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【本文节选自《走进科学史》，该书作者是焦作大学吕增建教授】 谈到美，人们很容易联想到的是美的自然、美的音乐、美的绘画等，它们以其形象、声音、色彩作用于人的感官，引起人们愉悦的感受和内心的和谐共鸣，这是一种以外在的具体的感性形式所呈现的美。同时，还有一种是以事物内在结构的和谐、秩序而具有的理性美。自然科学中的科学美更多表现的就是理性之美。
客观世界是一个复杂、统一、有着相互联系的有机整体。尽管科学和艺术描述及表现自然的方式不同，但两个领域都包含着简单、和谐、对称、统一等基本美学要素。一位科学家曾说： “科学家的灵窍、诗人的心扉、画家的慧眼，所感受到的都是同样的和谐、同样的优美、同样的富有韵律和节奏。” 物理理论体系虽然不同于感性事物那样，通过物质材料的自然属性以及它们的组合规律产生美的感染力，但其却以内在体系的和谐与秩序表征着物质世界深层固有的结构，渗透出理性的科学美。玻恩（M Born，1882-1970）和卢瑟福（E Rutherford，1871-1937）把定义相对论比喻为一件艺术品，理性美也被爱因斯坦称为思想领域最高的音乐神韵。 物理学是一门格物致知的科学，它探索自然、求真至美，它不仅是美丽的，而且是旷世奇美。物理学领域到处蕴含着美：美妙严密的牛顿力学体系、对称和谐的麦克斯韦（J C Maxwell，1831-1879）方程组、优美典雅的爱因斯坦相对论；物理模型体现出简洁之美、物理概述蕴含有对称之美、物理规律隐藏着有序之美等，不胜枚举。虽然物理学的研究范围极为广泛，物理规律极为复杂，但物理学的美却具有“惊人的简单”“神秘的对称”“美妙的和和谐”等类似艺术品的美学特征。 物理学家大都充满着对美的热烈追求，对于物理学原理结构不同的美妙地方有不同的感受，所以在理性探索中也展示着不同的美学风格。发现电磁感应现象的法拉第具有一种质朴和简单的美学风格，确立电磁场理论的麦克斯韦显示出的是一种高雅和对称的美学风格，提出实物粒子“波料二象性”理论的德布罗意（L V de Broglie，1892-1987）展现了一种和谐和统一的美学风格，至于爱因斯坦，在他身上体现的是科学与艺术的完美统一。 在物理学发展的历史长河中，物理大师们不仅发现了科学的理性之美，而且这种理性之美使他们在科学探索中得到了生动的审美感受，这些审美感受又进一步影响和推动了物理学的研究与发展。在科学研究中美学极具创造价值，它能带来科学创造的灵感和智慧，唤起到未知领域探索的欲望，同时又可以指导人们怎样去进行这种探索。物理大师常常把美作为一种重要的思想方法，以美启真来寻找真理。正如海森伯（W K Heisenberg，1901-1976）所说： “美是真理的光辉，探索者最初是借助于这种光辉，借助于它的照耀来认识真理的。” 钱德拉塞卡（S Chandrasekhar，1910-1995）因对恒星结构和演化过程的研究，特别是从理论简单性和完备性的审美角度对白矮星的结构和变化提出了精确的预言，从而荣获诺贝尔物理学奖。钱德拉塞卡认为： “美存在于科学研究的每个领域，追求科学美是探索自然界基本原理的最优方法。” 他始终以审美者的姿态，将探寻美作为发现科学真理的不二法门。他从美与艺术的角度，分析人类探求真理的方式，认为科学在艺术上不足的地方，正是科学不完善的地方，并通过以美启真的研究路径，在多个研究领域做出了极具创新价值的工作。 不少物理学家坚信，自然是按照美来设计的，他们提出了美先于真的认识路线，在真与美的权衡中，弃真而取美。狄拉克（P A Dirac，1902-1984）的电子运动方程，具有非常优美的形式，可它多出来的解与当时的真不符。狄拉克舍不得改动那优美的方程，但必须给失真的解做出圆满解释，于是他又在对称和谐的美学思想推动下预测了正电子的存在，3年后果然发现了正电子。这是科学史上一个以美启真的典型代表。 爱因斯坦发现绝对时空不符合简单性这一科学美的原则，于是他在追求更简单的理论中建立了狭义相对论。广义相对论虽然使质量与能量、惯性质量与引力质量、惯性系与非惯性系统一起来，但并没有解决引力场同电磁场统一的问题。爱因斯坦认为场应该能统一起来，认为从各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉，于是用了40年的时间探索统一场问题。因此，追求理论的统一性，也就成为了物理学大师们坚定不移的信念和始终不渝的目标。 著名学者李醒民先生在《论科学审美的功能》一文中指出，对科学家来说，科学审美具有比人们预想的还要大的功能。从外部讲，科学审美是科学家从事科学探索的强大动机和动力；从内部讲，科学审美是推动科学进展的必不可少的力量——科学发明的突破口和科学理论评价的试金石。 美感实质上是一种深刻的思想，它常常能在整体和更高的层面上把握事物的本质，在科学创造中起到非常重要的作用，这是因为真与美之间存在着统一性，真的肯定是美的，而美的一定包含着真，也正因为如此，美才能启真。 |
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