科学美是一个很潮的话题。国内读者最熟悉的谈物理学美的论著，大概是钱德拉塞卡的《真与美》，该书由杨建邺先生译为中文，定名为《莎士比亚、牛顿和贝多芬》，在科学界、艺术界都有很大影响；然后就是杨振宁先生的一篇流传甚广的演讲稿——《美与物理学》。而摆在我眼前的杨建邺先生的新作《物理学之美》，如其序言所述，目的是邀请读者“共享科学的情与趣，共赏科学的妙与美”，这令我好奇，也有点担心：对科学美的认识和接受，个体差异是很大的，普通民众或物理学爱好者能够理解这种美吗？

    我认真翻读杨先生的作品，先是惊讶而后是叹服：作者从物理学史中的案例入手，融入美学探讨，案例讲述和美学讨论丝丝入扣，非常巧妙地呈现了物理学的美学内涵。

    具体来看作者选取的9个典型案例。第一个案例是“开普勒的和谐宇宙”，第二个案例是“牛顿的引力理论”，从第一个案例到第二个案例，走过了从实验观测（第谷）——唯象理论（开普勒）——理论构架（牛顿）三个阶段（这是借用了杨振宁先生论述的物理学三领域的概念）。第三个案例讲的是热力学二定律的研究和论证过程，同样从实验观测——唯象理论——理论构架这三个阶段展开分析。第四个案例是麦克斯韦方程组，这是麦克斯韦在众多实验和唯象理论的基础上，为了使四个数学方程更加对称，从审美观念出发大胆构架出的理论体系。至此，经典物理学框架完成！从这4个案例分析中我们品读出物理学美学的多个方面：

    一、科学美与自然美之间的交融一体。“如果自然不美，它就不值得去探求。”（庞卡莱）科学美虽然与真更类近，但大家“都不会因为懂得了美丽的彩虹是因为光的散射定律，而失去了对蔚蓝色天空和紫红色落日的感动”（玻尔兹曼）。这才有开普勒追逐天体的音乐，探寻六大行星的轨道比例，尽管这种努力现在看似荒唐，但爱因斯坦指出，在没有确信自然界是受规律的支配的情形下，开普勒的这种勇气实在可嘉。何况，用具体数字关系来研究天体运动规律，本身就是一大创举，沿着这条路，开普勒最终才得到不朽的“行星运动三大定律”。 

    二、美学观念与自然哲学的成熟与形成传统，往往会阻碍新的发现。我们看到：由对圆形轨道的信仰到椭圆轨道的正确假设，开普勒也走得很痛苦和艰难；牛顿《原理》中还固执地用几何语言和几何图形表述和论证命题；迈耶和亥姆霍兹真知灼见的论文频频遭拒……作者指出，“美感和任何智力成果一样，当它被人们普遍接受以后，就会成为传统；在科学继续向前发展时，会妨碍人们接受新的美学感受和新的知识”。这一点，笔者以为很容易引起读者的误解。记得《美与科学革命》（麦卡里斯特著，李为译，吉林人民出版社2000年10月版）里也曾论及：科学革命不过就是与审美传统的决裂；而审美趣味只不过代表了一种习惯性的力量。如果这样，物理学的审美有什么意义？

    杨建邺先生颇有深意地指出：审美习惯形成后容易被科学家用在自己不熟悉的新领域，有时是对的，而有时会出错，很多物理学家如泡利和狄拉克正因如此而不时受益或者受挫。当然要理解这一点恐怕还要把本书的另外5个案例读完。一些审美原则，如对称性、简单性原则，在多数情况下仍然适用，尽管在某些方面是被错误地理解和坚持着。对于这一点，作者没有作过多的分析，而是把一些史实摆出来，交由读者自己评判和思考。我以为这样做是明智的。

    三、科学家的心性和艺术家一样，对美的感悟和体会是相通的。俄罗斯伟大的数学家柯瓦列夫斯卡娅（C.B.Ковалевская，1850-1891）说得好：“不能在心灵上作为一个诗人，就不能成为一位数学家。”这句话同样可用在包括物理学家的其他科学家身上，因为“事物的美存在于思考它们的心灵之中”（休谟）。我们从书中可以体会到，玻尔兹曼、法拉第、麦克斯韦等，都是具有诗人气质的物理学家。

    前四章关于经典物理学的章节，作者为我们展现了一幅波澜壮阔的物理发展史画卷。而随着该书的进一步展开，我们对物理学之美会有更深刻的体会。爱因斯坦提出相对论的过程中，审美判据就发挥了巨大作用。正是从关于对称性的思考出发，爱因斯坦确立了相对性原理和光速不变原理，提出了狭义相对论的思想。对称性，这种大自然中优美的存在，在物理学中被赋予更深刻的美学内涵。时隔未久，爱因斯坦又发现狭义相对论存在“一个固有的认识论上的缺点”，即与牛顿力学一样，都将惯性参照系放在一个特殊优越的地位上，他认为这仍然是一种“内在的不对称性”的表现。经过苦苦思索，爱因斯坦迎来了他“一生最愉快的思想”——等效性原理。他把相对论扩展到加速参照系中，从而创立了广义相对论。

    作者谈论物理学之美的最大凭借也在此显露出来。他认为：“爱因斯坦利用对称性支配理论结构设计，是物理学史上最深刻的物理学思想。”他进而指出：“随着科学革命的深入和成功，科学家们对科学理论中的审美判断有了根本性的转变，认识到在远离人们经验领域的宇观物理学和微观物理学里，少了审美判断几乎是寸步难行，审美判断和实验检验逐渐成为发现真理、探索真理途中不可或缺的两种相辅相成的科学方法。”

    其后作者所举4个案例更为精彩。它们是海森堡发现矩阵力学，彻底颠覆了传统理论研究微观领域的模式；令人心驰神往的狄拉克和比他本人还聪明的狄拉克方程；θ-τ之谜——宇称守恒坍塌记；规范场的故事。

    掩卷静思，尚有两点存疑：一、物理学美和数学美是什么关系？物理定律最终基本上都需要数学表述这一事实不容忽视。数学发展之于物理学的先驱性和预见性，数学家对物理学概念的本质更易理解和接受，这些有趣的事实都有进一步探讨的价值。

    二、在物理学中，科学审美的非理性形象就此消解了吗？笔者更倾向答案是否定的。牛顿和贝多芬的传记作者J.W.N.沙利文曾大胆地说：“科学理论的辩护要从它美学价值上去寻找，科学方法的辩护要借助它的美学价值去获得……所以我们看到指引科学家的动机从一开始就是美学冲动的显现……”那么，就冲动吧，如果没有你们的冲动，物理学世界怎会如此美丽闪亮？


    《物理学之美》也许没有带给我们美学理论的凝练，但它将物理学美的光辉播撒开来，写作目的应该是达到了。“东园载酒西园醉，摘尽枇杷一树金。”此书为我们打开的确实是一个美不胜收的世界。（来源：中华读书报2011-12-07）

　　《物理学之美》，杨建邺著，北京大学出版社2011年7月第一版，35.00元

　　来源： 北京大学出版社