燈光落到染黑的壁上,
穿過細縫
於是那修長的光束直撲刻度尺,
來回搜尋,又逐漸停止振蕩。
流啊,電流,流啊,讓光點迅速飛去,
流動的電流,讓那光點射去、顫抖、消失……
這是一首帶有強烈抒情色彩的科學詩,作者是19世紀偉大的英國物理學家麥克斯韋(J. C. Maxwell),詩中描述了他在看過威廉·湯姆遜(W. Thomson)發明的鏡式電流計後的激動心情。
麥克斯韋在科學上的成就世人皆知,但其詩歌才能卻鮮為人知。實際上,麥克斯韋從小就在數學和詩歌方面表現出了傑出的才能,上高中時不但獲得了數學比賽第一名,而且獲得了詩歌比賽最高獎。麥克斯韋雖然只活了48歲,主要時間和精力在從事電磁理論的研究,但在他短暫的一生中卻寫下了許多動人的詩篇,有科學抒情詩,有愛情詩,有哲理詩,有諧趣詩,還有與友人的詩體通信。傳記作家坎貝爾(L. Campbell)和嘉萊特(W. Garnett)合寫的The Life of James Clerk Maxwell 一書中就曾收錄了麥克斯韋的各類詩作50餘首。
麥克斯韋的科學成就與他的詩歌才能究竟有多大關係,似乎沒有人做過深入的研究。但麥克斯韋一生對詩歌無比鍾情,詩歌貫穿了他的整個人生,始終陪伴他從少年、青年一直到中年病逝。在他的眼裡,似乎一切都可以用詩來表達,甚至包括艱深的科學理論在內,麥克斯韋也將其看成是美妙的詩——他曾激動地把法國數學家兼物理學家傅里葉的名著《熱的解析理論》稱為「一首偉大的數學詩」。實際上,麥克斯韋極其擅長用詩一樣簡潔、優美的語言來描述科學理論,他自己建立的麥克斯韋方程組又何嘗不是一首偉大的數學詩呢!
英國物理學家麥克斯韋。他於1871年被任命為劍橋大學第一位實驗物理教授,並成為卡文迪什實驗室第一任主任。
在物理學發展史上,麥克斯韋是在沒有進行任何科學實驗的情況下,僅依靠純抽象的審美判斷,就提出了電磁波假說並將光和電磁波統一起來的第一個人。他「把經典物理學的對稱性思想推上了新的高峰——從表觀上的對稱性提高到理論結構的對稱性」。
這種大膽的想像,如果沒有詩人敏銳的直覺是令人難以理解的!對此,奧地利物理學家玻耳茲曼(L. Boltzmann)就曾用歌德(J. Goethe)的詩句發出由衷的讚美:「是哪位神明寫出了這些符號?」愛因斯坦也毫不掩飾自己的敬佩之情:「在我的學生時代,最使我著迷的課題是麥克斯韋的電磁場方程。」
麥克斯韋的人生是科學的人生,也是詩意的人生,在科學與詩的對話中,麥克斯韋創造出了一個嶄新的世界。
然而,能夠在科學與詩的王國中自由對話的物理學家中,麥克斯韋並不是唯一的一個案例。在麥克斯韋同時代,還有一位物理學家玻爾茲曼值得一提——他是一個極富傳奇色彩的人物。玻爾茲曼不但是一位大物理學家,而且是一位有極高造詣的音樂家,還是一位了不起的詩人。玻爾茲曼的科學貢獻在於用分子運動論和概率論對熱力學第二定律進行的統計解釋,這個工作使現代物理學走向了宏觀和微觀的廣泛統一。也許正是由於自身物理學家的身份,玻爾茲曼對世界的認識表現出與那些純粹的人文主義詩人完全不同的觀念。當時,一些人文主義詩人認為,科學的進步摧毀了人們對大自然美的欣賞能力,玻爾茲曼反駁說,物理學家並不會因為懂得了美麗的彩虹是因為光的散射定律,而失去了對蔚藍色天空和紫紅色落日的感動——科學與詩可以在一個更深層次中進行優美的對話。
1875年,玻耳茲曼和他的妻子亨麗埃特以及他們的四個孩子。
難怪玻爾茲曼在其《力學原理》一書中,竟用一首詩作為開篇:
不懈探求真理,
表達力求清晰。
捍衛它直到生命的最後一息!
