物理学和生物学中的真与美( 三 ) 导语在数学和物理学等学科中

也就是说我们可能正在遭受确认偏误。实际上随着我们对宇宙的了解，事物会变得越来越复杂而不是更简单，甚至数学世界也会变得很狂野[10] 。还比如量子力学和相对论也要比经典力学要复杂得多。但它们也更丰富——解释了更多的数据并做出了重要的预测，让我们对宇宙有了更深入的了解，正是这种丰富性才更有意义。
物理学家保罗·狄拉克（PaulDirac）后来意识到了这个问题，并对物理信念进行了细微调整，认为爱因斯坦相对论的发现使得有必要将简单性原理改变为数学之美[5] 。
美因此越来越重要，尤其是对美的不同看法，会对我们如何对待科学以及认为什么是好的“解释”有重大影响。艾伦·图灵（AlanTuring）的形态发生理论就是一个例子。图灵提出，当空间的均匀态由形态发生子（morphogens）的扩散而变得不稳定时，可能会出现复杂的生物学斑图[11][12] ，这是一门在数学上优美通用的通论，被公认为对生物发展的理解的里程碑[13] 。以优雅的标准来看，这是一个很好的解释。

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图5.斑马条纹是一种典型的图灵斑图
然而，尽管图灵理论的威力很大，但它并不能解释任何具体生物斑图的形成。为此需要提供特别具体的细节：有哪些形态发生子参与其中？它们之间是如何反应的？它们是如何产生的？它们是如何降解的？它们扩散的速度有多快？细胞对此又是如何做出反应的？
对这些问题的回答并不能超然在外：它们共同构成了特定语境下另一种好的“解释” ，并提供了抽象理论所没有的丰富性和深度。
因此，尽管图灵斑图（TuringPattern）可以提供一个统一框架来思考一般的斑图，但图灵的模型（或事实上任何通用模型）都无法在任何特定情况下提供完整的解释。如果确实要完全将其验证为一种通用理论，那么必须提供在某些具体情况下确定的细节。
此外，我们现在还知道，其他各种机制在建立和稳定生物斑图中也很重要[14] ，图灵理论只是其中之一。生物学视角下的现实本质上是复杂的，在给定任何的背景下，原理和细节都很重要，完整的解释并不仅仅其中任何一个组成，而是将它们两者平衡地融合在一起。
未来
在物理学和生物学之间进行交叉研究是很困难的。
部分原因是众所周知的跨学科交流的困难：二者以不同的方式使用相同的术语，这自然会导致误解。然而只要有足够的时间和意愿，语言问题倒相对容易解决，我认为将物理学和生物学结合起来的主要困难不是语言或文化的差异，就在于我们认为有吸引力的东西——即美，不同的审美会影响我们提出的问题和所认为合理的答案。这个很基本但未被承认层面的差异会让彼此走上不同的科学道路，二者是很难统一的。也就是说，把物理学和生物学结合起来之所以是特别困难的挑战，是因为它涉及到要将两种不同的科学哲学方法连接起来，而二者又植根于两种相对立的美学观念。
但这并不意味着我们应该放弃以美为引导，对美的渴望是人性一个重要的组成部分，并在科学中发挥着重要作用。当然我们应该警惕将美作为成功的唯一标准，仅仅以认为有吸引力的东西来定义科学，有可能让我们变得肤浅，对美不同的概念，也有可能让我们变得主观和分裂。我们必须小心翼翼保持真诚，以诚实的态度寻求真理，我们必须在美和经验主义选择中取得平衡。

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图6.凤凰重生PhoenixReborn ， 2020年科学艺术图片大赛获奖作品，是脂质小泡、纳米管、生物膜聚集体在共聚焦显微镜下的成像（假色）
要做到这点，我们可能要有更广阔的视角以更好欣赏美的多种面向，认识到不同的美学观念能够帮我们阐明生活的不同方面，并承认即使是表面上肤浅的见解，比如我们小时候对数学形式美的粗浅欣赏——也是有价值的，它会激励我们去探索更深层次的真理。
这就需要我们发展出一种科学的同理心：理解并真正看到他人观点，并向别人学习的能力。那些物理出身的人，可以学会去更好欣赏错综复杂、相互联系和复杂的美，而非急于将其抽象化，这是生物学对物理学的馈赠；相反那些来自生物学科的人，可以学会去更好欣赏连贯、优雅、和谐的美，接受生命表面复杂背后可能隐藏着的简洁，这同样是物理学送给生物学的厚礼。