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在美学史上，美和真这两个概念常常有机地联系在一起。虽然真的不一定是美的，然而美的必定真的。对美的探索能够导致真理的发现，这在美学上叫做以美导真。
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科学家对以美导真的理解最明显地体现在美籍德裔数学家魏尔的一段话中：“我的工作总是尽力把真和美统一起来；但当我必须在两者挑选一个时，我通常选择美。”魏尔在《空间、时间和物质》一书中提出引力规范理论，他承认这个理论不真，然而由于它的美他又不愿意放弃它。多年以后，当规范不变性被应用于量子电动力学时，魏尔的直觉被证明完全是正确的。魏尔还提出了二分量中微子相对论性波动方程，由于这个方程破坏了宇称守恒，物理学界有三十多年没有重视它。后来，科学再一次证明魏尔的直觉是正确的。对此，钱德拉塞卡深有感触地说：“我们有根据说，一个具有极强美学敏感性的科学家，他所提出的理论即使开始不那么真，但最终可能是真的。正如济慈很久前所说的那样：‘想象力认为美的东西必定是真的，不论它原先是否存在。’”〔15〕
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另一位科学家阿·热对以美导真的理解和魏尔如出一辙。阿·热写道：“我们宣称，如果有两个都可以用来描述自然的方程，我们总要选择能激起我们的审美感受的那一个。‘让我们先来关心美吧，真用不着我们操心！’这就是基础物理学家们的呼声。”“读者也许会把物理看成一个具有精确预言性，而不适于审美沉思的科学。其实，审美事实上已经成了当代物理学的驱动力。物理学家已经发现了某些奇妙的东西：大自然在最基础的水平上是按美来设计的。”〔16〕宇宙中存在着数以百亿的星系，每个星系中又包含数以百亿计的恒星。大到宇宙，小到粒子，它们都是按照美的原则来设计的，这是多么令人惊讶和赞叹啊！
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门捷列夫发现的化学元素周期律和德国地学家魏格纳的大陆漂移说也是以美导真的精彩例证。门捷列夫把当时已知的化学元素，按照原子量和化学性质之间的关系，排列成和谐的系列。在门捷列夫的化学元素周期表中，每一种元素的位置同它的物理性质和化学性质（比重、颜色、硬度、酸性或碱性、化合价等）和谐一致。周期表呈现出美妙的循环和节奏。根据周期表内在结构和谐的需要，门捷列夫给尚未发现的一些化学元素预留了空位，并对它们的性质做出预测。在周期表的启发和推动下，科学家们开始寻找周期表中的“缺环”。而新元素的发现，又检验和证实了周期表的美与和谐。
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19世纪末，魏格纳通过对地图的观察，发现处于大西洋两岸的非洲大陆和南美洲大陆具有对称和互补的海岸形状。他又根据这两块大陆地层构造上的某些雷同，物种和古生物化石的某些类似设想这两块大陆原来是联在一起的，后来由于地壳运动，它们分离开来，并发生水平漂移。这种设想被当时人讥笑为“大诗人的梦”。然而，20世纪50年代古地磁学方面的发现为魏格纳的设想提供了新的证据，使大陆漂移说融入现代地学理论的和谐结构中。海森堡也阐述过以美学导真的原理：“当大自然把我们引向一个前所未见的和异常美丽的数学形式时，我们将不得不相信它们是真的，它们揭示了大自然的奥秘。”爱因斯坦、海森堡、狄拉克、玻尔、薛定谔等众多科学家都把追求美当做科学研究的动力之一。爱因斯坦称赞玻尔的原子模型是“最高的音乐神韵”。在玻尔的原子模型中，原子图景和太阳系的行星系统极其相似，是袖珍的太阳系，这意味着整个宇宙的秩序来自原子世界的秩序。前苏联物理学家、诺贝尔奖获得者朗道和里夫希诺认为，广义相对论是现代物理理论中最美的理论。爱因斯坦本人也谈到：“任何充分理解这个理论的人，就无法逃避它的魔力。”狄拉克“相信描述自然界基本规律的方程都必定有显著的数学美”，“这种对数学美的欣赏支配着我们的全部工作”。
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科学给科学家带来巨大的审美享受，这种享受又转化成科学家追求科学美的动力。科学家们满怀激情地描绘了科学美引起他们心灵的强烈震撼。海森堡在克服量子力学方面的困难获得迅速进展时写道：“终于，当最后一个计算结果出现在我面前时，已是凌晨3点了。所有各项均能满足能量守恒定理，于是，我不再怀疑我所计算的那种量子力学了，因为它具有数学上的连贯与一致性。刚开始，我很惊讶。我感到，透过原子现象的外表，我看到了异常美丽的内部结构，当想到大自然如此慷慨地将珍贵的数学结构展现在我眼前时，我几乎陶醉了。我太兴奋了，以致不能入睡。天刚朦朦亮，我就来到这个岛的南端，以前我一直向往着在这里爬上一块突出于大海之中的岩石。我现在没有任何困难就攀登上去了，并在等待着太阳的升起。”〔17〕美使科学家忘记科学探险中的艰辛和疲劳，美使他们欢欣、沉醉、浮想联翩，美使他们精神饱满地做新的攀登。
