【本文節(jié)選自《走進科學史》，該書作者是焦作大學呂增建教授】

談到美，人們很容易聯(lián)想到的是美的自然、美的音樂、美的繪畫等，它們以其形象、聲音、色彩作用于人的感官，引起人們愉悅的感受和內(nèi)心的和諧共鳴，這是一種以外在的具體的感性形式所呈現(xiàn)的美。同時，還有一種是以事物內(nèi)在結(jié)構(gòu)的和諧、秩序而具有的理性美。自然科學中的科學美更多表現(xiàn)的就是理性之美。

客觀世界是一個復雜、統(tǒng)一、有著相互聯(lián)系的有機整體。盡管科學和藝術(shù)描述及表現(xiàn)自然的方式不同，但兩個領(lǐng)域都包含著簡單、和諧、對稱、統(tǒng)一等基本美學要素。一位科學家曾說：

“科學家的靈竅、詩人的心扉、畫家的慧眼，所感受到的都是同樣的和諧、同樣的優(yōu)美、同樣的富有韻律和節(jié)奏。”

物理理論體系雖然不同于感性事物那樣，通過物質(zhì)材料的自然屬性以及它們的組合規(guī)律產(chǎn)生美的感染力，但其卻以內(nèi)在體系的和諧與秩序表征著物質(zhì)世界深層固有的結(jié)構(gòu)，滲透出理性的科學美。玻恩（M Born，1882-1970）和盧瑟福（E Rutherford，1871-1937）把定義相對論比喻為一件藝術(shù)品，理性美也被愛因斯坦稱為思想領(lǐng)域最高的音樂神韻。

物理學是一門格物致知的科學，它探索自然、求真至美，它不僅是美麗的，而且是曠世奇美。物理學領(lǐng)域到處蘊含著美：美妙嚴密的牛頓力學體系、對稱和諧的麥克斯韋（J C Maxwell，1831-1879）方程組、優(yōu)美典雅的愛因斯坦相對論；物理模型體現(xiàn)出簡潔之美、物理概述蘊含有對稱之美、物理規(guī)律隱藏著有序之美等，不勝枚舉。雖然物理學的研究范圍極為廣泛，物理規(guī)律極為復雜，但物理學的美卻具有“驚人的簡單”“神秘的對稱”“美妙的和和諧”等類似藝術(shù)品的美學特征。

物理學家大都充滿著對美的熱烈追求，對于物理學原理結(jié)構(gòu)不同的美妙地方有不同的感受，所以在理性探索中也展示著不同的美學風格。發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的法拉第具有一種質(zhì)樸和簡單的美學風格，確立電磁場理論的麥克斯韋顯示出的是一種高雅和對稱的美學風格，提出實物粒子“波料二象性”理論的德布羅意（L V  de Broglie，1892-1987）展現(xiàn)了一種和諧和統(tǒng)一的美學風格，至于愛因斯坦，在他身上體現(xiàn)的是科學與藝術(shù)的完美統(tǒng)一。

在物理學發(fā)展的歷史長河中，物理大師們不僅發(fā)現(xiàn)了科學的理性之美，而且這種理性之美使他們在科學探索中得到了生動的審美感受，這些審美感受又進一步影響和推動了物理學的研究與發(fā)展。在科學研究中美學極具創(chuàng)造價值，它能帶來科學創(chuàng)造的靈感和智慧，喚起到未知領(lǐng)域探索的欲望，同時又可以指導人們怎樣去進行這種探索。物理大師常常把美作為一種重要的思想方法，以美啟真來尋找真理。正如海森伯（W K Heisenberg，1901-1976）所說：

“美是真理的光輝，探索者最初是借助于這種光輝，借助于它的照耀來認識真理的?！?/span>

錢德拉塞卡（S Chandrasekhar，1910-1995）因?qū)阈墙Y(jié)構(gòu)和演化過程的研究，特別是從理論簡單性和完備性的審美角度對白矮星的結(jié)構(gòu)和變化提出了精確的預言，從而榮獲諾貝爾物理學獎。錢德拉塞卡認為：

“美存在于科學研究的每個領(lǐng)域，追求科學美是探索自然界基本原理的最優(yōu)方法。”

他始終以審美者的姿態(tài)，將探尋美作為發(fā)現(xiàn)科學真理的不二法門。他從美與藝術(shù)的角度，分析人類探求真理的方式，認為科學在藝術(shù)上不足的地方，正是科學不完善的地方，并通過以美啟真的研究路徑，在多個研究領(lǐng)域做出了極具創(chuàng)新價值的工作。

不少物理學家堅信，自然是按照美來設(shè)計的，他們提出了美先于真的認識路線，在真與美的權(quán)衡中，棄真而取美。狄拉克（P A Dirac，1902-1984）的電子運動方程，具有非常優(yōu)美的形式，可它多出來的解與當時的真不符。狄拉克舍不得改動那優(yōu)美的方程，但必須給失真的解做出圓滿解釋，于是他又在對稱和諧的美學思想推動下預測了正電子的存在，3年后果然發(fā)現(xiàn)了正電子。這是科學史上一個以美啟真的典型代表。

愛因斯坦發(fā)現(xiàn)絕對時空不符合簡單性這一科學美的原則，于是他在追求更簡單的理論中建立了狹義相對論。廣義相對論雖然使質(zhì)量與能量、慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量、慣性系與非慣性系統(tǒng)一起來，但并沒有解決引力場同電磁場統(tǒng)一的問題。愛因斯坦認為場應(yīng)該能統(tǒng)一起來，認為從各種復雜的現(xiàn)象中認識到它們的統(tǒng)一性，那是一種壯麗的感覺，于是用了40年的時間探索統(tǒng)一場問題。因此，追求理論的統(tǒng)一性，也就成為了物理學大師們堅定不移的信念和始終不渝的目標。

著名學者李醒民先生在《論科學審美的功能》一文中指出，對科學家來說，科學審美具有比人們預想的還要大的功能。從外部講，科學審美是科學家從事科學探索的強大動機和動力；從內(nèi)部講，科學審美是推動科學進展的必不可少的力量——科學發(fā)明的突破口和科學理論評價的試金石。

美感實質(zhì)上是一種深刻的思想，它常常能在整體和更高的層面上把握事物的本質(zhì)，在科學創(chuàng)造中起到非常重要的作用，這是因為真與美之間存在著統(tǒng)一性，真的肯定是美的，而美的一定包含著真，也正因為如此，美才能啟真。