詩(shī)詞與科學(xué)（一）

韓倚云

詩(shī)是文化的皇冠鉆石，是最易接受、最能感人的文化珍品。民族的詩(shī)歌，是民族文化的璀璨標(biāo)志，正如美國(guó)大詩(shī)人惠特曼所講的，是“一個(gè)民族的最高憑證”。國(guó)際上很多大科學(xué)家，尤其是有原創(chuàng)性的科學(xué)家，對(duì)文藝都有涉獵。他們的文筆流暢，甚至可以媲美文學(xué)家的作品。其實(shí)，除了文藝能夠陶冶性情以外，文藝創(chuàng)作與科學(xué)創(chuàng)作的方法實(shí)有共通之處。此類科學(xué)家甚夥，茲不枚舉。

一、詩(shī)詞是最精練的科學(xué)語(yǔ)言

用一句話概括詩(shī)詞的特點(diǎn)，那就是：詩(shī)詞是一種語(yǔ)言（文字）“模型”。以一種最精練的科學(xué)語(yǔ)言，用最美好的、最富于高品位深情的，從而又最能延拓內(nèi)涵的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)由“觀”而生的人生感悟與人生哲理。詩(shī)，同語(yǔ)言的精、美、情不可分割。

“最精練”，精練到何種程度？精練到一字易不得，如同一個(gè)數(shù)學(xué)模型，每個(gè)變量和符號(hào)都易不得，看一個(gè)眾所周知的模型：

E=mc²

式中：E為物體的能量，m為物體的質(zhì)量，c為光的速度。

這是愛(ài)因斯坦著名的能量守恒定律，是造原子彈的原始理論基礎(chǔ)。式模型，每個(gè)變量之間都有一種內(nèi)在的邏輯關(guān)系，如改變其中任何一個(gè)變量、任何一個(gè)符號(hào)，都不再是愛(ài)氏“能量守恒定律”，此式精練到不能再減少一個(gè)變量、不能再減少一個(gè)符號(hào)。愛(ài)因斯坦通過(guò)大量的科學(xué)試驗(yàn)，同時(shí)又經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次推算、推導(dǎo)，從幾麻袋的推算草稿中，刪繁去冗而得到的最簡(jiǎn)模型。此模型的特點(diǎn)之一是“最簡(jiǎn)”，特點(diǎn)之二是“直觀”，所謂“直觀”，就是變量之間的邏輯關(guān)系一目了然，而且凡具有小學(xué)水平者，都能認(rèn)得此模型，而對(duì)此模型的理解程度，取決于個(gè)人的學(xué)養(yǎng)。

再看此模型的所包含的特征：首先，此式式合。是自然科學(xué)的邏輯關(guān)系模型。其次，此式韻美。狄拉克說(shuō)過(guò)：一個(gè)方程式美不美比符不符合實(shí)際更為重要。第三，此式情真。能準(zhǔn)確表達(dá)能量的本質(zhì)。第四，此式味厚。內(nèi)涵豐富，小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)生讀起來(lái)都不費(fèi)解。第五，格高。此模型極為重要，是狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)。

式模型，是經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)次計(jì)算與推導(dǎo)、無(wú)數(shù)次的合并同類項(xiàng)，而最終得出。而這個(gè)最簡(jiǎn)模型所包含的內(nèi)容卻達(dá)到了它的最大容量。

同樣，我們的詩(shī)詞也是如此：

白日依山盡，黃河入海流。欲窮千里目，更上一層樓。（王之煥《登鸛雀樓》）

這首詩(shī)僅僅20字，包含了作者豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)作者無(wú)數(shù)次琢磨、刪減而得到的模型，每個(gè)字之間都有內(nèi)在的邏輯關(guān)系。此模型精練到不可再減一字，每個(gè)字、每個(gè)符號(hào)都易不得。而且，也具有以下特征：首先，式合。符合五絕格律，平仄合，粘對(duì)合，韻腳合。其次，韻美。聲色、動(dòng)靜、對(duì)仗，鏗鏘上口。第三，情真。若無(wú)真切的情感，斷不會(huì)觀察如此之細(xì)。第四，味厚?？煞磸?fù)品味，可無(wú)限延拓。第五，格高。激勵(lì)人自強(qiáng)不息，奮斗永無(wú)止境。因此，此作膾炙人口，流傳千古。此詩(shī)字少，僅20字，特征之一，也是“最簡(jiǎn)”;特征之二，也是“直觀”。凡具有小學(xué)水平者，都能認(rèn)得此詩(shī)，而對(duì)此詩(shī)的理解程度，則取決于個(gè)人的感悟。

