導語：

雖然張雙南的主攻領域是黑洞、中子星、相對論天體物理、宇宙學等研究，但實際上，除了宇宙和星空，他還對藝術、美學有著深入的思考。古往今來的哲學家、美學家都覺得“美實在是太難定義了！”然而2016年1月16日在由北京聽道（beijingtd）與知識分子（The-Intellectual）合辦的聽道論壇－知識分子專場中，張雙南從自然科學的角度獨辟蹊徑，來捕捉和確定美的定義。

美真的是不可捉摸的嗎？物質世界雖然千變萬化但卻十分真誠，在同樣的條件下必然出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。張雙南認為，美的世界雖然也是千變萬化，但是應該有內在的規(guī)律。

演講 | 張雙南（中國科學院高能物理研究所研究員）

視頻制作 | 北京聽道

視頻校對 | 陳曉雪、李尚瑾

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大家好，今天非常高興，非常榮幸有機會來和大家分享一下：美與科學。不是美女科學。當然我們要講美女，不能夠應用到美女的美學，都是偽哲學。所以我們要把這件事情搞對。所以我今天給大家分享兩個部分，第一部分是美的科學，就是美里面的科學；第二部分講科學的美，科學里面的美。

11月25號對我來講，是最美的日子。為什么美，兩個原因：一個原因是，一百年前，在這個日子，愛因斯坦發(fā)表了《廣義相對論》的理論，對我來講是最美的科學理論。另外一個原因大家也看到了，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《廣義相對論》的美之間有什么共性？這里面有什么科學規(guī)律？這是我今天要和大家分享的。換句話說，我們要問一個問題：美是什么？

這個問題，事實上哲學家已經問了兩千多年了。從大哲學家蘇格拉底開始，到他的學生柏拉圖，柏拉圖的學生亞里士多德，到近代的康德、黑格爾等等，哲學家都問過這個問題。這個問題被稱作為天才的追問。那么我們看看，哲學家們問了兩千多年之后，現(xiàn)在的答案是什么？

當然答案的種類非常多。我們選用復旦大學朱立元教授所總結的美學家對這個問題的看法。朱教授說，我自己覺得，還沒有辦法回答這個問題。但是柏拉圖說過，美是難的。而且朱教授接著說，我覺得這是千真萬確的至理名言。美是什么？美是難的。我倒想說，美是女的。

假如說在課堂上，我講課的時候，我們的同學提問我說，尊敬的教授請問：太陽有多高？我是教天文學的，問這個問題還是對的。我回答說：親愛的同學，我有多真呀？（同學）再接著問：請問天上有多少星星？我再接著回答：有N多N多。大家也許想起來了，有一個美女楊鈺瑩唱過一首歌非常類似。如果我以（歌里）的方式回答問題，我想提問的同學肯定就要哭暈在廁所里了。這就是典型的答非所問。

美是什么？回答美是難的，有點像這種答非所問。至于你們怎么看，反正我是不信。為什么？因為這不科學。為什么不科學？答非所問不是我們的習慣，刨根問底是科學家的天職。我們要回答這個問題。那么我怎么來想這個問題？其實我想了差不多30年，我需要用自然科學的方法來研究美。

我們有一個著名的物理學家，彭桓武先生，他講過一句話，他說：“物質世界雖然千變萬化，但是卻十分的真誠，在同樣條件下必然出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象?！蹦敲次野雅硐壬倪@句話，應用到美的研究上，我想說的是：美的世界，雖然是千變萬化，雖然在場有各種各樣的美女，都非常的不同，但是應該有內在的規(guī)律。那么具體做起來，我首先要從提問題來著手。

