1759年如約而至。拉朗德在1759年寫下這樣一段充滿人文和藝術(shù)味道的記錄：“今年宇宙里發(fā)生一件最令人滿意的現(xiàn)象，是天文學(xué)從來沒有向我們表現(xiàn)過的。這是空前的勝利，它把我們的猜測(cè)變成了真實(shí)，使我們的假設(shè)得到證明。雖然聰明的物理學(xué)家一向就希望彗星能如期歸來，雖然牛頓加以證明，哈雷確定了時(shí)間，請(qǐng)求后代人類為他作證，可是他的情況和我們是兩樣的，他的幸運(yùn)的猜測(cè)和我們親眼看見的快樂，自然也是兩樣的！綜合歷史的事跡得出結(jié)論，這是哈雷最大的成就。在50多年以后看見他的結(jié)論得到完全的證實(shí)，這快樂是我們的享受，也是自古以來的哲學(xué)家所羨慕的?？藖砹_先生為了維護(hù)理論，要求彗星的歸期有1個(gè)月的誤差，彗星恰好差一個(gè)月出現(xiàn)了，比前次遲了186日，比預(yù)定期早了32日，但是在150年間人們只觀測(cè)了它的軌跡的1/200，其余的部分我們完全沒有看見，這32日之差算得了什么呢？”
　　愛因斯坦如是評(píng)價(jià)牛頓：“幸運(yùn)的牛頓，科學(xué)的快樂童年，他一個(gè)人集實(shí)驗(yàn)學(xué)家、理論學(xué)家以及機(jī)械師于一身，而且還是一個(gè)闡釋的藝術(shù)家，他屹立在我們面前，強(qiáng)大、自信、獨(dú)一無二。”
　　朱光潛在談藝術(shù)時(shí)曾經(jīng)說過：“藝術(shù)都是主觀的，都是作者情感的流露，但是它要經(jīng)過幾分客觀化。藝術(shù)都要有情感，但是只有情感不一定是藝術(shù)，藝術(shù)所用的情感并不是生糙的而是經(jīng)過反省的?！比绻芽茖W(xué)替代這里的藝術(shù)，這段話仍然完全成立：“偉大的科學(xué)創(chuàng)作都是主觀的，都是作者情感的流露，但是它需要幾分客觀化。科學(xué)都要有情感，但是有情感不一定是科學(xué)，科學(xué)所用的情感并不是生糙而是經(jīng)過反省的”。

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