同時(shí)，詩(shī)人發(fā)現(xiàn)了一條客觀規(guī)律：“欲窮千里目，更上一層樓?！卑l(fā)現(xiàn)了這一規(guī)律，但是當(dāng)時(shí)卻無(wú)法解釋。后人讀到此詩(shī)時(shí)，得到了啟發(fā)，知道造成這種現(xiàn)象的原因是地球是圓形，若地球是立方體，決不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

通過(guò)以上對(duì)比，可以認(rèn)為：每一個(gè)數(shù)學(xué)模型都是一首詩(shī)，每一首詩(shī)都是一個(gè)最美的數(shù)學(xué)模型。至少，留傳至今的古人詩(shī)詞，都可比擬為某個(gè)數(shù)學(xué)模型。若非如此，詩(shī)的生命力也是有限的。

二、詩(shī)詞與科學(xué)的共同任務(wù)

詩(shī)詞與科學(xué)同源于實(shí)踐，共生于人腦，同來(lái)源于人腦。對(duì)客觀世界中實(shí)踐的反映，與對(duì)此反映的主觀加工，同產(chǎn)于外在世界與精神世界的，不可分割的結(jié)合與統(tǒng)一。詩(shī)詞與科學(xué)，都是深入現(xiàn)實(shí)，源于現(xiàn)實(shí)，超于現(xiàn)實(shí)。反映客觀世界及其真實(shí)性、唯一性。所謂“超現(xiàn)實(shí)”就是“夢(mèng)”，“夢(mèng)”是來(lái)源于生活而又高于生活的藝術(shù)境界。說(shuō)“夢(mèng)”是藝術(shù)中不可缺少的思維方式，但不能離“真”太遠(yuǎn)?！袄怼笔墙鈮?mèng)的歸宿，也是論事的目的。離開(kāi)了追夢(mèng)與思理，詩(shī)的生命力也是有限的。因此，詩(shī)詞與科學(xué)的共同任務(wù)是：用最美、最富有人情的語(yǔ)言，來(lái)認(rèn)知客觀現(xiàn)實(shí)、提煉大自然的本質(zhì)、探索大自然的規(guī)律性。

（一）認(rèn)知客觀現(xiàn)實(shí)

科學(xué)對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知表現(xiàn)在：以抽象的定量（數(shù)量）的模型或公式，面向某一類事物或現(xiàn)象，從各自的特殊、個(gè)性中，概括出它們的一般性、共性;從而在相應(yīng)的領(lǐng)域中有普適性，并能引導(dǎo)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)、適應(yīng)、應(yīng)用乃至改造具體的事物或現(xiàn)象。

f=ma

式中：f代表物體的受力，m代表物體的質(zhì)量，a代表加速度。是經(jīng)典牛頓力學(xué)基礎(chǔ)模型，從大量的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，認(rèn)知了力與質(zhì)量和加速度的線性關(guān)系。

同樣，類比詩(shī)詞，也是對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知，表現(xiàn)在：以形象的定性（文字、語(yǔ)言）模型，面向某類、某個(gè)具體事物或現(xiàn)象。深刻描敘、揭示其某特殊性、個(gè)性、側(cè)面;從而在相應(yīng)的領(lǐng)域中，寫出其普適性。因此，一般性、共性寓于特殊性、個(gè)性之中，從而留下了廣闊的空間，可供想象、思考、品味、領(lǐng)悟、開(kāi)拓。如李白的“兩岸猿聲啼不住，輕舟已過(guò)萬(wàn)重山”。杜甫的“無(wú)邊落木蕭蕭下，不盡長(zhǎng)江滾滾來(lái)”。這些詩(shī)句，無(wú)一不是通過(guò)個(gè)人的觀察和體悟，從不同的角度認(rèn)知客觀存在，由特殊而到描繪出一般，進(jìn)而延拓。再如韋應(yīng)物《滁州西澗》：“獨(dú)憐幽草澗邊生，上有黃鸝深樹(shù)鳴。春潮帶雨晚來(lái)急，野渡無(wú)人舟自橫?！边@首詩(shī)是通過(guò)個(gè)人的觀察與體悟，接受客觀存在性。

（二）提煉大自然的本質(zhì)

科技的一個(gè)重要任務(wù)是，從形形色色、千變?nèi)f化的大自然中，提煉出某種事物的本質(zhì)，而且這個(gè)本質(zhì)具有唯一性。“人工智能學(xué)”是提煉大自然本質(zhì)的典型例子。人工智能進(jìn)行“人臉識(shí)別”的依據(jù)是什么？是因?yàn)樘釤捔恕叭四槨弊畋举|(zhì)的特征，無(wú)論“人臉”如何化妝、如何老去，其“本質(zhì)”的特征不會(huì)改變。

