试论艺术与科学的联系与区别（美在科学与艺术中的异同）

来源：读特

▶《晨曦集（修订版）》 杨振宁 翁帆 编著 商务印书馆 2021年8月版 《晨曦集》初版于2018年由商务印书馆出版，收录了杨振宁先生多篇有代表性的文章，既有他放弃美国国籍的声明，也有关于大加速器、高能物理等热点问题的专论，兼及研究生培养等多方面的社会议题。书中也收录了亲人、同事、友人、媒体人和学生所撰文章，对杨振宁先生的成就和贡献进行了充分的介绍和评述。此次修订版新增了12篇文章，近10万字，包括杨振宁1971年访问新中国后回美进行的轰动美国华人学界的演讲《为有牺牲多壮志 敢教日月换新天》全文，还有他参观长城后饱含深情写就的《长城颂》，以及邓稼先写给杨振宁并使他的情感受到“极大震荡”的珍贵信件等，充分展现了一代科学大师的远见卓识与回报故园的拳拳之心。

▶《杨振宁传（最新增订版）》 杨建邺 著 商务印书馆 2021年2月版 本书是诺贝尔物理学奖获得者、二十世纪最有成就的科学家之一杨振宁先生的传记。由物理学教授杨建邺先生撰写，杨振宁先生审定认可，是有关杨振宁先生最厚实、最全面、最专业的一部传记，问世以来广受好评。本书生动详细地记录了杨振宁先生的家世背景、学术生涯、科学成就、社会活动以及个人生活，以翔实的史料收集、扎实的物理论述和踏实的写作态度见长，是了解一代科学巨擘杨振宁先生的人生历程、科学成就、思想轨迹、家国情怀的扛鼎之作。此版是本书的最新增订版，除修正了前版的一些错误，还增加了一篇杨建邺先生撰写的后记，把之前出版时没写到的后来的发展做了一个说明。

▶《杨振宁论文选集1945-1980》 杨振宁 著 商务印书馆 2020年10月版 本书为杨振宁先生精心编选的编年式论文集，收录其1945年到1980年间公开发表、未曾发表或较难找到的重要学术论文等，英文原文影印，极具史料价值，每篇文章都辅以他富有见地的评论，展现了一位伟大物理学家的治学心路和思想历程。 该书包括杨振宁在统计力学、凝聚态物理、粒子物理、场论等方面的重要论文，也包括他与李政道在宇称不守恒问题上的开创性工作，以及他与米尔斯等人的重要工作，它们对物理学的探索和发展有着不可磨灭的贡献。本书初版于1983年，本次再版，杨振宁先生对论著年表部分做了补充修订，条目扩展为从1942年西南联大学士学位论文到2020年相关著述，并补充了著名物理学家吴健雄、戴森等人撰写的重要信件或评论。

我非常高兴今天在中国美术馆里跟大家谈谈“美在科学与艺术中的异同”。

先讨论一下科学中的美。大家都知道，艺术与美有密切的关系。但也许有很多人觉得，科学跟美没有什么关系。所以我现在就用几分钟的时间先给大家阐释一下科学里为什么有美。

我是研究物理学的。物理学的发展要经过四个阶段。第一个阶段是实验，或者说是与实验有关系的一类活动；第二个阶段从实验结果抽炼出来一些理论，叫作唯象理论；唯象理论成熟了以后，如果把其中的精华抽取出来，就成了理论架构 — 这是第三阶段；最后一个阶段，理论架构要跟数学发生关系。上述四个不同的步骤里都有美，美的性质不完全相同。

我以虹和霓的现象为例，讲讲实验。有人在很小的时候就看见过虹和霓，觉得漂亮极了，美极了。为什么会觉得美呢？因为觉得它们都呈圆弧状，而且有很特别的规律：虹是42度的圆弧，红色在外边，紫色在里边；霓是大一点的弧，是50度的弧，其色彩排列顺序与虹相反，红色在里面，紫色在外面。虹和霓具备这个规律，所以即使是小孩子，也会觉得它们非常非常漂亮。这是一种在实验的经验里的美的标准的例子。

实验阶段结束后，就到了唯象理论阶段。虹和霓到底是怎么一回事？了解多了以后我们就会发现，原来虹和霓是太阳光在小水珠里折射而产生的光学现象。在虹的小水珠里是一次内反射，在霓里是两次内反射。这样，我们就可以计算。计算的结果验证了这样的事实：一次或者两次反射以后，就会出来42度或者50度的弧。一个人了解到这点以后，他对于这个很美的现象的理解又深入了一层。