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海森堡的回忆表明，美是科学活动中愉悦的源泉。德国杰出的数学家希尔伯特是爱因斯坦引力理论的作用量的发现者，他在记念另一位德国数学家、物理学家闵可夫斯基的致词中，把科学世界比做美丽的、鲜花盛开的花园。在这个花园熟悉的小道上，可以悠闲地观赏，尽情地享受。“但我们更喜欢寻找幽隐的小道，发现许多意想不到的令人愉悦的美景；当其中一条小道向我们显示这一美景时，我们会共同欣赏它，我们的欢乐也达到尽善尽美的境地。”〔18〕在某些场合下，科学中的美引导科学家达到科学中的真的境地。
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（二）物理学和抒情诗
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科学诉诸理智，艺术诉诸情感，它们之间存在着很大的区别。科学的探索活动会伴有各种感情，然而这些感情并不进入科学研究的结果中。我们现在观看门捷列夫的元素周期表，并不能发现这位科学家在完成元素周期表时确实感到的悲伤、疲惫和喜悦。艺术作品则与此不同，它不仅物化艺术家的理智活动，而且物化艺术家的感情活动。尽管如此，科学研究仍然和感情密切联系。没有感情，就不可能有对真理的追求。只有在炽烈的感情的驱动下，科学家的理智才会发挥到极致。在这种意义上可以说，没有抒情诗，就没有物理学。
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物理学和抒情诗的联系体现在某些以诗的形象为基础的科学术语上。虽然科学家的感情不可能进入科学理论、定律和公式中，然而对某些物质和科学现象的命名却可以带有某种审美情感。物理学家们对所有的新粒子的命名就表明了这一点。他们把强相互作用的粒子称为“强子”，该词的希腊文词根意思是“肥胖”或“厚实”。作用不强的粒子被称为“轻子”，该词在希腊语中是“瘦”、“脆弱”、“小”的意思（在希腊，该词指最不值钱的硬币），把质量介于核子和电子中间的粒子称为“介子”，词根是“中间”的意思。中微子是在中子后面加上意大利语中的昵称词尾得来的。1930年瑞典化学家塞夫斯德朗从一种砂中提炼出一种稀有金属，这是元素周期表中的第23号元素，他用本国民间传说中一位女神的名字把它命名为“钒”。在化学元素中，氮来源于希腊语“不实际的”，铁来源于拉丁语“堡垒”，金来源于拉丁语“朝霞”。而“王水”、“贵金属”也是形象的命名。在天文学中，银河、大熊星座、狮子星座、天蝎星座、天秤星座等许多星和星座的名称；物理学中各种“波”和“场”、原子核、电子云、宇宙粒子雨等，它们最初的语言基础都是形象。
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物理学和抒情诗的联系还体现在科学著作的风格上。19世纪物理学的两个最大成就就是电磁学和统计力学。统计力学的奠基人有3位，其中一位是奥地利物理学家玻尔兹曼。他在看了麦克斯韦论述气体动力学的一篇文章后说过，一个音乐家能够从头几个音节分辨出莫扎特、贝多芬和舒伯特的作品。同样，一个数学家也可以只读一篇文章的头几页，就能分辨出柯西、高斯和雅可比的文章。法国数学家的风度优雅卓群，而英国人，特别是麦克斯韦，具有非凡的判断力。麦克斯韦写科学论文就像音乐家写没有注释的标题音乐，一个个结论接踵而至，接着，意外的高潮突然降临。最后，大幕降落。
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科学著作要与客观事实严格相符，为什么它们能像艺术作品一样具有不同的风格呢？杨振宁先生的解释是，科学原理有它的结构，这个结构有它的美丽的地方。不同的科学家对这个结构不同的美有不同的感受，因此会形成自己独特的研究方法和风格。可见，科学著作的风格产生于对科学美的不同感受。
