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2017年7月6日星期四

徐一鸿巴黎「自由谈」沙龙演讲:可畏的对称——自然设计的终极之美

正值美籍华裔物理学家、科普大师徐一鸿先生(A. Zee,阿热)受法国政府之邀,担任本年度帕斯卡(pascal)讲座访问教授,在巴黎高等师范学院(Ecole Normale Supérieure)和理论物理所(The Institut de Physique Théorique in Saclay)讲学之际,巴黎「自由谈」沙龙于月前荣幸邀请一鸿先生莅临演讲,题目是:「可畏的对称――追寻现代物理学之美」,其焦点是关于对称,统一的审美观――"这正是基础物理学家看待大自然的观点"(徐一鸿语,下同)。

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一鸿先生魅力着装在沙龙开讲。(胡嘉兴 摄)

徐一鸿先生的代表作「可畏的对称」,问世30年来,历久不衰,犹如智慧的箭头,穿越时空,在欧美、亚洲各国得到业界人士和读者的高度评价和喜爱,引起人们仰望星空,"了解造物主的思想"(爱因斯坦语)、探寻美的热望。在当下这个一切都如闪电般快速生灭递减的网络世界,这实在是值得庆贺的!

诺贝尔物理学奖得主李政道先生称「可畏的对称」为"卓越的表达,杰出的成就"。他说:"作为著名物理学家和富于写作技巧的作家,徐一鸿讲述了现今的理论物理学在追求自然的美和单纯性的过程中如何追随爱因斯坦的动人故事。本书以一种崇高和欣赏的心情描述了20世纪物理学的伟大进展和成就。我们怀着敬畏站在近代物理的无际的视野之前――这是人在智慧历史中最伟大的篇章之一。"

接踵而来的,是一鸿先生应邀在世界多国演讲。对他来说,尤以登上美国、德国、加拿大、印度等地的文学和艺术学院的殿堂最让他感到骄傲。

对称,是探寻美和智慧的原则
徐一鸿先生祖籍上海,1945年生于昆明。他家学渊源,自小随父母四处迁徙,游历于中西文化文明之中,养成了他的广泛兴趣和好奇心。

一鸿先生早年求学美国普林斯顿大学,1970年获哈佛大学博士学位。现为美国艺术科学院院士,加州大学教授,美国国家理论物理研究所永久资深研究员,是迄今为止唯一获此资格的华裔科学家。

作为物理学界的传奇人物,徐一鸿先生的研究领域十分宽广。他的格言是:做一个在各个领域都有贡献的科学家,而不是做一个狭窄领域的专家。"我的整个学术生涯都在强调物理普适性(universality of physics),很多概念都可以跨领域地应用"。自1972年寻找渐近自由 (asymptotic freedom) 性质的量子场论研究方向至今,他在物理学专业的多个领域都做出了杰出而具有先驱意义的贡献。

与此同时,一鸿先生数十年来孜孜不倦地从事教科书和科普著作的写作,成就赫然。他认为, "你为什么要看科普书,就好比说你为什么要看文学书,要听音乐。"而他本人,早在普林斯顿大学就读时,一半时间主修物理,一半时间则用来主修艺术史。他的科普著作《可畏的对称》、《爱因斯坦的宇宙》(原名《老人的玩具》)、《吞云》等,从基础物理学的美学原理出发,涵盖了天文地理,文学艺术,音乐舞蹈、建筑设计等多种元素,行文幽默风趣,睿智严谨,有很强的知识性和思辨性,从中可看出其深厚的文化底蕴和文学造诣。

「可畏的对称」,书名源自英国18世纪首位浪漫主义诗人、版画家威廉.布莱克(William Blake,1757年11月-1827年8月)的诗作《老虎》:

老虎,老虎,燃烧的老虎
在这个森林的夜晚里,
是什么不朽的手或眼,
构成了你可畏的对称

这里寓意,在入夜的森林里,燃烧的老虎,引领物理学家探寻自然设计的终极之美。

 