也許這是宿命的預言,玻爾茲曼「壯觀動人」(愛因斯坦語)的理論並未被當時的科學界所理解和接受,他情緒沮喪,鬱鬱寡歡,無法擺脫,1906年他在義大利一個海濱度假村,選擇了許多詩人的死亡方式——自殺,最終以悲劇結束了傳奇的一生。
而作為玻爾茲曼學生輩的的薛定諤(E. Schr?dinger)則要幸運得多。就在玻爾茲曼自殺的那一年,19歲的薛定諤考入了玻爾茲曼曾經任教過的維也納大學物理系。從科學譜系樹來看,玻爾茲曼是薛定諤的「師爺」輩。儘管薛定諤未能與這位傳奇的師爺謀面,但玻爾茲曼為維也納大學物理系奠定的學術傳統深深地影響了年輕的薛定諤。在大學期間,年輕的薛定諤選擇了連續媒質物理學中的本徵值問題作為研究方向,短短的四年後就以優異的成績獲得了物理學方向的哲學博士學位。1926年上半年,薛定諤一連發表了四篇關於本徵值問題的量子化的系列論文,系統地闡明了波動力學理論,奠定了近代量子力學的基礎。1933年,他與海森伯(W. Heisenberg)、狄拉克(P. Dirac)一起共同榮獲諾貝爾物理學獎。薛定諤的工作,在不長的時間裡即獲得了科學界的廣泛認可,從而名滿天下。
陳列在維也納大學主樓里的薛定諤雕像。
對於波動力學理論的成功,薛定諤掩飾不住自己的興奮之情,欣然賦詩明志:
永恆的行動和生活已經形成,
用溫柔的愛的束縛將你簇擁。
什麼在波動的幻想中躲躲閃閃,
與亘古長存的思想一起便高枕無憂。
薛定諤是睿智的科學家,也是一名傑出的詩人,他的曠世科學才華,對科學美的無與倫比的鑒賞力,澎湃的詩情與廣博的知識,都在他激情浪漫、揮灑自如的一生中得到了淋漓盡致的展現。
面對才華橫溢的薛定諤,量子力學的奠基人之一德國理論物理學家玻恩(M. Born)自嘆弗如:「(薛定諤)熟悉人類思想和實踐的許多領域,他廣博的知識像他敏銳的思想和創造力一樣是驚人的……我沒有能力描繪這位具有多方面才能的傑出人物的形象。他所涉足的許多領域我所知甚少——特別是在文學和詩歌方面。」
1949年,薛定諤的詩集在西德出版,其風格在當時的德語詩壇上別具一格,令人耳目一新。
在科學史上,受到繆斯女神鍾愛的科學家,遠非只有麥克斯韋、玻爾茲曼和薛定諤,還有許許多多知名和不知名的人物,他們在科學與詩的王國中穿梭往來,自由自在,創造出一個又一個智慧的奇蹟。
楊振寧 推薦序
這是科學與詩的對話,是情與理的對話,是不同知識體系的對話,是異質思維方式的對話,也是兩種文化的對話。這種對話,在人類思想史上永遠閃耀著智慧之美的熊熊火光。
《物理學之美》(插圖珍藏版),楊建鄴著,北京大學出版社,2019年2月出版,定價:69元
本文來源:科技導報
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《物理學之美》
作者:楊建鄴
《物理學之美》強調的不是現象之美,而是物理學理論之美,尤其是理論中的結構之美。
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