張雙南教授主張美的判斷標準是「沒缺陷、不常見」，那如何解釋斷臂維納斯呢？
首先感謝您的提問和邀請。您提的這個問題，我在很多演講裡面都回答過。我就在下面貼出來我今年年初的一次演講的現場記錄文稿，裡面也專門針對這個問題做了回答。您如果不想讀全文，可以直接跳到關於斷臂維納斯的那一段。
聲明：由於太忙，我沒有時間讀我回答後面的評論和發給我的私信，當然也無法回答評論裡面提出的問題和回復私信。如果您希望我回答您的問題，請在悟空問答提出，然後邀請我回答，我會在方便的時候挑一些問題回答。但是在提問之前請先看看我以前回答過的問題，我不重複回答問題。謝謝！
目錄導語：美是什麼？這個字在不同的人心中有著不同的定義，從柏拉圖到復旦大學朱立元教授跨越了2500年的思考，都只能發出感嘆「美是難的」，然而張雙南教授本著科學的質疑精神，提出美的要素就是要同時滿足「沒缺陷」和「不常見」兩個條件。
導讀：張雙南教授認為愛因斯坦的廣義相對論是最美的，因為它的理論性、實用性沒有缺陷，至今100多年依然沒有被發現錯誤，而且它很不常見，它是第一個提出引力的本質是質量導致時空彎曲，彎曲的時空決定了一切物質的運動，它還預言了包括黑洞、宇宙膨脹、引力偏折效應和引力波等天體和現象。而在2016年公佈的探測到引力波，就是當之無愧的2016年年度最美科學事件。
全文經典語錄一句：沒缺陷不常見纔是美！
張雙南，博士生導師，中國科學院高能物理研究所研究員，中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任、中國科學院大學教授、國家天文臺兼職研究員和空間科學部首席科學家、新疆天文臺兼職研究員、國防科技大學兼職教授。清華大學學士，英國南安普敦大學博士，美國賓夕法尼亞大學博士後。入選國家基金委傑青、教育部長江特聘教授、國家「千人計劃」特聘專家。獲得趙九章優秀中青年科學獎、義大利Ferrara大學「哥白尼科學家獎」。研究領域為黑洞、中子星、宇宙學和空間天文。發表審稿論文兩百多篇，引用近七千次。擔任2016年9月發射的天宮二號空間實驗室伽瑪暴偏振實驗和2017年6月發射的「慧眼」天文衛星等重要空間科學項目首席科學家。
演講題目：來自宇宙深處的黑洞爆發大家新年好，今天是2017年的第一天，非常有意義，今天我們早晨來的時候就注意到天氣不是太好，霧霾比較大，大家還堅持來到講堂說明大家是真愛這個講堂。我今天很高興應邀來跟大家分享一下，來自宇宙深處黑洞的爆發，今天這個講座前面一部分會重點講文化方面的，主要是講美學，然後從美學的角度再帶著大家一起來欣賞廣義相對論和引力波還有黑洞之美。所以今天主要是講文化方面的，技術方面的、科學方面的我會講的稍微淺一點，主要是考慮到在座聽眾的背景會比較廣泛，可能大家的興趣也比較廣泛一些。
我們知道2016年2月11號，有一個重大的科學新聞發布出來，就是美國的LIGO，激光干涉引力波天文臺，它是以美國為主的國際團隊，他們發布了一個震驚世界的科學新聞。愛因斯坦100年前預言的引力波在100年之後終於被宣佈探測到了。我下面來給大家簡要的放一下當時的這個視頻。
圖1：引力波信號
這個圖片【圖1】的縱軸實際上就是引力波強度的幅度，整個引力波信號在這個探測器裡面只持續了不到一秒鐘，那它看到的是個什麼情況呢？或者說我們聽到的是什麼情況呢，聽到的是兩個黑洞在宇宙的深處，先是相互繞轉，最後併合在一起爆發產生的引力波信號，所以我今天的題目是來自宇宙深處黑洞的爆發。這個爆發是在離我們13億光年遠的地方發生的，也就是說這個爆發發生在13億年前，這兩個黑洞相互繞轉併合產生了引力波，引力波產生之後經過了13億年的旅行最終到達了我們地球。它對我們地球產生的影響，就是它會讓地球的形狀稍微改變一點。實際上它變化的程度非常非常小，這個引力波探測器非常靈敏。
圖2：引力波探測原理
引力波探測器是由兩個臂長4公里的儀器組成的，當引力波到達的時候，它會讓臂長會發生變化，一邊變長，一邊變短。他們探測的原理【圖2】，就是從激光器裡面發出激光，這個激光經過遠處的4公里遠的這個鏡子反射。當然它是經過了兩邊的鏡子反射之後，又通過中間這個鏡子透射過來，最後到達了這個探測器的位置。探測器上看到的，就是由於臂長的變化使得這兩處光之間產生了一種干涉的現象。這個探測器所看到的距離的變化是一個原子核的千分之一那麼小的變化，這非常非常小的距離的變化被竟然他們探測到了。