再进一步就到了理论架构阶段，这个到19世纪才完成。19世纪中叶，一个名叫麦克斯韦的英国人写下来了一组方程式，用这组方程式就可以彻底地解决折射现象的问题。在前面的唯象理论阶段，人们是不了解折射现象的，而麦克斯韦方程式可以告诉你为什么有折射现象。这就更进一步了，也等于更上一层楼。上一层的美跟底下一层的美当然有所不同。

再上一层是数学。麦克斯韦方程式是在19世纪中叶推导出来的，一个世纪以后，到了20 世纪70年代，物理学家才了解原来这个麦克斯韦方程式的结构有极美的纯数学的根源，叫作纤维丛。纤维丛是一个数学观念，这个数学观念在发展的时候与物理学没有关系，与实际现象没有关系。可是到了20世纪70年代的时候，人们忽然发现原来麦克斯韦方程式的结构就是纤维丛。这到达了一个更高的境界，使得我们知道原来世界上非常复杂、非常美丽的现象最后的根源是一组方程式，就是麦克斯韦方程式。

事实上，如果今天你问问物理学家对于宇宙结构的了解，他们会告诉你，最后的最后就是一组方程式，包括牛顿的运动方程式、刚才讲到的麦克斯韦方程式，以及爱因斯坦的狭义和广义相对论方程式、狄拉克方程式和海森伯方程式。这七八个方程式就“住在”我们所看见的一切一切里。它们非常复杂，有的很美妙，有的则不是那么美妙，还有的很不容易被人理解，但宇宙结构都受这些方程式的主宰。

麦克斯韦方程式，看起来很简单，可是等到你懂了它的威力之后，会心生敬畏。为什么说这些方程式有威力呢？因为无论是星云那么大的空间还是基本粒子内部那么小的空间，无论是漫长的时间还是短短的一瞬，都受着这几个方程式控制。这是一种大美。我们也可以说这些方程式是造物者的诗篇。为什么？因为诗就是语言的精华。造物者用最浓缩的语言，掌握了世界万物，包括人的结构、人的情感，世界上的一切都在“诗人”—造物者—写下来的东西里浓缩起来了！其实这也是物理学家最后想达到的境界。

这些方程式的内涵往往随着物理学的发展而产生当初完全没有想到的新意义。我以诗歌对于读者的感受为例阐述这一点。你少年时诵读一首诗，当时就会对那首诗歌的内涵、意境等有所了解。但当你进一步成熟之后，以及你步入晚年之后，又会发现这首诗的含义远远比你小时候所领悟的要多得多。同样的道理，这些方程式在不同时期被人们运用的时候也会产生不同的新意义。

诗人对于科学的美曾经有过一些描述。英国大诗人 W. Blake（布莱克）写过一首有名的诗，译成中文是：

一粒沙里有一个世界

一朵花里有一个天堂

把无穷无尽握于手掌

永恒宁非是刹那时光

陆机的《文赋》有这样一句话：“观古今于须臾，抚四海于一瞬。”表达的意思类似。

上面两个例子，都是诗人用诗性的语言阐述对于宇宙结构的了解，传达出一种大美。牛顿故去以后，英国大诗人A. Pope（蒲柏）这样表述牛顿，译成中文是：“自然与自然规律为黑暗遮蔽；上帝说，请牛顿来！一切遂臻光明。”

人类从远古以来就知道有日月星辰的运动，这些运动有很好的规则，可是在这些规则里又有一些不规则的变化，很奇怪。我想，这些现象是几千年几万年以来人类想要了解又难以了解的。最后牛顿来了。牛顿的方程式对于日月循环、对于行星的运转甚至对于星云等一切天体运动的现象都有非常准确的描述。我想，这是人类历史上非常重要也非常美的一个新的发展。

前面列举的诗句所描述的，是物理学的美，它们给了我们特别的感受。诗人对于美的描写很到位，可是仅有这些还不够，因为诗句里缺少庄严感、神圣感，以及初窥宇宙奥秘的畏惧感。这种庄严感、神圣感，也是哥特式教堂的建筑师们所要歌颂的东西，即崇高美、灵魂美、宗教美、最终极的美。这个最终极的美是客观的。