愛因斯坦老師不僅僅是教我們了廣義相對論，同時也教我們科學研究方法。他說：提出一個好問題比解決N個問題都要重要。

美是什么？這個問題，我覺得可以換一個提法。我的這個提法就是說，廣義的審美對象，可以包括美人，可以包括美景，可以包括美食、美術、美的藝術，還可以包括美的科學，它們滿足什么樣的標準，我們作為審美者、審美的主體覺得美。換句話說，廣義美的判斷標準是什么？我把這個問題轉化了。

換句話說，廣義美的判斷標準如果確立了，我們就能夠理解什么是美了，或者說美是什么了。當然，把廣義美的判斷標準學術化一點，我把它叫做“廣義美的法則”。

所以我是想建立一個廣義美的法則。那么具體的做法，我是遵從自然科學研究比較標準的一個三段式的方法。

首先要歸納。我們要根據不同類型的美，總結共性得到美的法則；然后要證實，也就是說再舉出更多的例子，盡可能窮舉，有沒有美的事情違反我們的法則？如果違反了，我們要修改這個法則。然后還要證偽。我們還要找出不符合這種法則的、但是我們又覺得美的事情來找反例，如果找到了反例就仍然需要修改這個法則。這樣的話，我就最終得到了廣義美的法則。

這個廣義美的法則就是——沒缺陷、不常見。

滿足這兩個條件，我們就會覺得美。沒缺陷針對的是價值觀。比如說功能強大，比如說很自然，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。比如說很土氣、模仿、山寨等等。在座的男士，你如果把我這個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掐死你。所以美不美的判斷就在這個地方。

什么是審美觀？為什么我們會有不同的審美觀？審美觀就是判斷美的能力。價值觀來判斷是否有缺陷。然后我們的見識來判斷是否不常見。因此不同的價值觀加上我們不同的見識，就導致了我們有不同的審美觀。對同樣的事情、物體、人，誰認為沒缺陷、不常見，誰就覺得美。你什么時候覺得沒缺陷不常見，你就什么時候覺得美。你什么時候覺得常見了，你覺得平常了，你就不覺得美了。因此沒有客觀的美，沒有絕對的美，沒有普世的美，也沒有永恒的美。美永遠是在變化著的。

我下面給大家舉個例子。我們知道前幾天北京天氣很好，大家開始的時候都紛紛在自己朋友圈里面貼藍天白云。我昨天貼了早晨的朝霞和白云，我說朝霞還是那么燦爛，藍天還是飄著白云，但是為什么今天沒有人說美了呢？因為已經藍天白云一段時間了。盡管還是沒缺陷，但是不再不常見了。所以大家不覺得美了。所以我說：霧霾輕輕的告訴我，你什么時候結束休假？我問了這么一個問題。然后有一個朋友評論說：科學哲學家萬一看到了這個，肯定要拔高到說：科學家為了驗證他的美學理論，要來犧牲大家的健康。我趕緊說，不是這么回事。我屁滾尿流、驚慌失措地回答：寧愿要藍天的常見，也不要健康的缺陷。然后又有一個朋友接著評論，這個評論更絕，他說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后果。

再舉一個例子。這個例子是何澤慧先生（她是我的導師）和清華園的秋色美景，我說也都是美的極致。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舉行了一場紀念會，紀念我的導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，我們看看這個照片里左邊這個小女孩，是何先生年輕時候的照片，顯然是個小美女。右邊是何先生晚年時候的照片，依然是光彩照人。所以我說何先生是高智商、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，沒有缺陷，因為是豐收的季節(jié)。當然要看到秋色，通常要有比較好的自然的環(huán)境。雪景也是好的，每年的第一場雪，瑞雪兆豐年也是好的。11月22日那天，北京下了一場大雪。但是這兩件事情放在一起，當然仍然是沒有缺陷。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。雪下得晚了秋色沒有了，秋色雪景放在一起最美的，因為是沒缺陷。不常見的極端。所以那天大家都在網上，在朋友圈里面貼照片，原因就是這個。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。我舉這個例子說明了，沒缺陷不常見是最美的。