這個新聞發布前後，我一直在密切關注著這件事情，這是我在我的朋友圈裡面2月11號的早晨所發的一個貼子，我說北京時間今天晚上，引力波天文臺將會發布新聞，在學術圈裡前面有一段時間大家已經在傳這麼一個謠言，說他們很可能看到了引力波，所以我推測到這個實驗會在那天宣佈他們探測到引力波結果，所以我就寫了一首詩，這首詩是引力波和糾纏態，當然我今天重點不是講糾纏態，糾纏態是量子力學的事情，我是在這首詩裡面把引力波和量子力學的現象給它放在一起來表達我的心情。我不是熬夜的人，所以沒有等11點半的新聞發布，因為新聞發布之後還有記者問答，時間比較長，加上第二天還要上班，所以我沒有等它。
第二天早晨我起牀之後，果然這個引力波的新聞已經發布了，我就立刻寫了一篇文章，這篇文章叫做美猴王駕到，引力波的八卦終於可以說了，這篇文章被放到了高能所微信公眾號上面。過了一段時間社會上出現了一件非常有趣的事情，我後來也為這件事情也寫了一篇文章。出現了什麼事情呢？我們知道天津的一位下崗工人他參加一個電視節目的一段視頻被媒體給挖出來了，這個下崗工人在這個節目上面說他有一個引力波理論，他有一堆的儀器可以探測引力波等等，當然他這個說法就受到了評委的質疑，評委說你這個完全沒有任何科學根據，完全是偽科學。媒體就把這一段視頻拿出來炒作，說本來這個天津下崗工人應該獲得諾貝爾獎的，你看引力波已經探測到了，由於這幾位專家的質疑，使得這應該由中國人獲得的諾貝爾獎就失去了，和這個諾貝爾獎就交臂而過。所以我就寫了這篇文章，我說完全不是這回事，這個天津工人說的引力波和我們物理學上說的引力波一點關係都沒有，而更和人家LIGO團隊所探測到的引力波一點關係也沒有。這就說明我們的媒體並不理解什麼是科學，當然也不理解什麼是科學研究，更不知道什麼是引力波。
這篇文章我是從中國傳統文化講起的，用兩小兒辨日的故事，從杞人憂天的故事等等，從中國傳統文化講到科學方法講到現代科學，就是回答一個問題，什麼是科學。這篇文章後來傳播量非常廣，據說轉發量有幾百萬次。但是這也不是今天我要給大家重點介紹的，我今天給大家介紹的還是這個引力波，尤其是美猴王。我為什麼把引力波叫做美猴王？我說在2016年這一天的時候，我宣佈我的猴年願望之一實現了，這也是一個小的故事。在這之前有一個媒體採訪我，說2016年新的一年，你有什麼願望。我說我有三個新年願望，第一個我就是希望能夠看到LIGO團隊宣佈他們發現了引力波，所以我第一個願望就實現了，美猴王現身了。那麼這個「美「就是今天下面要給大家講的，為什麼我把這個事件叫做「美」的猴王。
美是什麼？我最近一兩年都在講一件事情，都在講11月25號是最美的日子，為什麼呢？有兩個原因，一個是100多年前也就是1915年的時候愛因斯坦發現了他的科學理論廣義相對論，這個理論我把它稱作是最美的科學理論。我等一會兒也會給大家介紹我為什麼把這個理論稱為最美的科學理論。另一個原因是，25年前的同一天，11月25號世界上誕生了最美的一個女孩，這個女孩當然是我的女兒。科學理論的美、廣義相對論的美和我的女兒的美，他們之間什麼關係，為什麼我們都用美這個字來表達？換句話說美到底是什麼？
當然思考這個問題的人非常的多，尤其是科學家很喜歡思考美、科學中的美和藝術中的美。我舉一個例子楊振寧先生。楊振寧先生2015年在中國美術館有一個著名的演講，這個題目就是「美在科學和藝術中的異同」。楊先生在這篇講座裡面講了2個觀點。第一個觀點他說科學裡的美是終極的美，它是客觀的，沒有人的時候就已經存在了，這句話我們也比較容易理解。因為科學規律是獨立於人的，有沒有人科學規律都在那個地方，所以他說科學規律的美和人是沒有關係的。但是他說藝術的美就不一樣了，因為藝術是人類創造出來的。因此沒有人就沒有藝術，當然也就沒有藝術中的美。所以楊先生的結論是科學中的美是無我的美，藝術中的美是有我的美。這是楊先生對美的看法。
如果楊先生的說法是正確的話，尤其是前一點科學的美是無我的美，那麼所有科學家認為的美，我們在座的每一位也應該認同。因為這些美是跟我們沒有關係的，它是客觀存在的，我們應該都能夠認可這些美。那我給大家舉一個例子，看是不是這樣情況。這是去年2月份的時候《環球科學》上面的一篇文章，他們諮詢了全世界他們認為最出色的數學家和物理學家，問他們最美的數學公式是什麼？這些數學家和物理學家們投票投出來了，5個最美的公式。如果楊振寧先生的美學觀念，認為科學的美是無我的美，和我們沒有關係的話，那這些科學家和物理學家所選出來的最美的公式對我們在座的各位來講也應該是一樣，我們也應該能夠欣賞這些美，那麼我們看看是不是這樣的情況。
圖3：安培定律
圖4：虧格g曲線模空間
圖5：麥克唐納公式
圖6：牛頓法則
圖7：電弱理論的拉格朗日量
列為第一號的是安培定律【圖3】。第二號是這個叫做虧格g曲線模空間【圖4】，我都讀不出來這個名字，我們在座的各位認為這兩個數學公式很美的大家舉一下手。有，但是比較少。這是麥克唐納公式【圖5】，認為這個美的大家舉手，還是兩位。這是牛頓法則【圖6】，一些數值的計算經常使用，還有這個電弱理論的拉格朗日量【圖7】，不用問大家了，我猜想在座的各位大部分的朋友看到這幾個公式的時候都是滿臉困惑，我們大部分體會不到楊振寧所講的「無我」的美。
