什么才算“美麗的實驗”？

編譯 高地雪

許多人可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)，“美”這個字眼在今天更有可能被科學(xué)家而非藝術(shù)家說出。當(dāng)代藝術(shù)家和藝術(shù)理論家?guī)缀跽J(rèn)為這個詞是不合適的，或許甚至不值得信賴。與此同時，科學(xué)家們卻對“美麗的理論”以及美麗的實驗贊不絕口。許多人聲稱，這種審美反應(yīng)與藝術(shù)引發(fā)的審美反應(yīng)沒有什么不同，但要確切地定義它的內(nèi)容，或是確定它如何被喚起，卻很困難。

一些科學(xué)家將美與對稱性聯(lián)系在一起——對稱性是現(xiàn)代物理學(xué)的一個核心特征——但他們無法調(diào)和這一觀點(diǎn)與藝術(shù)中的美學(xué)理論。例如，伊曼紐爾·康德（Immanuel Kant）的宣言就對它提出了挑戰(zhàn)：“所有僵硬的規(guī)律性（比如近似于數(shù)學(xué)規(guī)律性的那些）都有一些使人反感的東西”——我們很快就會對它的簡單性感到厭倦。雖然一些科學(xué)家堅稱，他們對美的概念是永恒、普遍的，但很少有人會對藝術(shù)下同樣的斷言。

一些哲學(xué)家認(rèn)為，科學(xué)中的“美”僅僅是真理的代行：真理必然是美的。若果真如此，那么這種所謂的審美判斷似乎有點(diǎn)膚淺，也很危險：我們可能會僅僅因為認(rèn)為某個想法美麗而過分信任它。

然而，有些科學(xué)家為這種觀點(diǎn)進(jìn)行了辯護(hù)。例如，英國物理學(xué)家保羅·狄拉克（Paul Dirac）聲稱，一個理論是否美麗比它是否與實驗相符更加重要，而愛因斯坦則表示，“我們唯一愿意接受的物理理論就是那些美麗的理論”。另一些人則對美的認(rèn)知是否能夠指引真實表示懷疑，動物學(xué)家托馬斯·亨利·赫胥黎（Thomas Henry Huxley）曾說，“科學(xué)的偉大悲劇”在于“一個美麗的假設(shè)被一個丑陋的事實抹殺”。

為什么“美”在被視為客觀的科學(xué)領(lǐng)域會是一個有效的描述詞？一種論點(diǎn)認(rèn)為，科學(xué)家的審美反應(yīng)刺激的神經(jīng)通路似乎與那些對藝術(shù)的審美反應(yīng)相同。但這并不像它看起來那樣有說服力。畢竟，性、食物和音樂都會激活大腦中相同的獎賞回路，但這并不意味著它們本質(zhì)上都是相同的活動，也不意味著其中一個可以替代另一個。沒有證據(jù)表明我們的大腦擁有某種與生俱來的、神經(jīng)層面的“美之回路”。

與“美麗的理論”這種觀念相比（這個評價常常被用于愛因斯坦的廣義相對論），實驗結(jié)果就不那么經(jīng)常被評價為“美”了。倒不如說，它往往是在得出結(jié)果前進(jìn)行的判斷，而且更多地針對實驗程序中體現(xiàn)的設(shè)計和邏輯。正如法國物理學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家皮埃爾·迪昂（Pierre Duhem）所說，實驗可以被視為具體的假設(shè)——而且，能夠高效、毫不含糊地轉(zhuǎn)譯假設(shè)的實驗對人們有一種吸引力，比如歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）對α粒子的研究中的實驗。就算如此，那些通常被認(rèn)為美麗的實驗，它們的“美”也多半有一部分要?dú)w功于事后的辯護(hù)?？赡苡性S多計劃周密、執(zhí)行完善的實驗因為沒有出結(jié)果、結(jié)果不夠好，或是無法被輕易解釋而被遺忘。

《美麗的實驗：插圖實驗科學(xué)史》（Beautiful Experiments: An Illustrated History of Experimental Science），菲利普·鮑爾著，芝加哥大學(xué)出版社，2023年9月出版

有了這個前提，實驗被賦予的美更多地在于它的執(zhí)行，而非結(jié)果。它與對某盤國際象棋的（專家級）鑒賞有一些共同之處，后者源于行棋之恰當(dāng)、策略之優(yōu)雅，以及迫使對手出某一手的選擇。

雖然17世紀(jì)的弗朗西斯·培根（Francis Bacon）曾發(fā)表過知名言論，稱實驗在一定程度上即對自然的脅迫，但按愛因斯坦所言，一次優(yōu)雅的實驗看起來更像是實驗者與自然合作揭示“某些深藏的事物”。一個美麗的實驗會整合可用的資源，揭示隨意檢查無法發(fā)現(xiàn)的事物。許多生物學(xué)家之所以認(rèn)為揭示了DNA復(fù)制機(jī)制的梅瑟生-史達(dá)（Meselsohn-Stahl）實驗是他們學(xué)科中最美的實驗，是因為它將一個看似不可能的難題——區(qū)分看起來結(jié)果相同的可能性——變成一個可解決的問題。

美作為一種學(xué)習(xí)和探索的手段

在實驗中，有許多潛在的美學(xué)要素：概念之美、儀器設(shè)計之美（尤其是經(jīng)濟(jì)性）、兩者之間的適宜性和經(jīng)濟(jì)性，以及解釋結(jié)果時的推理之美。

