物理学和生物学中的真与美( 二 ) 导语在数学和物理学等学科中

这种观点并非没有依据，物理学上很多重大发现，基本上都是在以美为指引的信念下做出的。默里·盖尔曼（MurrayGell-Mann）曾谈到，在1957年他和同事们是怎么大胆地提出了一种新的弱力理论的。当时这种理论与大量的实验证据相矛盾，但是“因为我们认为它如此美丽，所以一定是对的！”[4]在这个更大胆的主张下，美不仅可以用来指引真实，甚至还可能胜过经验观察。而值得注意的是，最终实验被证明错误，是他们对了。

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图2.2020年11月出版的NaturePhysics期刊封面，通过复杂介质来揭开纠缠
盖尔曼大脑内侧眶额叶皮质深处的活动引发了对宇宙基本结构的洞见。他对数学之美的欣赏和信念，有证据表明这种情感是值得信赖的，并有助于我们更好地了解世界。可见美可以作为比经验更可靠的指引。
然而并不是所有科学家都这样看问题的。
由于生命系统异乎寻常地复杂，相比于物理，生物学家往往更关注特殊的情况，而对一般化的美的观念（如优雅）关注甚少。乍一看这似乎意味着缺乏想象力，将生物学归结到了单纯的“集邮”科学[6] 。但这种有色眼镜是不公平的。生物学家对细节的偏爱并非因为缺乏审美意识，事实上最好的生物学所需的想象力、创造力不亚于最好的物理学所需要的洞察力，相反，它源于美和真理的另一种科学视角。
从生命科学视角来看，有两点值得注意。
首先，生物学通常是务实的。生命系统千差万别，每种都有自己的特殊细节：骨细胞不同于脑细胞，它们以另一种方式表达彼此共享的基因组，并与细胞外环境发生不同的相互作用；蚂蚁和猿类不同，它们具有各自独特的生理机能，源自它们不同的生态位和特定祖先。这些错综复杂的问题，只有通过细致的观察和明确的定义才能被正确理解。它们不容易被归为某个整齐划一的理论。甚至在许多生物场景中，特定的细节至关重要，甚至比原理更重要。例如，在药物发现中，更重要的是药物分子作用方式的精确细节，而非引起它们的原理。一代代一丝不苟的生物学家们专注于实用主义研究使我们的社会受益匪浅——从医学和医药的进步，到对生物多样性和生态系统所提供的服务的更好理解，这些都不该被贬低。

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图3.宝塔花菜的形态呈现出分形结构
但除此之外，还有一个更深层的欣赏的原因。生物学家和物理学家一样，对自然的美也有深刻的理解，只不过他们对美的另些方面更具细致的敏感性。例如在很多人看来，美并不是首先出现在抽象中，例如优雅、简洁或数学证明等概念中，而是在自然的当下，从眼前非凡的多样性中呈现的，就像达尔文所描述那样， “无尽之形最美、最奇妙”[7] 。因此物理学家可能会在简单性中看到美，但生物学家则可能会在交互关联、互利共生和复杂性中看到美。
毫无疑问，这也和生物科学的教学方式有关，与物理学科训练相比，生物科学通常很少重视数学。但这不是唯一的原因，生物学家更习惯于沉浸于自然世界的错综复杂中，所以会比爱寻求普遍性理解的物理学家要更适应自然的模糊性和复杂性。而且，这种沉浸感会引起了一种类似于物理学家在看到优雅时所感受到的那种美或敬畏效果。所以不仅可以接受，我们还应该庆祝，自然如此丰富美丽，值得我们珍惜。
事实后果
以上只是笼统概括，毕竟实际上许多生物学家也欣赏优雅，许多物理学家也欣赏复杂。然而阐明这两种观点是有帮助的，它们关系到许多实际理论后果。
尽管生物学中存在总体性原则塑造了生物学家对待科学的方式——例如，诺贝尔生物学奖获得者保罗·奈德斯（PaulNurse）就在他的最新著作《生命是什么？》[8]中概述了五个这样的观念，但人们依然可能会对其理论基础的不信任而持怀疑态度，因为这些抽象总结往往没有充分考虑到生物学细节。

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图4.诺奖得主保罗·奈德斯的新书WhatIsLife？
用神经学家奥利弗·萨克斯（OliverSacks）的话说，许多生物学家“看到了宏大理论的兴起，然而又被坚固的事实推翻”[9] 。因此物理学家欣赏的那些优雅理论，生物学家可能会认为其过于简单了。这种异见并非没有道理，事实上尽管简单性原则经常被作为指引，但它并没有明确的历史，其在物理学中的突出地位可能是由于一种浪漫主义：偏好于证明规则的实例，而排除否定规则的反例。