那麼問題就來了：美到底是什麼？為什麼會有這麼不同的觀點，為什麼有些人認為的美，另外一些人不認為美。這個問題當然不是今天才問的，也不是因為我講的這幾個例子才問的這個問題，其實我們每一個人都會經常問這個問題，我們經常都因此爭吵。你認為美，我認為不美，會為這件事情吵架。問這個問題，第一個人或者是有記錄的第一個人差不多是我們哲學的創始人蘇格拉底。他問了這個問題，美到底是什麼，他已經注意到了不同的人對於美好像是有不同的觀點，不同的看法。那麼他的學生拉圖柏也繼續問了這個問題，因為他認為他老師的回答他不滿意。當然蘇格拉底並沒有留下任何文字的著作。蘇格拉底的思想我們都是通過柏拉圖的書瞭解的，多數是通過柏柏拉圖記錄下來的他和他的老師蘇格拉底的對話，通過這種對話我們瞭解了蘇格拉底的思想。柏拉圖也有一個學生非常有名，亞裏士多德，亞裏士多德幾乎是物理學的開創人，當然不是現代物理學的開創者，是最早思考物理學問題的人之一。他也問了這個問題，美是什麼？徒孫三代都問了這個問題，問了很多很多年。他們沒有一致的答案，他們各位的美學理論都是不一樣的。我今天沒有時間給大家介紹他們這些古典的哲學家對「美是什麼」是怎麼看的。
一直到我們現代的大哲學家，康德、黑格爾他們也在繼續問這個問題尤其是黑格爾留下了一本著名的著作就叫做美學，而且黑格爾還對美學做了一個定義，他說美學就是關於藝術的哲學。我今天不給大家總結他們各位的美學觀念。我們用我們現代的一位美學家復旦大學的朱立元教授的總結。他寫了這本在中國用的非常廣的美學教材。在課程講義裡面朱教授是這麼總結的，他說他自己覺得還沒有辦法回答這個問題。首先朱教授不持立場，他認為他回答不了美是什麼這個問題。但是他說柏拉圖在這本大希皮阿斯篇的最後回答說，美是難的。這本書就是柏拉圖和他的老師蘇格拉底就美是什麼這個問題的對話，對話到最後柏拉圖感嘆，美是難的。我看到這句話的時候我真想說，美是女的！朱教授接著說，我覺得這真是千真萬確的至理名言，因為從古至今，有多少人，許多大美學家都試圖給美下一個定義，但是都不成功，大家都不公認，公認的仍然是：美是難的。換句話說大家公認這個問題沒有答案。所以，美是什麼？美是難的！這就是我們哲學界對這個問題研究了2千多年之後能夠有共識的地方，其他地方都沒有共識。
當我看到這個答案的時候，我就用起了我的科學精神「質疑」。我們知道科學精神有三點，其中最重要的就是質疑，剩下的就是獨立和唯一性。那為什麼我去質疑這個答案，因為我覺得這個答案不科學。這個答案為什麼不科學呢，因為這是答非所問！就像如果我今天早晨要到我們這個講堂，要到我們這個圖書館，我問咱們圖書館怎麼走，如果回答說路很難走，那我就覺得這個回答對我來講沒有什麼意義。我問你美是什麼，你回答說美是難的，也沒有什麼意義。我們做科學的人是要刨根問底，我們不會停在這個地方，所以我們要用科學的方法來研究美學。
用科學的方法研究美學我首先來看看科學大師彭桓武，彭先生是我們國家兩彈一星的元勛，他在我們國家研究原子彈和氫彈的過程中做出非常重要的貢獻，是非常出色的理論物理學家。他在2005年世界物理學年的慶祝大會上面說過這麼一句話，當時我也在場，印象非常深刻。他說物質世界非常千變萬化但卻十分真誠，在同樣條件下必然出現同樣現象。這是我們能夠做科學研究的原因，如果事情沒有重複的性質，那我們就沒有辦法做研究。那我把彭先生的這句話應用到我想做的美學研究上面去，我說美的表現雖然千變萬化，比如我們剛才已經看到了，有愛因斯坦廣義相對論的美，有我女兒的美，還有藝術的美，還有數學家、物理學家認為的那5個公式的美，這些美各個人都有不同的認識，但是當我們來判斷他們是美的時候，應該有普遍的法則。我後面還會給大家介紹神經學的研究對這個事情是什麼樣的支持。
這在科學精神的表現上就是要有唯一的法則，否則我們就沒有辦法去做研究。我們知道在開始做科學研究的時候最重要的一步就提出問題，你研究的問題到底是什麼，這個很重要。我們還是回到愛因斯坦，愛老師不僅教我們科學，教我們廣義相對論，他也教我們科學研究方法。他說提出一個好問題比解決N個問題還重要，我等一下會介紹愛老師是怎麼提出問題的，在這裡就只是用他的這句話。「美是什麼」這個問題經過兩千多年來的研究，我們沒有一個答案，我覺得是問題問的不太好。我想換一個問法，用更科學的辦法來問這個問題。