人工智能的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，在數(shù)學(xué)里有一個(gè)分支：拓?fù)鋵W(xué)（topology），是研究幾何圖形或空間在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的一些性質(zhì)的學(xué)科。它只考慮物體間的位置關(guān)系而不考慮它們的距離和大小。在拓?fù)鋵W(xué)里，重要的拓?fù)湫再|(zhì)，包括連通性與緊致性。

筆者在做人工智能圖像識(shí)別研究中，建立了一個(gè)關(guān)于圖像識(shí)別的“特征不變量”模型：

Y=（y₁，y₂，…，y_n）y_i=x_i×φ_i，i∈{0，1，2，…，n}

經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明，使用式模型，可以很好地提取出一種定義良好的特征不變量，并且該特征不變量，可以較好地反映原始數(shù)據(jù)的本質(zhì)特性。將本模型的特征不變量用于圖像目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域，只要原始數(shù)據(jù)序列中包含了圖像目標(biāo)的必要信息，那么，本算法所提取的特征不變量，就可作為識(shí)別相應(yīng)圖像目標(biāo)的一種本質(zhì)屬性。它具有平移、旋轉(zhuǎn)及比例不變特性。

同樣，詩(shī)詞對(duì)大自然的提煉，是求神似還是求形似？答案很簡(jiǎn)單，自然是求神似。因?yàn)樯袼撇攀撬嚕攀翘崛×俗匀唤绲摹氨举|(zhì)”，而且這個(gè)本質(zhì)也具有唯一性。所謂“亂頭粗服，不掩國(guó)色”，是為了提煉出“國(guó)色”，而非停留在“亂頭粗服”的層面。詩(shī)詞又如同演戲，不能不像，不能真像。不像不是戲，真像不是藝。正乙祠戲樓聯(lián)云：“演悲歡離合，當(dāng)代豈無(wú)前代事;觀抑揚(yáng)褒貶，座中常有劇中人?！贝酥^也。

王安石《泊船瓜舟》：“京口瓜州一水間，鐘山只隔數(shù)重山。春風(fēng)又綠江南岸，明月何時(shí)照我還？”這個(gè)“綠”字為詩(shī)眼，這就是“提煉”，把詩(shī)人急切歸鄉(xiāng)的心情全盤托出。宋祁《玉樓春·春景》上闋：“東城漸覺(jué)風(fēng)光好，縠皺波紋迎客棹。綠楊煙外曉寒輕，紅杏枝頭春意鬧?！薄棒[”字是詩(shī)眼，這就是“提煉”，一“鬧”字點(diǎn)明春到枝頭這一客觀現(xiàn)象。再看下面的詩(shī)句：

清明時(shí)節(jié)雨紛紛，路上行人欲斷魂。

借問(wèn)酒家何處有，牧童遙指杏花村。

（杜牧《清明》）

世味年來(lái)薄似紗，誰(shuí)令騎馬客京華。

小樓一夜聽(tīng)春雨，深巷明朝賣杏花。

（陸游《臨安春雨初霽》首聯(lián)頷聯(lián)）

應(yīng)憐屐齒印蒼苔，小叩柴扉久不開(kāi)。

春色滿園關(guān)不住，一枝紅杏出墻來(lái)。

（葉紹翁《游園不值》）

春的本質(zhì)用“杏花”這個(gè)意象表達(dá)，“杏花”是“春”最典型的特征，可以稱為春的“特征不變量”。

詩(shī)詞中的藝術(shù)夸張手法，是提煉大自然本質(zhì)的有最效的一種方法，如同數(shù)學(xué)方法中，對(duì)本質(zhì)的特征進(jìn)行局部“放大”，而“放大”的目的是更突出本質(zhì)。李白《秋浦歌》：“白發(fā)三千丈，緣愁似個(gè)長(zhǎng)？不知明鏡里，何處得秋霜?！庇每鋸埖氖址ǎ釤捯粋€(gè)“愁”字。貫云石《雙調(diào)·渭江引·惜別》有云：“不是不修書(shū)，不是無(wú)才思，繞清江買不到天樣紙?！庇每鋸埖氖址?，提煉一個(gè)“思”字。