我们知道，早在人类尚未出现的时候，麦克斯韦方程式以及刚才所讲的那些方程式就已经支配着宇宙间的一切了，所以这些最终极的美与人类没有关系。我想，庄子所讲的“天地有大美而不言”也包含类似的意思。

接下来，我们讨论艺术中的美。

物理学的发展历经了几个明确的阶段，而艺术不然。事实上，人类对艺术的了解远远早于对科学的了解。比如说在3000多年以前，商朝的金属铸造师们就已经具备了非常好的艺术感。商朝的一个小犀牛形青铜器，现保存在美国旧金山博物馆里，是镇馆之宝。据说它是由巴黎的一个大古董贩子C. T. Loo于20世纪40年代卖到美国的，当时只卖了5万美金，今天当然是无价之宝。

商朝的另外一个青铜器，叫作觚，现保存在于美国华盛顿的弗瑞尔博物馆里。Freer（弗瑞尔）是一个有钱人，他在20世纪初到北京买了很多铜器，这个觚是其中的一个。弗瑞尔博物馆是美国所有博物馆中收藏中国古文物最丰富的一个。

青铜器的制造师们或许不懂甲骨文，更不懂艺术理论，可是他们对美的感受已经达到了极高的境界。这个“小犀牛”和这个铜觚都很美，可是有不同的美法，让我们分析一下。

“小犀牛”是童稚型的，铜觚是思考型的；“小犀牛”体现出直觉的美，铜觚是抽象的美；“小犀牛”的美是形似的美，铜觚是神似的美。它们显示，艺术中的美离不开人类，这与科学中的终极的美不同。

我刚才讲了，科学里的终极的美是客观的，没有人类的时候就已经有这些美了。可是没有人类就没有艺术，也就没有艺术中的美。换句话说，科学中的美是“无我”的美，艺术中的美是“有我”的美。

大家知道，这个“无我”和“有我”的概念是王国维在《人间词话》里提出的，很有名。王国维拿它来描述诗词的意境，我想也可以拿来分辨科学中的美和艺术中的美的基本不同点。

艺术创作的本质是什么？唐朝的画家张璪说是“外师造化，中得心源”。这句话概括地描述了艺术真正的精髓，道出了人类怎样西方写实与东方写意。感受到美并开展艺术创作。这个犀牛形青铜器的塑造者“外师造化”，它的美来源于铸造者所看到的一个真正的犀牛，所以这是写实的美。而铜觚是一种“中得心源”的美，它之所以漂亮，是因为有曲线轮廓，用几何学的术语来讲叫“双曲线”。商朝的人当然不知道什么是“双曲线”，可是直觉告诉他这是抽象的美。这就是所谓的“中得心源”，是从心里了解到自然界的美，因此这个铜觚的美也是一种写意的美。

西方的艺术在很长一段时期向写实方向发展，而东方的艺术则主要向写意方向发展。为什么会有这两种不同的发展方向呢？这值得深思，我觉得这方面的研究还不够。西方在19 世纪才充分认识到写意美的重要意义，从而发展出了印象派。印象派之所以出现，简单讲起来，就是因为西方人了解到在写实的美以外还有写意的美，就尽量向这个方向发展，于是就发展出来印象派以及19世纪后来的种种新流派，审美观也因此更多元化。

到了20世纪初，毕加索和勃拉克把多元审美观进一步具体化了，创建了立体派。立体派的出现是艺术界的大革命。有人说，他们是受了爱因斯坦在1905年提出的相对论的影响。这个观点很有意思，不过据我所知现在还没有成定论。毕加索的《生活》是在他所谓的“蓝色时代”即立体派出现之前绘制的，而《三个音乐家》的创作时间在立体派出现之后。其中的不同点显示出毕加索意识到了艺术美的新方向。毕加索等人的探索，带来了20世纪众多的新尝试。毕加索是一个天才，他既有眼光和魄力，又有技巧，他关于创新的尝试非常之多。可是，他的创新中也有怪异的东西，不堪入眼，扭曲了美的含义。

科学追求的是认识世界、理解造化，并从认识中窥见大美。我认为，艺术若是完全朝着背离造化的方向发展，就会与美渐行渐远。

本文原载《中国美术馆》杂志，经杨振宁先生修订后收入《晨曦集》修订版。

（原标题《美在科学与艺术中的异同》）

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