我把它換成，廣義的審美對象，可以說是美人、美食、美景、藝術、科學，當這樣的審美對象滿足什麼樣的條件的時候，我們審美的主體，就是自我（因為美不美是我們每一個人根據我們的審美觀做的判斷）就覺得美，這可以是形式美，也可以是抽象美，藝術美裡面也有形式美，也有抽象美。但科學的美大部分是抽象的美，美景這些大部分講的都是形式美。 換句話說，我要找的是廣義美的判斷法則（或者判斷條件），這是我要做的事情。利用廣義美的判斷法則，對這些所有的審美對象我們都可以得到美不美的結論，這就符合科學的目的，因為科學的目的就是發現規律。我如果要問在座的，科學的目的是什麼，我們很多人可能會回答是造福人類。其實不完全正確，或者說完全不正確也是可以的，因為科學的目的就是發現規律，發現各種各樣的規律，那至於用科學做什麼，那是技術的事情，那不是科學的事情，科學就是發現規律。我們在這個地方也是要發現一個規律，就是審美的規律到底是什麼。
圖8：數學最高獎菲爾茨獎得主阿蒂亞
阿蒂亞是一個數學家【圖8】，他獲得了數學的最高獎菲爾茲獎，他也研究了審美的問題，我們知道數學家和物理學家做研究有一個很不一樣的地方。數學家一開始就要證明某件事情是否存在，存在性對數學家來講是非常重要的，他可以不找到答案，但是他首先要證明這個答案是存在的。但物理學家通常不這樣做，物理學家不管這個答案是否存在，就去找，找著了就有，找不著再找，所以這是數學家和物理學家很不一樣的地方。他就想證明審美有沒有一個普遍的現象。通過他的研究他寫了這篇文章，叫做「數學的審美經驗以及神經關聯」，這篇文章是他所有文章裡面閱讀量最高的文章。在這篇文章裏他得出的結論是，不管人欣賞什麼美，大腦裡面反應的部分是完全一樣的，那部分叫情緒大腦。所以他證明瞭大腦審美的神經關聯裡面存在一個廣義美的判斷法則。但是他沒有找出來這個法則到底是什麼，他證明瞭這個法則存在，這是數學家喜歡乾的事情。
沒缺陷 不常見那麼既然尋找審美規律，尋找廣義美的判斷法則符合科學，同時這個法則又是存在的，那麼我們來尋找它的時候，就用標準的科學研究的方法來做，我本人在這件事情上利用業餘的時間做了很長的時間，超過了三十年。第一步是用歸納法，就是我們做科學研究，通常所做的第一件事情，就是我們所謂蒐集事實、做實驗、做觀測等等，這裡我就是把每一類的美找幾個典型的例子，擺到那個地方，然後我反覆的來審查，他們之間有沒有共性，因為我要找普遍的審美的規律。如果有共性，我找到了，我就把這個共性叫美的法則，我的廣義美的判斷法則。但這只是第一步，法則對不對，我們要實證，就是科學研究後面就要實證了。這等於提出了一個假說，提出一個假說後面就要實證。我們都知道胡適先生說過，大膽假設，小心求證，我們不能只做假設，還要求證。求證不僅僅是邏輯上自己循環論證，最重要的是要找事實。實證有兩步，第一步是證實，也就是說我們找出更多的美的例子，我們儘可能每遇到一件事情，認為美的時候我們都來和這個法則比較是不是符合這個法則。經常你會發現不是這樣的，不符合這個法則，那怎麼辦，那說明法則不對，就要修改法則。你說這樣纔是美，那我發現美的不是這樣，那就是這個法則有問題。這個事情做完之後還有最終的一步是極為重要的，就是我們大部分做科學研究的人，不僅是做其他研究的人，做科學研究的人也會忽略的一件事情就是證偽，這個更加重要。證偽就是舉反例，舉反例怎麼做呢？就是找出不符合美的法則的審美對象，只要你發現某個審美對象它的表現不符合這個法則，你就看看，我覺得件事情美嗎？如果不符合法則又美，那就說明這個法則是有問題的，回去修改，這樣你反覆的修改之後，最後收斂了，得到一個穩定的美的法則，就算成功了。這件事情我做了30多年。這就是科學精神的一個應用，保證了得到的法則獨立於研究者，這件事情不管誰去做，只要你按照這個步驟，嚴格的去做，你就會得到同樣的法則。不會出現你得到那個學派美學、這個學派的美學，不會的，你會得到一個共性的、統一的法則，這就是科學精神的應用。我歸納出來的這個法則，就是6個字：沒缺陷、不常見，當我們判斷的結果是沒缺陷、不常見的時候我們就認為美。
這就涉及到我們大腦在判斷美和不美的時候要有兩個要素，而且只有這兩個要素。第一個要素就是我們的價值觀判斷這個審美對象是否沒缺陷。當我們認為沒有缺陷的時候，我們通常用什麼語言來表達呢？它可以是實用方面沒缺陷，也可以是精神方面沒缺陷。實用方面沒缺陷，比如說我們這個多功能廳，功能很好，沒有什麼毛病，每次用的時候設備都運轉的很正常，這就是我們認為的沒有缺陷了。精神方面也有很多種，而且價值觀判斷的大部分情況下是精神方面的，因為審美主要是一個精神活動。很自然，或者就是自然現象、或者是某種事情的表現很自然；或者說很合理，就是符合我們自己的認識；或者我們覺得它完整，或者說真或者是善。我們有的時候把真善美並列，你聽了我的講座就知道了，這是不對的，因為真和善是美的一部分，和美是不能並列的。
