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《天地有大美》前言

2006-8-22 9:29:25 来源:易文网 作者:格雷厄姆·法米罗

    科学为习者而存,诗歌为知音而作。——约瑟夫·鲁(Joseph Roux),《教区教士冥思录》,第一部,第71页(1886) 

    1974年5月,拉金(Philip Larkin)为了促销被他取名为《高窗》的诗歌集,作了一次无线电访谈,在其中他指出一首好的诗歌就像一个洋葱。从外表上来看,诗歌和洋葱都平滑流畅,使人愉悦、令人着迷。随着一层一层的意义被揭开,它们愈显如此。而他的目标就是要写出“完美的洋葱”来。
    科学的诗意,在某种意义上讲,是体现在它的伟大方程之中的。正如本书中各篇短文所表明的,这些方程也可以被一层一层地剥开。不过它们中的每一层都体现了它们的属性特征和因果关系,而不是它们的意义。
    尽管有诗人和文艺评论家的极大努力,仍然没有人能对诗提出一个毫无争议的定义。但是,数学家去定义“方程”这一词时,他们是不会有这样的困惑的。一个方程,根本上是一个完美平衡的表达式。对于纯数学家而言——他们往往对科学漠不关心——方程是一个抽象的表述,与真实世界的具体实在没有任何关系。所以当数学家们看到一个方程,比如说y=x+1,他们会把y和x当作完全抽象的符号,而不是把它们当作表述了真实存在的事物。
    完全可以想象一个宇宙,在那里数学方程与大自然的运作方式毫无关联。然而绝妙的是,它们之间确实有联系。科学家们惯常以方程的形式把他们的定律表达出来,而使其中的每个符号都具有表示一个实验工作者可以测量的量的特征。正是通过这种符号表达的方法,才使得数学方程成为科学家们手中最强有力的武器之一。
    在所有科学方程中,最著名的就是E=mc2。这个方程是爱因斯坦(Einstein)在1905年首次提出来的。和许多伟大的方程式一样,它断言在表面看来完全不同的事物——能量、质量以及光在真空中的速度——之间存在一个等式。通过这个方程式,爱因斯坦预言:对于你设想的任何大小的质量(m),如果你将它乘以真空中光速(用字母c表示)的二次方,那么其结果正好等于它所对应的能量(E)。像任何其他的方程一样,E=mc2使两个量相等,其方式犹如一架天平的两臂而“=”的作用如同支点。不过不同的是,天平平衡的是重物,而大多数方程平衡的是其他的一些量;例如E=mc2平衡的就是能量。这个著名的方程源自爱因斯坦自信的思索,而以后的实验者证明了大自然中的质量和能量的转化确实是以此方式发生的。这就使得质能关系式在其提出的仅仅数十年后就成为人类科学知识宝库中的一部分。E=mc2现在已成为20世纪的一个象征了。如果你要参加电视竞答节目,你就必须具备少许科学知识,而E=mc2就是你应该知道的。
    和所有伟大的科学方程一样,E=mc2在许多方面类似于一首美妙的诗歌。一首完美的十四行诗,即使改换其中的一个词或一个标点,它就会被糟蹋;同样地,一个伟大的方程,例如E=mc2,只要对它的一个细节作一点改动,就会使它变得毫无用处。例如说,E=3mc2就与大自然没有任何关联。
    伟大的方程还与精美的诗歌分享另一个非凡的能力——诗歌是最简练的、但却充满丰富内涵的语言形式,这正如科学中伟大的方程是以一种最简洁的形式去理解它所描述的那一部分物理实在。E=mc2本身就极其强大有力:它用寥寥几个符号概括了一种知识,而从地球上每一个生物体中的每一个细胞内的能量转化,直至最遥远的宇宙爆炸中的能量转化,凡此种种情况都能应用这一知识。更棒的是,它看上去亘古以来就一直是正确的。
    当科学家进一步仔细地研究伟大的方程时,他们渐渐地会看到他们最初所未察觉到的事物。同样地,反复朗读一首美妙的诗歌也会一直不断地激起新的情感和联想。诗歌对于思想上有准备的想象有很强的刺激作用,伟大的方程亦复如此。爱因斯坦不能预知有关他的相对论方程的无数推论,莎士比亚(Shakespeare)同样也不能预先想象到他的读者能从他的“我怎么能够把你来比作夏天?”这句诗文(第18首十四行诗)中感受到各种含义。
    这里所说的并非暗示诗歌和科学方程是一样的。每一首诗都是用一种独特的语言写成的,如果把它们翻译成另一种文字,其魅力就丧失殆尽了。然而,方程是用通用的数学语言写就的:E=mc2在英语和在乌尔都语中都是一样的。再者,诗人寻求多样的含义以及言语和思想之间的交感,而科学家却意图使他们的方程传递一个单一的逻辑含义。
    一个伟大的科学方程,通常意味着为我们提供了一种称之为自然规律的东西。物理学家费恩曼(Richard  Feynman)对此通俗地作了一个类比,这帮助我们澄清了方程和规律之间的关系。设想人们正在观看弈棋。如果预先没有告诉他们下棋的规则,那么他们可以单单通过观察弈棋者如何移动不同的棋子很快地搞清楚下棋的规则。现在设想下棋者不是在普通的象棋棋盘上弈棋,而是根据非常复杂的一套规则在无限广大的棋盘上移动棋子。观察者为了能弄明白游戏的规则,他们将不得不非常仔细地观看各个部分,寻找他们可以收集到的各种模式和任何其他线索。从本质上讲,这就是科学家们所面临的情况。他们仔细地观察自然——在棋盘上移动的棋子——并且试图收集作为基础的种种规律。

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