這些都是需要創(chuàng)造力和想象力的特質(zhì)——它們沒有定規(guī)。有些科學(xué)家似乎天生就擅長設(shè)計在美學(xué)上令人愉悅的實驗，盧瑟福就是其中最典型的例子。比起在理論中，這類優(yōu)點(diǎn)也許更容易在實驗中發(fā)現(xiàn)，因為它們往往不需要深奧的知識，而且明確地內(nèi)置于實驗中。

2015年著作《美麗之問：宇宙萬物的大設(shè)計》的作者、諾貝爾物理學(xué)獎得主弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）認(rèn)為，當(dāng)一個科學(xué)觀點(diǎn)的“輸出超過了你的投入”，那它所蘊(yùn)含的美就會顯現(xiàn)出來：這個觀點(diǎn)帶來了意想不到的新東西，揭示了超出預(yù)期的內(nèi)容。

這一觀點(diǎn)在應(yīng)用到實驗上時變得十分有趣，因為與理論相比，實驗的“可交付成果”更加明確：它的答案通常是一個簡單的是/否或這個/那個。然而，人們也可以在實驗的答案中找到極為豐富的內(nèi)容。比如，我們可以回想一下，1953年引導(dǎo)詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）解決了DNA分子結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)研究。人們普遍認(rèn)為，這種雙螺旋結(jié)構(gòu)本身就很美——克里克和沃森都使用過這個字眼，盡管傳統(tǒng)上禁止在書面文章中使用它——但正如兩人在他們的發(fā)現(xiàn)論文中狡黠地提到的那樣，它也展示了細(xì)胞分裂時DNA可能的復(fù)制方式。沒有人預(yù)料到這一結(jié)構(gòu)也會給后面這個問題提供如此顯而易見的答案。

也許我們不應(yīng)該太過努力地確定美在科學(xué)中的概念：試圖讓它變成一個可量化、可測量的參數(shù)可能會殺死它，就像活體解剖會殺死不幸的實驗室動物那樣。無論如何，美麗的實驗就如美麗的理論，很可能會擁有更強(qiáng)的說服力：當(dāng)然，自然就是這樣的！這里有點(diǎn)危險——我們不應(yīng)該被美麗蒙蔽。但是從定義上講，美麗的實驗幾乎就是好的實驗：它們清晰、明確，并且以一種合乎邏輯和有序的方式使用可用的手段。這無疑是實驗者應(yīng)當(dāng)努力追求的工作方式：美在這里也具有教學(xué)功能。所有的科學(xué)都必須與其時代相符，而好的科學(xué)能夠產(chǎn)生、也確實產(chǎn)生了會在后來被修正和取代的答案。

什么才算一個好的實驗？

科學(xué)總是被錯誤或未經(jīng)證實的實驗結(jié)論困擾。例如，1988年，由法國免疫學(xué)家雅克·本分尼斯特（Jacques Benveniste）領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家報告說，一種生物制劑的化學(xué)溶液即使稀釋到完全不再有活躍分子的程度，仍然顯示出了生物活性。本分尼斯特認(rèn)為，這表明水具有“記憶”——保留了溶解在其中的分子的印跡。盡管這份報告是真誠的，但其結(jié)果永遠(yuǎn)無法復(fù)制，如今，它被認(rèn)為是美國化學(xué)家歐文·朗繆爾（Irving Langmuir）所謂的“病態(tài)科學(xué)”的例證之一。

更好的做法或許是將這些結(jié)果視為糟糕的實驗。它們的設(shè)計方式排除了產(chǎn)生明確結(jié)果的可能性。有太多可能會影響結(jié)果的不可控因素?？茖W(xué)實驗的藝術(shù)在很大程度上在于使其具有辨別力：你需要找到一個可以嚴(yán)格探究你的假設(shè)、并可能將其徹底排除的方案。

工作中的藝術(shù)家 新西蘭物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福發(fā)現(xiàn)的α粒子來自一系列具有長久不衰的效率之美的實驗

科學(xué)家們經(jīng)常聲稱，他們的實踐受到“科學(xué)方法”的指導(dǎo)，這指的是由一個人提出一個假設(shè)，做出預(yù)測，然后設(shè)計一個實驗來對其進(jìn)行測試。但這是一種現(xiàn)代觀點(diǎn)，它是在20世紀(jì)初由約翰·杜威（John Dewey）和查爾斯·桑德斯·皮爾士（Charles Sanders Peirce）為首的“實用主義”哲學(xué)家們定下的。后來的科學(xué)哲學(xué)家，如保羅·費(fèi)耶阿本德（Paul Feyerabend），質(zhì)疑曾經(jīng)的科學(xué)是否也如此公式化，并認(rèn)為科學(xué)觀點(diǎn)在很大程度上同樣依賴于修辭技巧和說服，而不僅僅是邏輯和論證。

這讓一些科學(xué)家感到不安，他們堅持認(rèn)為“經(jīng)驗”——觀察和實驗——是真理的終極裁決者。然而，盡管從長遠(yuǎn)來看，與實驗觀察反復(fù)發(fā)生沖突的理論無法生存下去，但從短期而言，面對明顯的矛盾，理論家們堅持自己的觀點(diǎn)或許是正確的。更常見的情況是，對立理論的支持者可能會就某個實驗的解釋產(chǎn)生爭論。其中一方之所以能夠獲勝，并不是因為他們的解釋正確，而是因為他們更善于陳述自己的觀點(diǎn)。或者，一位科學(xué)家可能僅僅是因為提出了錯誤的問題，而從一個正確甚至優(yōu)雅的實驗中得出了錯誤的結(jié)論。

這一切都使得科學(xué)事業(yè)變得復(fù)雜、模糊、具有了社會性，但同時也使得它更加豐富、更具創(chuàng)造性、更輝煌地展現(xiàn)了人性。

資料來源Nautilus