不常見是由我們的見識判斷的，我們每個人的見識都不一樣，對某件事情，有人認為很平常，有人認為很不平常。我們用什麼語言來表達呢？在中文裡面我們說別樣、不一樣，特別出色、出眾、有氣質、有個性，「洋氣」對中國人來將是非常重要的不常見，比如說哪個女孩子長的很洋氣她就會很高興，反過來說你說他長的很土氣，她就不高興。土氣、平常、山寨，這些是我們用來描述常見的情況，所以在座的各位先生們，如果你不小心說你太太土氣、平常，回家她不打死你，也會掐死你。這是科學研究的第一步歸納的結果，當然我並沒有把整個過程給大家講，只是講了結果。
第二步要證實，我剛才講了實證是證實和證偽兩件事情。第二件事情是證實。從證實這個方面，我們舉幾個我們認為美的例子，看看是不是符合這個標準。這是幾個照片，去年的時候某個雜誌上面評選出來的十大最美科學照片，我拿三個出來給大家看一看，這個是核盤菌孢子爆裂出來的瞬間，其實就是蘑菇的種子爆裂出來的瞬間【圖9】。這是一個肥皂泡被我們手指頭捅破的瞬間【圖10】，大家看這個細節。這是一個天文的照片【圖11】，一個星系的照片。既然被那個雜誌評選出來十大最美的科學照片，至少很多人認為這些照片都是很美的。
圖9：核盤菌孢子爆裂出來的瞬間
圖10：肥皂泡被手指戳破時的瞬間
圖11：仙女座星系
那麼為什麼這些都是美的不要不要的照片？這些現象經常發生嗎？這些經常發生，這個星系天天在那兒呢，這個肥皂泡天天破，這個蘑菇天天干這個事情，所以這些現象很自然。他們沒有什麼缺陷。但是我們肉眼看不到，高速攝影機拍的，天文望遠鏡拍的，所以當我們第一次看到這個照片的時候，因為我們從來沒有見過，我們就覺得很不常見，就給我們帶來了美的感覺。再給大家舉一個例子，這是北京的照片，去年夏天的時候，某一天下過雨的時候，北京出現了我們叫做雙彩虹，其實是霓虹，那一天傍晚到第二天早晨朋友圈裡面全是這個照片【圖12】。我想在座的各位都一定知道那一天，不同的人拍的還有轉發的別人的全是這個雙彩虹的照片。大家覺得是美的不得了的照片。為什麼呢？因為北京的空氣實在是不太好，雨後天晴，空氣又很好的情況下，才會出現這樣的照片，沒缺陷不常見，雨後天晴沒缺陷，雨後天晴空氣又很好，纔能夠出現這樣的霓虹不常見，對中國來講，對北京來講，可能是這樣子的，對有些地區可能每天下雨之後都是這樣，誰也不去曬這個照片，太常見了，但是對北京不是這樣子，大家都覺得很美。
圖12：雨後彩虹
再給大家舉幾個例子，這些照片都是自然災害的照片，我把它叫做毀天滅地的自然奇觀，龍捲風加閃電，沙塵暴、海嘯、火山爆發，尤其是火山爆發，照片拍的實在是太美了。太美了指的是我們僅僅是欣賞這些照片，而當這些照片不會對我們造成危害的時候，我們會覺得它很美。設想，您如果處在這個火山爆發的熔岩的當中的時候，您會讚歎它美嗎？這當然很不常見，因為您一生只有這一次機會來欣賞了，但它缺陷很大，您一定不說美。同樣處在龍捲風的中心，處在沙塵暴的中心，處在海嘯的中心的時候你一定不認為美，但是你在遠處感受不到它的缺陷的時候，純粹看到這個照片就會覺得美。所以美不美取決於你的感受。
圖13：斷臂維納斯
還有第三步，我剛才講了，最重要的是證偽。我相信當我剛才講沒缺陷不常見是美的時候，剛纔在座的大部分腦海裡面立刻會出現出了一個圖象，這個圖象就是斷臂維納斯【圖13】，因為斷臂維納斯在美學上被稱為殘缺之美，或者叫缺陷美，有整套的美學理論講這件事情。但是雕塑沒有實用功能，雕塑的斷臂不是缺陷，在座的美女很多。我無法想像我們在座的任何一位美女會斷掉一隻臂，為了追求殘缺之美而自殘。全世界有沒有發生過這樣的事情，從來沒有過，所以這個雕塑的美不是因為斷臂而帶來的。等一下我還會給大家解釋為什麼。
距離產生美，大家都知道。我們國家近代最大的美學家朱光潛先生，朱先生最大的貢獻是什麼？距離美，他的美學理論的核心就是距離美，他有很多很多的講法解釋距離美。但是這個說法是錯誤的，為什麼？是因為距離才美的嗎？是因為距離掩蓋了缺陷，在遠處看這個審美對象的時候，不管它有什麼樣的缺陷你都看不到，和女士出門化妝是一個道理，要掩蓋缺陷，要見男朋友了，今天上火臉上有痘痘，怎麼辦？化妝抹掉！今天氣色不太好怎麼辦，補點妝掩蓋缺陷。情人眼裡出西施，是中國的美學理論，非常重要。有愛就有美，這是愛的美學。我們在座的有不少朋友恐怕也有體會，當年輕的父母的朋友帶著3、5歲的兒子，在座的就有幾位，到朋友家裡面去的時候，3、5歲的男孩大家可以想像，一進門雞飛狗跳，一會兒這個盤子摔碎了，一會兒這個杯子掉地上了。朋友絕對不覺得你這樣孩子的表現是美的表現，這樣的調皮有缺陷。但是作為父母看的心花怒放，我孩子調皮是因為聰明，所以有不同的觀點，是用愛掩蓋了缺陷。我朋友圈裡面，年輕的父母非常多，整天貼照片，孩子長牙了，站起來了，會走路了。誰家的孩子不長牙，誰家的孩子不會走路？你覺得這樣美的不得了，因為你愛你的孩子，愛使你發現他的不常見，愛使你忽略他的了缺陷，所以你覺得美，這是情人眼裡出西施的原因。你因為愛他，他的缺陷你都看不到了，你不斷的發現他就是跟別人不一樣，他就是很特別，他就是很出色，你不斷的發現他的不常見，這是愛帶來的。所以這是傳統美學的第一大誤區：列舉美的表象，這些現象美不美？美取決於誰來看。但是背後的道理是什麼，不說。所以這是一個問題。