前面美的科學講清楚了，下面講科學之美。科學探索我們知道，充滿了意外。意外當然就是最大的不常見。我自己是做天文學研究的，我用天文學作為例子。我們知道大部分的開創(chuàng)性的天文學研究都是意外之作。我統(tǒng)計了一下，天文學研究獲得了大概十幾個諾貝爾物理學獎，只有一個是按照計劃取得的成果，獲得了諾貝爾獎。其他的一律是意外之作。

當然限于時間，我只講其中的一個例子。當然這個也跟美女有關系，這就是1967年貝爾女士發(fā)現(xiàn)了射電脈沖星。我們先看看這個小美女，這是她研究生時候的照片。她那個時候要做的，就是要來研究星際閃爍現(xiàn)象。那時候已經知道有這個現(xiàn)象，但是她意外地發(fā)現(xiàn)了射電脈沖星，就是周期性到達的射電信號。最右邊這個照片是去年夏天我在夏威夷開會，遇到貝爾教授。以前我也認識她，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，當然我是多神論者。

（現(xiàn)場張雙南調侃道：饒教授，我相信你也是多神論者，在美女這件事情上。饒毅：我是無神論者。）

下面再給大家看幾個照片，大家認為的美景的照片。

最左邊的這個照片是生物的照片，核盤菌孢子爆發(fā)的一個照片。然后中間這個，我們手指捅破一個肥皂泡的照片。最右邊是一個星系的照片。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，所以沒缺陷，肉眼看不到，所以不常見。它們經常發(fā)生，但是我們的眼睛沒看到。所以我們看到了之后，就說這是美得不要不要的照片。再一次說明了這個問題，科學的照片也是這樣。

下面講愛因斯坦廣義相對論。我剛才講了，100年前的11月25日，最美的科學理論廣義相對論被愛因斯坦發(fā)表了。廣義相對論當然是建立在牛頓力學的基礎之上的。牛頓的力學理論我們知道，他是在1687年發(fā)表的這個理論。其實我們今天看起來是很簡單，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（這個是牛頓的原創(chuàng)）和萬有引力定律（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質性的內容。他的理論的沒缺陷體現(xiàn)在哪？它解釋了當時所有已知的觀測和實驗現(xiàn)象，當然是完全的沒缺陷。不常見反映在這是人類歷史上第一個定量和系統(tǒng)的科學理論。這個理論正確地預言了海王星的存在，之后被觀測發(fā)現(xiàn)了。正是海王星的發(fā)現(xiàn)徹底確立了牛頓力學理論作為第一個自然科學理論的正確性。

所以從當時的觀點來看，牛頓的力學理論已經很美，是當時的沒缺陷不常見的極致。但是有人不這么看。這就是愛因斯坦。愛因斯坦認為牛頓的引力理論有缺陷，反映在兩個方面：一是理論上面是有缺陷的。愛因斯坦認為牛頓理論里面的瞬時作用違反狹義相對論。因此他問，引力的本質到底是什么？二是有用性的缺陷。愛因斯坦深刻地考察了水星近日點的反常進動，他認為這個無法用牛頓的引力理論進行解釋。所以他問牛頓引力理論的適用范圍到底有多大？這對愛因斯坦來講，是兩個非常大的缺陷。因此愛因斯坦提出了廣義相對論，當然完全彌補了牛頓理論的缺陷。他的理論上的沒缺陷，體現(xiàn)在引力的本質是質量導致的時空的彎曲。彎曲的時空再決定了一切物質的運動，包括光線的運動。實用性的沒缺陷體現(xiàn)在，它在弱引力場下面近似于牛頓理論，在強引力場的情況之下，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，廣義相對論也完全能夠適用。因此廣義相對論在當時提出的時候是沒有缺陷的。

