科学道路上的真与美

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八月零点多美国壮观的日全食让所有观看现场的人、科学家、观看网上直播的观众以及事后欣赏精彩照片的网民们都感到惊讶:太棒了！太美了！

“科学与美”这个话题吸引了无数的批评家，甚至许多一流的科学家都充满了兴趣，发表了许多精辟的见解。钱德拉塞卡是著名的印第安裔美国物理学家，也是1983年诺贝尔物理学奖的获得者，他就这一主题发表了许多演讲，后来他还整合了“真与美:科学研究中的美学和动机”。这本书探索了科学家和艺术家追求美的不同创作模式。例如，他特别比较了莎士比亚、牛顿和贝多芬之间的异同。

杨振宁先生在这个问题上也表达了许多精辟的观点。他认为物理学有三种美:现象之美、理论描述之美和理论结构之美。他还引用了科学史上的几个重要发展来阐述，其中之一是从第谷到牛顿，但不幸的是它没有深入。从第谷到牛顿的时期，是现代科学革命史上一个快速发展的时期，恰好是这三种美的典型代表。

丹麦的第谷是现代科学革命中从哥白尼到牛顿的关键人物。他一生的工作就是天文观测。根据古希腊托勒密的地心体系，月亮上方的天空空永远不变，但第谷在早年发现，一颗天空空的新星就在月亮外面。后来，他还观察到彗星，彗星可以在地球中心论认为事实上不存在的水晶天球之间穿梭。所有这些都引起了他对地心说的极大兴趣和严重怀疑。可以说，正是奇怪的“天象之美”使他走上了追随天文学的“不归路”。他似乎生来就喜欢天文学，而且视力也很好。凭借他在文莱岛上出色的观测仪器，他积累了大量准确的观测数据。但没有等他系统地整理出来，也许他终究还是无法完成，在一次宴会上死去，因为他太急于拖延太久。

幸运的是，开普勒在一年前成为了他的助手，否则第谷背后的那堆天文数据将会变成一堆废纸。当开普勒还是个孩子的时候，他的视力就受到了天花的影响，但是当上帝关上一扇门时，另一扇门就打开了——第谷的大量数据正等着他去挖掘。他毫无杂念地整理和计算。结果，他发现火星绕太阳轨道的观测值和计算值之间有8弧分钟的误差。他有理由相信第谷的观测数据，认为这个误差只能来自古希腊当时继续向圆形行星轨道前进。但在那个时候，更不用说计算器了，甚至对数运算都还没有发明出来，复杂的计算工作难以想象。从1600年到1609年，他突破了行星圆形轨道的障碍，揭示了一个全新的世界。结果就像晴天霹雳:行星围绕太阳的轨道是椭圆形的，它们的路径在同一时间扫过同一区域。经过又一个10年的艰苦工作，他发现了行星运动的周期定律，其中包含了天文学历史上的第一个数学公式。开普勒完美地描述了第谷观察到的天文现象，这是理论描述的美妙之处。

然而，开普勒不知道为什么行星的轨道是椭圆形的，也不知道周期定律背后的根本原因是什么。从大约1666年牛顿开始思考苹果落地的原因到1687年《自然哲学的数学原理》出版，他完成了现代科学革命中最丰硕的成果，用纯几何方法证明了行星运动的三大定律是逻辑必然，揭示了太阳系天体的数学结构，并在最高阶段呈现了理论结构之美。伟大的英国诗人蒲柏对牛顿的成就深感震惊。他在诗中真诚地称赞道:“大自然及其法则被黑夜所覆盖/上帝说，让牛顿来吧/一切都会变得明亮。”

从第谷在巨星空中发现的“异常”新星，到牛顿发现的支配所有天体的万有引力定律；从感官体验的现象之美到平方反比定律所展现的数学结构之美，这不仅是美的形式的升华，也是反映和揭示物理理论真实本质的质的飞跃。道路上对真和美的科学理解使它们统一了起来。(石)

责任:张洋