因為殘缺美在美學理論裡面太重要了，所以我再給大家舉幾個例子，這些例子大家也會很熟悉。中國古代裏有些陶瓷上面有裂紋，比如說這個汝瓷還有鈞瓷有裂紋。這被認為是中國審美裡面的殘缺美的典型的表現。設想為了要過年你在網上買了精美的盤子，快遞送到家，你打開全是裂紋，你會讚歎殘缺之美嗎？你不會讚歎的，你立刻給客服打電話，我要退貨。因為你家的盤子是有實用功能的，你不能容忍這個缺陷。但是作為收藏品它沒有實用功能，而且具有這種裂紋的收藏品非常少，就只有兩種，其他的都沒有這樣的裂紋，所以你才會覺得美。不是因為缺陷造成的美，是因為它的不常見稀有你才覺得美。我在上海講了我的美學理論之後，上海音樂學院的副院長，楊燕迪教授說，你講的是很好，但是我的學生表示不服。他的學生給他發了一個微信說張教授的說法有問題，他說沒缺陷不常見是美，羅丹的雕塑作品這個名作，老妓女，美的不得了，但是老妓女有缺陷，有缺陷也是美，這也是殘缺美的一個代表作。
真的是因為老妓女美嗎？在座的男士們，老妓女美嗎？不敢說，對吧！美的不是老妓女，美的是雕塑作品。這是一個另外一個問題，傳統美學的誤區，混淆審美對象和藝術品的對象，藝術品的對象是裂紋，藝術品的對象是老妓女，但是你審的是藝術品，你審的不是藝術品的對象。這是兩件不同的事情，描述戰爭的藝術品可以很美，描述死亡的藝術品可以很美，死亡美嗎？死亡不美。描述疾病的藝術品也可以很美，但是疾病不美。這是一個重大的問題，藝術品的對象有問題，不表明藝術品有缺陷。偉大的藝術品，偉大的藝術它本身是沒有缺陷的，但是它描述的現象是有缺陷的，所以這是兩件不同的事情。這是傳統美學的第二個誤區，混淆審美對象。
我們有很多的美學理論，有對稱美、真實美、簡潔美，我們每個人都會認同其中一部分。我們從證偽的角度來看看，是不是這樣。這是一個照片，水上芭蕾舞美的不得了的照片【圖14】，對稱嗎？很對稱，但是這個不真實，這是一個假的照片，它本來只有一半，只有一個人跳芭蕾舞，把這個照片裁減了之後做一個對稱的反轉，合成在一塊。所以這是人工合成的、換句話說假的沒缺陷形成的不常見，你覺得美。你可以說它是對稱美，但它就一定不是真實美，因為如果真實才能美，假就不可能美，事實上很多假的東西我們都覺得美。一個我隨手在屏幕上畫上的橢圓【圖15】，對稱嗎？很對稱。簡潔嗎？很簡潔，真實嗎？很真實，我畫的憑什麼不真實。有缺陷嗎？一點缺陷都沒有，我很小心畫的，所以沒有任何缺陷。美不美？不美，為什麼？很常見，誰都能畫成這樣子，所以我們會覺得這個東西很俗，所以既對稱、又真實又簡潔三個條件全部滿足，你仍然覺得不美，為什麼？因為很常見。
圖14：水上芭蕾舞
圖15：橢圓
這是傳統美學的第三個誤區，把個例作為普遍，確實有些審美對象是因為對稱才美，有些是因為真實才美，有些是因為簡潔才美，但是它不是普遍規律，它是個例，它背後的道理並不是因為真實，並不是因為簡潔，並不是因為對稱。
繼續舉反例。如果對稱是美，不對稱就該不美對不對？那麼這幾個模特的服裝對稱嗎？都不對稱，美不美，很美。所以不對稱也美，所以對稱就不是美的規律。這個照片當然在是個藝術品，對稱嗎？大致一看對稱，詳細看不對稱，比如這兒亮，這兒就不亮。簡潔嗎？不簡潔很複雜。既不對稱也不簡潔但是你覺得很美，為什麼？這是故意通過沒缺陷的不對稱和複雜造成了不常見，因此你覺得美。道理還是沒缺陷不常見，而既不是因為對稱，也不是因為不對稱，既不是因為複雜，也不是因為簡潔。