（三）探索大自然的規(guī)律性

王國(guó)維《人間詞話》把詩(shī)詞分為三種境界，第一境界：“昨夜西風(fēng)凋碧樹(shù)，獨(dú)上高樓，望盡天涯路?！钡诙辰纾骸耙聨u寬終不悔 ，為伊消得人憔悴。”第三境界：“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處?！?所謂的“探索”，便是第二種境界。

首先，我們看一個(gè)探索陰陽(yáng)、對(duì)偶的規(guī)律性事例。中國(guó)人已于《易經(jīng)》中探索出陰陽(yáng)的規(guī)律。西方人也講究對(duì)偶，事實(shí)上，希臘數(shù)學(xué)家研究的射影幾何就已經(jīng)有pole和polar的觀念。七十年前，物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)負(fù)電子的對(duì)偶是正電子，而幾何學(xué)家則發(fā)現(xiàn)光滑的緊致空間存在著龐卡來(lái)對(duì)偶性質(zhì)。同樣，在二十世紀(jì)九十年代，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的對(duì)偶是反物質(zhì)，明物質(zhì)的對(duì)偶是暗物質(zhì)，而且，據(jù)科學(xué)家推算，反物質(zhì)與暗物質(zhì)一定存在。

在詩(shī)中，如杜甫《又呈吳郎》：

堂前撲棗任西鄰，無(wú)食無(wú)兒一婦人。

不為困窮寧有此，只緣恐懼轉(zhuǎn)須親。

即防遠(yuǎn)客雖多事，便插疏籬卻甚真。

已訴征求貧到骨，正思戎馬淚沾巾。

這首詩(shī)中二聯(lián)是對(duì)偶。而且律詩(shī)每一首都要求對(duì)偶中二聯(lián)對(duì)偶，用對(duì)偶的水平直接影響著一首七律的水平。這和射影幾何pole和polar的觀念是一致的。

其次，再看對(duì)客觀規(guī)律的探索。文學(xué)家和科學(xué)家都想構(gòu)造一個(gè)完美的圖畫，但每個(gè)作者有不同的手法。文藝復(fù)興的科學(xué)家理文并重。他們也將科學(xué)應(yīng)用到繪畫和音樂(lè)上去。笛卡兒、伽利略到牛頓和來(lái)布尼茲這些大科學(xué)家們?cè)谘芯靠茖W(xué)時(shí)，都講究哲學(xué)思想，通過(guò)這種思想來(lái)探索大自然的客觀本質(zhì)。

以后偉大的數(shù)學(xué)家高斯、黎曼、希爾伯特、梵爾等都尋求數(shù)學(xué)和物理的哲學(xué)思想。黎曼創(chuàng)造黎曼幾何，就從哲學(xué)和物理的觀點(diǎn)來(lái)探討空間的基本結(jié)構(gòu)。至于愛(ài)因斯坦在創(chuàng)造廣義相對(duì)論時(shí)，除了用到黎曼幾何外的觀念，更大量地采用到哲學(xué)家恩斯特·馬赫（Ernst Mach）的想法。愛(ài)丁頓（Eddington）在1919年時(shí)用望遠(yuǎn)鏡觀察證明廣義相對(duì)論，證明了愛(ài)氏理論的正確性。

在詩(shī)詞方面，如屈原對(duì)太空的探索：

遂古之初，誰(shuí)傳道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢闇，誰(shuí)能極之？馮翼惟象，何以識(shí)之？（《天問(wèn)》）

從天地離分、陰陽(yáng)變化、日月星辰等自然現(xiàn)象，一直問(wèn)到神話傳說(shuō)乃至圣賢兇頑和治亂興衰等歷史故事，表現(xiàn)了作者對(duì)某些傳統(tǒng)觀念的大膽懷疑，以及追求真理的探索精神。

再如蘇軾對(duì)看問(wèn)題角度的探索，“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”（《題西林》）。說(shuō)明了只有上升到一定高度，才能把握事物的全局。再如辛棄疾對(duì)空間星體特征的探索：

可憐今夕月，向何處，去悠悠？是別有人間。那邊才見(jiàn)，光影東頭？是天外，空汗漫，但長(zhǎng)風(fēng)浩浩送中秋？飛鏡無(wú)根誰(shuí)系？姮娥不嫁誰(shuí)留？（《木蘭花慢》上闋）

詞人已觀察到某種現(xiàn)象，并努力追索天體的客觀規(guī)律性。

科學(xué)需要實(shí)驗(yàn)、需要證明，文學(xué)卻不需要這么嚴(yán)格，但是離現(xiàn)實(shí)太遠(yuǎn)的文學(xué)，終究不是上乘的文學(xué)。