另外一個沒缺陷的例子，我剛才講了，它在理論上是關乎引力的本質，實用上面是彌補了牛頓理論的計算不精確的地方。最重要的一點就是，水星近日點的反常進動。這個是牛頓理論完全不能理解的。在廣義相對論里面，我給大家列出來這個地方，我們可以看到廣義相對論精確計算出來了這個結果，因此彌補了牛頓理論里面的一個主要的缺陷。那么這個理論，也需要不常見才能滿足“沒缺陷不常見”的美學的廣義法則。廣義相對論的不常見，體現(xiàn)在它是第一個把物質和時空建立了深刻聯(lián)系的理論。

牛頓理論在當時是第一個定量和系統(tǒng)的科學理論，而廣義相對論理論是第一個把物質和時空建立了深刻聯(lián)系的理論，是第一個揭示了物質世界的時空本質上是彎曲的理論。以前都認為是平直的，現(xiàn)在認為是彎曲的，而且這個理論成功地預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言。這其中大部分都得到了觀測的證認。還剩下少量的，等待證實。

我給大家簡單舉一下例子。引力偏折驗證了廣義相對論的預言，它預言遙遠處的天體的光線經過太陽附近的時候一定要被太陽引力場的光線偏折。后來這個被實驗觀測證實了，正是這個觀測徹底確立了廣義相對論理論比牛頓理論的優(yōu)越性，也使得廣義相對論理論得到了廣泛的接受。理論預言是原來完全不知道的現(xiàn)象，但是得到了驗證，當然就是不常見的極致。

廣義相對論理論，今天有沒有缺陷？如果我說它是最美的科學理論，我們當然需要討論它有沒有缺陷。從實用性方面來講，你可以說，這個理論不好懂。當然這不是愛因斯坦的錯。對不對？不好懂是你沒有學會。那理論上有沒有缺陷？我們知道現(xiàn)在有一些問題，比如和量子理論不和諧。當然我們期待在座的潘建偉教授將來把這個問題給解決了。但是目前我們不知道是量子理論錯了，還是廣義相對論錯了。奇點的問題，愛因斯坦不相信。他自己的理論預言了黑洞，但是他認為自然界有可能能夠避免奇點。量子物理學家認為量子理論是有可能能夠繞開奇點的問題。但是今天這些努力，都還沒有成功。

關于奇點的問題，我自己曾經做過研究，我的研究的結果是，黑洞內部事實上是沒有奇點的。但是并不需要新的自然規(guī)律，只需要好好的理解和應用廣義相對論。幾年前我穿越回去，向愛因斯坦老師匯報了這個結果，真的沒有缺陷。所以愛因斯坦的理論，在今天看來，仍然是不常見、沒缺陷的極致。我們還在期待更多的廣義相對論預言的不常見。比如說引力波，現(xiàn)在科學界在謠傳，也可能是真的，就說已經探測到了引力波，如果是這樣子，必然會拿一個諾貝爾獎。當然這是我們所期待的。這個廣義相對于預言的不常見，將給我們帶來很多的意外。

最后再講一句話，社會發(fā)展的動力和科學技術創(chuàng)新的本質到底是什么？我們用這個美學理論做一些解釋。沒有普世美、只有多樣美，我剛才已經講了。有多樣美才有生命力，沒有最美只有更美。追求更美，因此就是社會發(fā)展的動力。技術創(chuàng)新，我們做工科的都知道，目的就是要彌補缺陷。而科學創(chuàng)新的目的，是發(fā)現(xiàn)不常見。所以因此我的結論就是，社會發(fā)展的動力和科技創(chuàng)新的本質，就是對美的追求。

我的報告就到這里。謝謝大家！

張雙南，中國科學院高能物理研究所研究員，中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任。1984獲清華大學學士學位。1989年獲英國南安普敦大學博士學位。1989－1992美國賓西法尼亞大學博士后。研究方向：空間天文儀器、天文數據處理方法、黑洞和中子星天體物理、相對論天體物理、伽瑪射線暴和宇宙學。

知識分子，為更好的智趣生活。