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20世纪两大物理学家狄拉克和海森堡就具有两种迥然不同的风格。杨振宁用“秋水文章不染尘”来形容狄拉克的文章。狄拉克的文章独创性强，非常清楚，干干净净，没有渣滓。跟着他走会学到很多新东西，但是写不出新文章。杨振宁先生还用唐朝诗人高适的两句诗“性灵出万象，风骨超常伦”来形容狄拉克的风格。“性灵”和“风骨”都是中国古典美学的范畴。在诗中“性灵”指不拘格套，从自己胸臆流出；“风骨”指格调。狄拉克最大的贡献是提出狄拉克方程，这个方程独出心裁，又包罗万象，解释了无数的物理和化学现象，所以是“性灵出万象”。狄拉克方程出来后，受到很多人、包括当时大物理学家如海森堡、玻尔、瑞士物理学家泡利等的冷嘲热讽，但是狄拉克绝不动摇，最后大获全胜，所以是“风骨超常伦”。
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海森堡和狄拉克是好朋友，然而他们的风格很不一样。海森堡喜欢爬山，他以爬山为例说明自己的科学探索。爬山的时候，往往到处都是雾。经过一段时间攀登，你忽然模糊地、刹那间从雾中看到一些景象，你看到你要找的那块大石头，从此以后情况发生突变，你知道了你的前进方向。海森堡的文章中有出其不意的创新，然而有很多雾，朦胧不清，有很多渣滓。如果你把他的文章中坏的地方去掉，把好的地方发展下去，那么，你对它的发展也就很重要。
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物理学和抒情诗的联系也体现在科学家的艺术生活中。虽然牛顿对艺术没有兴趣，很多科学家由于工作紧张无暇顾及艺术，然而毕竟也有很多科学家是艺术爱好者。海森堡和玻恩都能熟练地演奏钢琴，海森堡的妻子曾是他在一次音乐会上演奏钢琴时的听众。海森堡于20世纪30年代在莱比锡主持理论物理讨论班时，来自不同国家的成员都爱好古典音乐。海森堡认为理论物理的美和音乐的美有联系。爱因斯坦无论在哪里旅行，都带上他心爱的小提琴，他演奏莫扎特或贝多芬的曲子时如痴如醉。他认为音乐演奏的气氛有助于科学问题的思考。这些都表明了科学思维和艺术思维的互补作用。
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爱因斯坦有一句话常常为人所援引：“上帝是不会掷骰子的。”掷骰子的结果是偶然的，无法预测的。而造物主的安排是必然的，符合规律的。爱因斯坦想知道宇宙结构的奥秘和世界终极的美。科学家们一旦初窥宇宙预定的和谐，往往有一种敬畏感，这也是一种庄严感、神圣感。对于他们来说，宇宙结构所呈现的美是一种“崇高美、灵魂美、宗教美，最终极的美”（杨振宁先生语）。这种美和柏拉图所说的美本身很相似。难怪海森堡酷爱柏拉图的著作，无论从军参战还是出外旅行，都随身携带。海森堡钻研过柏拉图的《斐德罗篇》，希望用柏拉图的美学观点来解释他所见到的科学美。
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柏拉图的美本身是“精纯不杂的美，不是凡人皮肉色泽之类凡俗的美，而是那神圣的纯然一体的美”。一个人见到这样的美，心情会怎么样呢？“这时他凭临美的汪洋大海，凝神观照，心中起无限欣喜，于是孕育无量数的优美崇高的道理，得到丰富的哲学收获。如此精力弥满之后，他终于一旦豁然贯通唯一的涵盖一切的学问，以美为对象的学问。”〔19〕
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思考题
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1．什么是科学美？科学美有哪些特点？
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2．分析“以美导真”的命题。
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3．举例说明美学在科学研究中的作用。
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阅读书目
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《科学之美》，中国青年出版社2002年版。
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《李政道文录》，浙江文艺出版社1999年版。
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〔1〕白话译文参见萧兵：《楚辞全译》，第64页。
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