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「可畏的对称」封面之"燃烧的虎"。(家纬提供)

是日,一鸿先生身着虎图外套,神采独具。他开场直白:对称是物理的基本概念,是跨领域的,在艺术、音乐、舞蹈、物理、数学之中,随处可见。"我在这里不是解释物理,而是告诉大家,为什么包括我在内的物理学家要做物理――我更有兴趣向读者传达的是,基础物理学在智能上的大架构,而不是事实陈述的内容。爱因斯坦曾经说过: '我想要知道上帝是如何创造这个世界 。我对这个或那个现象都不感兴趣。我想要知道造物主的思想,其他的都是细节。'"

一鸿先生坦言自己非常倾心于爱因斯坦的这个感想。在他看来,"当绝大部分的当代物理学家从事于解释具体现象之际(且理当如此),仅一个小群组――爱因斯坦的卓识后代,变得更加雄心抱负。他们走进了入夜的森林,探寻大自然的基础设计,而且,他们以无限的傲慢之姿,声称已经惊鸿一瞥了――对称,即是引领该探寻的基本原则。"

"回家的路上没有方向"

一鸿先生指出,物理学家所说的美,"是讲几何的朴素的美,一种非常严格的对称。"他说:在基础物理学里, "美"跟"真" 绝对是有很大关联的。"如果我得到了一个很丑陋的终极理论,我就会觉得不太对"。

面对与科学"隔行如隔山"的人文学人和艺术家,一鸿先生首先澄清中国人的一些模糊认识,如科学与技术不分(误称为"科技")、对称与相对论不分、数学与物理相混等。同时他以浅显易懂的语言,为我们梳理几个基本概念:

内在对称与外在对称:一鸿先生强调,一定要区分内在对称与外在对称,这是他当年在哈佛读博士时的最大收获。古希腊人很伟大,但是犯了一个严重的概念性错误,就是将内在对称与外在对称混在一起。受其影响,埃及、巴比仑文化对此都没有区分,认为行星的轨道是圆的,是完美,而实际上是椭圆的。

空间对称(又称时空对称):就是左右与上下,是爱因斯坦将时空引入对称。一鸿先生认为,爱因斯坦的狭义相对论(special relativity,1905年),"使我们对时间和空间的认识发 生了一场革命,第一次发现了大自然中隐藏的对称性。"

在此,一鸿先生引述宋朝诗人陈与义《襄邑道中》一诗,来加以阐释。诗曰:

飞花两岸照船红,
百里榆堤半日风。
卧看满天云不动,
不知云与我俱东。

这里是说两个人没有办法确定谁在动,谁不在动。理论物理学家的结论是:物理的定律可以完全对称,但定律的外在表现就不完全对称。基础物理学家"感兴趣的是物理定律的对称性,而不是具体物体的对称性。"牛顿力学方程式没有物理之美,只是爱因斯坦力学的"近似"。苹果不是掉下来的,而是"落向地心"。创造宇宙的人没有上下这个概念,而是所谓轴向对称(或旋转对称)。如同美国著名摇滚乐歌手、2016年诺贝尔文学奖得主鲍勃.迪伦(Bob.Dylan)的歌词所说:回家的路上没有方向。

自动的破坏:爱因斯坦有句名言,如果他是创造世界的,他会不会把世界创造成这样?一鸿先生请大家设想,如果你是创造宇宙的,你会面对一个不可能的任务:一方面做成一个很有趣的东西,另一方面,如果设计不完全对称,会被物理学家称为没有对称,没有美。问题是,对称跟动力是相反的,艺术上完全对称就很不美。例如建筑物的顶,从正方形到八角形,最上面又是圆的,越来越对称。例如镜像的物质与反物质、双龙图。再如齐白石的印刻、中国民间的客家村落、长篇小说「尤利西斯」等等。艺术家有感悟,不可能完全对称,这就是物理学上所称的不完美的审美观。