我一開始就講了我們都有不同的審美觀，楊振寧先生認為的美，數學家物理學家認為的美我們不一定認可，但這不表明他們是錯的，只是表明我們有不同的審美觀，為什麼會這樣，道理很簡單，因為我們每個人都有不同的價值觀，我們有不同的見識，因此我們會有不同的審美觀，所以這個道理是清楚的。對於同樣的事、物、人，誰認為沒缺陷不常見，誰就認為美，美不美取決於審美者。同一個審美對象，不同的人，有人認為美，有人認為不美，都是正確的，沒有誰是錯的。同樣一個人你也可以有時候覺得沒缺陷不常見，這個時候你就覺得美，過一段時間你變了，你的價值觀變了，你的見識變了，你認為不美了，那就不美了。我們有時候講見異思遷、喜新厭舊，這是人的本性，沒有辦法。人就是這麼進化過來的，今天沒有時間給大家講，從進化論的角度講，為什麼人有這樣的審美觀，這就是進化的過程所必然產生的。因此沒有客觀美，也沒有絕對美，也沒有普世美，也沒有永恆美，這些都不存在。美就是變化的，就是因人而異的。這是傳統美學的第四個誤區：越俎代庖，強加於人。他們想找到一種普世的美，他認為的美讓你認可，你不認可，這很正常，因為他的價值觀、見識和你不一樣，所以他找不到這樣的東西，這就是為什麼「美是什麼」這個問題提的就是錯誤的，他先假設了美在那個地方，再去研究。但是它可能就不在那個地方，因為美隨著我們的審美是會變化的。
我們通過實證的方法，也就是證實和證偽，我們不僅僅說明瞭沒缺陷、不常見是我們審美的普通規律。同時我們也把傳統美學的問題，全給他找出來了，我給大家總結一下有四大誤區。只羅列美的表象，不注意審美的要素。我總結出來的審美要素兩點，美學家們可以列出來幾十點，但都不是關鍵。混淆審美對象和審美對象表達的內容。剛才通過羅丹、通過斷臂維納斯，通過裂紋的盤子，我們就知道了他們是混淆了，而且把個例作為普遍，沒有證實，沒有證偽。所以這是一個很主要的問題，換句話說沒有採用科學的方法做研究，所以他們才會越俎代庖，強加於人，無視審美主體，而審美主體纔是審美的關鍵，所以這在傳統美學裡面是很少考慮的問題。這就是傳統美學經過兩千多年的研究只能得出「美是難的」這個荒唐結論的根本原因。
科學方法一共有9個字：邏輯化、定量化、實證化。這是科學方法的三化，只有滿足這三化的研究纔是科學研究。我們看一下科學的美學的邏輯化【圖16】。剛才講了沒缺陷不常見就是美，但是還不夠。我也講了沒缺陷很常見就是俗，俗是什麼意思？就是沒啥毛病，但是天天看見這就是俗。如果有缺陷很常見，是什麼？這就是醜，我們所說的醜就是這個意思，也不是什麼大不了的事情，但是有些毛病，看著不舒服，這就是醜。那麼如果這個缺陷很不常見是什麼呢，那就猜想一下，就是醜哭。第一次見到這樣的缺陷，太可怕了，太嚇人了，這就是醜哭。你被醜哭就是這個原因造成的，第一次見到這麼令你不舒服的東西，這就是醜哭。那麼還有一個組合，完全沒缺陷、極端不常見。這是什麼？美哭，我們所謂的美哭就是這樣了。怎麼都覺得好，找不出毛病來，但是又是第一次看到，而且大家很難再有機會看到了，所以完全沒缺陷，極端不常見就是美哭。從邏輯化的角度，我們可以把審美的這兩個要素組合起來。美學也可以叫做醜學，無所謂，就是感官學、感性學而已，這就是美學，西方很早的時候把它叫做感性學，就是人的感覺判斷，既可以審美，也可以審醜。
圖16：審美兩要素組合
美哭的牛頓的力學理論：當時的沒缺陷不常見之極講完了美學，我下面要給大家講科學了，要講廣義相對論，要講引力波，要講黑洞，但是這所有的出發點都是牛頓的力學理論。牛頓在1687年發表了偉大的《自然哲學的數學原理》，在這裡面他建立了牛頓力學體系。我簡單的用兩句話把牛頓力學體系給大家說清楚，第一是伽利略的慣性原理，這是在牛頓之前就有的，他把它提升為牛頓第一和第二定律。牛頓第一定律就是慣性定律，你不給它施加任何力，物體將沿著原有的勻速直線運動走，這是慣性定律。第二定律就是F等於ma，你給它加了作用力之後，它的加速度和你施加的力成正比，這是牛頓第二定律，其實第一和第二定律都是伽利略的慣性原理，伽利略都說清楚了，事實上牛頓在這個地方有點畫蛇添足。我們從馬後炮的角度來講，牛頓第一定律是完全不需要的，只需要牛頓第二定律，因為牛頓第一定律是第二定律的特例就是不加力的時候，特例而已。但是牛頓第三定律和萬有引力定律是牛頓的原創，也不能說一下從牛頓的腦子裡面跳出來了，其實在學術界裡面已經討論過很多年了，是牛頓最終把它整理成了這種形式。
通過牛頓第三定律和萬有引力定律可以推導出來當時已經知道的行星運動的數學描述，也就是開普勒三定律，這是當時的經驗規律，但是沒有人知道為什麼有開普勒三定律，是牛頓在這本書裡面把開普勒三定律推導出來了，這讓人們非常震撼。這個理論解釋了當時所有已知的有關的實驗現象。這是了不得的一件事情，當時的科學理論還沒有系統建立起來，很多的現象都是用不同的辦法來解釋的，牽強附會的解釋很多。但是在牛頓這個理論裡面，能夠得到統一的解釋，所以在當時看來這一套理論是沒有缺陷的一套科學理論，它也是很不常見的科學理論。剛才說了，當時已經有很多種理論了，但是牛頓的理論是第一個定量和系統的科學理論，而且正確的預言了海王星的存在。我們現代科學的標誌就是從牛頓理論開始的，當然這個研究方法是從伽利略開始的，是到牛頓形成了人類的第一套自然科學理論體系。正是海王星的發現才徹底確定了牛頓力學理論作為第一個自然科學理論體系的正確性。