到达涅磐的"八正道"
"基础物理学的雄心在于用一个基础定律来代替为数众多的唯象定律,以达到对自然的统一描述。"一鸿先生说,在这方面,20世纪的物理学家,发挥了极大的作用。

德国物理学家海森堡(Werner Karl Heisenberg,1901年12月5日—1976年2月1日),于1930年代提出的同位旋概念("质子-中子"的转动),是继爱因斯坦之后一个里程碑式的发现。他论证了爱因斯坦的理论,推断出隐藏在大自然设计中的对称性,提出"破裂的对称"概念。

受海森堡的影响,产生了李政道、杨振宁"左右不对称"的重要发现,从而获得1956年诺贝尔物理学奖。值得一提的是,这项实验是被誉为"中国的居里夫人"、杰出的美国物理学家吴健雄(Chien-Shiung Wu,1912年5月31日-1997年2月16日)女士做的,自此,颠覆了由实验产生理论的逻辑。吴健雄这位生于清末江苏太仓一个开明书香世家的奇女子,她的研究领域及成就,即便在美国物理学界,也属凤毛麟角。一鸿先生有幸与吴健雄女士相识并进行过访谈,他不无敬佩地回忆:"吴女士精力旺盛、容貌美丽、仪态华贵。她给人的形象就是人们对一位首席实验原子核物理学家所有的完全学究化的形象"。有个小插曲,至今印象深刻:有人问吴女士在中国这个男尊女卑的社会,是否经历过不平等待遇?吴女士笑答:在中国完全没有,但在美国就有。"可见,那个时代,中国的另一面也是很开放的"。一鸿先生感叹道,欣悦之情,溢于言表。

今年四月中旬,一鸿先生应以色列特拉维夫大学(Tel Aviv University)邀请,在物理学家尼曼(Y.Neemann,1925-2006)年度纪念会上演讲。尼曼不仅是杰出的物理学家,也是著名的以色列外交官。1960年代,尼曼和美国天才物理学家默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann,生于1929年9月15日)独立提出了夸克(Quark)模型,建立3x3-1=8的方程式(意即"8"可以转来转去),并效仿佛教到达涅磐的"八正道"(即:正见、正思惟、正语、正业、正命、正精进、正念、正定),命名为"八正法",由此荣获1969年度诺贝尔物理学奖。

 

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徐一鸿(左二)在物理学家尼曼年度纪念会上,右二为90高龄的尼曼夫人。(家纬提供)

这就是"群论"概念在对称上的应用。所谓高等物理,就是越来越简单,越来越统一。中国剪纸和对联就是很好的例子,看见一边,便知道另一边,而中国艺术中的对联文化则是西方文化中所没有的。

此外,由对称所延伸的探讨还有,"要有光,为什么有光?"、"寻找自由"、"时间的反演"等。

一鸿先生的沙龙演讲,配有上百幅珍贵图片同步播出,丰富通达,生动有趣。先生旁征博引,激情四射,谈吐间僵化的思维定势灰飞烟灭。原本40分钟的演讲,延长到一个多小时。互动讨论阶段,一鸿先生的问答反应,睿智坦白,言辞犀利简洁,极具穿透力。诸如线性时间在物理学里可否用其它方式来构想?海森堡"诗一样的理论",是否可以带入文学?如果说对称是上帝创造宇宙的一个法则,那么以人为尺度的对称,是不是可以成为我们创造人类自己的一个法则等等。

燃烧的猛虎变得生动和有人性

一个有趣的现象是,「可畏的对称」一书,在各种文字、版本的翻译中,体现出不同文明、文化观念的深层碰撞。例如徐一鸿先生从著名物理学家魏格纳(E. P. Wigner,1902年11月17日-1995年1月1日)的论文「数学在物理科学上不合理的效用」中得到灵感,思考为什么是"不合理的效用",著文「对称在物理学上不合理的效用」。正是这个"不合理",开启了另一扇窗。然而,台湾版的中文译本则将"不合理"删去了!译者潜意识中是否受孔子儒家的影响,想当然地认为不会"不合理",而有意忽略了这个关键词呢?不得而知。

这种文化差异,同样体现在标题和封面上。如日本、韩国、德国,标题从最早的"可怕的对称",译成现在的"可畏的对称",一字之差,后者显然更符合原意。封面设计"燃烧的老虎",因了审美差异或其它,也是变化多端,各显其妙。比如台湾版,爱因斯坦与"燃烧的虎"同时出现在封面上,似乎可以堵住动物保护主义者的责难,爱因斯坦成了"护虎符"。另外,各种版本的"盗版",在某种程度上似乎比正版更尊重原著。凡此种种,不一而足。

问题在于:"科学能否解释生命,也就是说,在理性思维的范围之外,是否存在一个'生命力'。人类意识是否仅仅是 一束神经彼此交换电磁脉冲?能思维的人脑是否仅仅是夸克、胶子和轻子的集合? "一鸿先生不这样认为。他说:"作为物理学家,我没有足够的 傲慢认为物理是无所不包的。当他设定世界的对称作用量时,他在里面看到人类意识了吗?意识是作用量的一部分吗?或者它是在对称作用量范围之外?"在此,一鸿先生讲述了一则颇具寓意的"渔村故事":著名英国天体物理学家爱丁顿爵士(Arthur Stanley Eddington, 1882年12月28日-1944年11月22日),晚年曾被一个奇怪的念头所困扰,他这样形容:"在海边的一个小渔村里,一个爱好科学的渔民提 出这样一条关于海的定律,即所有的鱼都比 1 英寸长。但他没有认识到,村里 所有的渔网的网眼全是 1 英寸的。" ――那么,物理现实在从我们的网中逃遁吗?我们的网能抓住意识吗?科学家的思考与追问,意味深长。

近距离聆听大师幽默精辟、触类旁通的精彩演讲,我们这些所谓"有知识的外行",受益匪浅,敬畏油然。首次参加「自由谈」沙龙的特邀嘉宾、巴黎索邦大学文学博士徐磊先生对主持人说:徐教授所讲述的一些理论已升华为跨领域的准则,在引发我极大兴趣之余,更可作为个人研究的借鉴。普林斯顿大学艺术和考古学讲座教授约翰.儒波特.马丁曾说:"对如我一样从未接触过近代理论物理的外行来说,徐一鸿的书,就如一盏明灯。我发现,一旦把握住'将对称作为美和智慧的原则'的概念,在他引导下也能知晓过去我一无所知的宇宙设计方面的一些知识。"对此,大家深感共鸣。

 

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一鸿先生与沙龙朋友合影,右三为他的夫人家纬女士。(胡嘉兴 摄)

感谢一鸿先生,在芸芸众生中,避免陷入"这个跟那个现象",而将探寻"造物主的思想"作为"天职",才有了极具启蒙意义的传世之作「可畏的对称」。李政道先生称该著"以最易理解的、最生动的方式讲述近代物理和当代物理学家的故事。它使'可畏'的对称性变得简单和易懂,使燃烧的猛虎变得生动和有人性"――这是科学家对科学家最纯粹而深情的致敬!

爱因斯坦在「我的信仰」中说:"我们所能有的最美好的经验是奥秘的经验。它是坚守在真正艺术和真正科学发源地上的基本感情。"在巴黎「自由谈」沙龙进入21周年(1996-2017)之时,一鸿先生的开篇演讲,与我们分享和传递了他作为坚定守望者的经验和感情,可谓弥足珍贵!

2017年5月于巴黎三昧聊斋

参考资料:

「可谓的对称」(作者:徐一鸿,清华大学出版社2013年第2版)。

「时间反演与自转的电子」(作者:徐一鸿,「赛先生」2016年12月12日"当阿热遇见赛先生"专栏)

「专访徐一鸿:从物理大家到科普大师」(作者:许岑珂,「赛先生」2016年11月7日)

(香港「前哨」7月号首发)作者提供

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