牛頓在世的時候，儘管這套理論非常好，其實還是有很多的爭議，包括他的學術大對頭胡克等等有很多的爭議。但是海王星的發現讓所有的人都閉嘴了，因為沒有其他的理論能做到這一點，能預言一個天體，而在這之後又發現了這個天體。所以一個科學理論必須有預言的能力，也正是從這個時候大家才正式認識到這個問題。從科學方法的角度來講，也是到牛頓的力學理論這一塊，我們的現代自然科學研究方法就算建立起來了，所以從當時的角度來講，牛頓的理論體系是沒缺陷不常見之極的科學理論，當時是一個美哭的科學理論。這就是為什麼牛頓至今仍然是科學第一人，儘管愛因斯坦在理論上面比牛頓更進步，但是在科學史上的地位遠遠不如牛頓，所以牛頓姓「牛」還是有道理的。
廣義相對論是最美的科學理論但是愛因斯坦表示不服，愛因斯坦認為牛頓的引力理論有缺陷。這是非常重要的事情，我們做科學最重要的事情就是要找到以前理論的缺陷。你找不到理論的缺陷，即使說我有另外一套理論也是沒有用的，你必須找到以前理論的缺陷纔可以。理論上面的缺陷是物體之間的瞬時作用，違反狹義相對論。比如我在這個地方一揮手，按照牛頓的理論我和在座各位之間的引力就瞬時發生變化，這是牛頓的理論。愛因斯坦認為這顯然違反狹義相對論，因為那個時候狹義相對論已經建立了（1905年愛因斯坦建立了狹義相對論理論），所以愛因斯坦知道瞬時作用是不能存在的，最快的作用也只能以光速來傳遞。所以愛因斯坦就問了一個問題，引力的本質是什麼？牛頓沒有回答這個問題，實際上牛頓在那本書裡面就說了，我不知道為什麼天體之間有引力。牛頓坦誠地說不知道引力的本質是什麼，所以愛因斯坦就繼續追問引力的本質到底是什麼。
第二個問題有用性的缺陷，就是水星近日點的反常進動，我等會兒還會給大家介紹具體的情況。這個沒有辦法很簡潔的用牛頓引力解釋，愛因斯坦根據他的審美就認為科學理論應該比較簡潔，而用牛頓引力理論要解釋水星近日點的反常進動，就要加上很多人為的很不自然的一些假設，愛因斯坦很不喜歡，覺得很醜，所以愛因斯坦就提了兩個問題，我剛才講了。愛因斯坦是非常善於提問題的，愛因斯坦在提問題這個方面簡直是登峯造極。他提出了牛頓引力理論的問題，發展出了廣義相對論。他提出了量子力學的問題，就是今天我們知道的量子糾纏現象。現在我們中國還發射了一個墨子號量子衛星，重點就是研究量子糾纏現象的宏觀行為。雖然愛因斯坦質疑量子力學的完備性，但他是因為對量子力學的貢獻獲得了諾貝爾獎，他是量子力學的奠基人之一。所以愛因斯坦是非常善於提問題的，不管能不能得到正確的答案，但愛因斯坦總能提出正確的問題，這是非常重要的。
那麼愛因坦怎麼建立的廣義相對論？我用兩句話來解釋，一句話就是「理性思維的輝煌」，這個理性思維體現在了他認識到了引力質量和慣性質量的等效性是廣義相對論的基石。但事實上在伽利略和牛頓時代，他們都已經隱含的假設了慣性質量和引力質量是一回事，但是他們沒有認識到這背後的深刻的物理意義。我們看愛因斯坦是怎麼想的這個問題，愛因斯坦說，假設你到了一個100多層的電梯裏，你按電梯的按紐說我要下到第一層，這個電梯的制動失靈了，可能以前工業技術不是很好，會發生這種事情。制動失靈了，然後你就開始做自由落體運動，你立刻意識到你將會有一段美妙的時光，在這一段時光結束之前，你決定做一個科學實驗。你從口袋裡面拿出來一個鑰匙鏈，你看這個鑰匙鏈是不是跟你一起渡過這個美妙時光。你發現是這樣的，它跟你一起做自由落體，這個情況就和楊利偉在太空當中他的飛船漂浮在太空當中的時候，他感受不到任何力的作用的情況是一模一樣的。
等你渡過這一段時光，由於更加美妙的原因，你落地之後安然無恙，你為了慶祝這件事情，你繼續做這個實驗。你低頭看這個鑰匙鏈的行為，你突然發現它開始做自由落體運動了。這個是很正常的，我們在這個地方掏出鑰匙鏈一鬆手他就開始往下落。這個情況就和楊利偉在太空當中他的飛船的火箭突然點火，他開始做加速，他也會發現他的鑰匙鏈，開始相對於他做加速運動。那麼這邊完全是引力造成的，那邊完全是加速造成的，或者慣性造成的，換句話說影響這邊的行為是是它對引力所敏感的那部分質量，也就是它的重量，我們叫做重量的原因就是因為這個，它對引力產生作用。那一部分是由於它對於慣性敏感，我們叫做質量。所以重量和質量在這兩種情況下應該是一樣的，既然感覺一樣，因此愛因斯坦說引力質量和慣性質量是等效的，這就是愛因斯坦的等效原理。正是在這個等效原理的思想的指導之下，愛因斯坦建立了廣義相對論。
他當然沒有真的去做這個實驗，這是一個假想實驗，我說這個假想實驗是理性思維的輝煌。廣義相對論建立的第二句話，這是數學和物理結合的典範。我們繼續看這個假設，引力質量和慣性質量等效，我們知道愛因斯坦1905年建立的狹義相對論只適用於慣性參考系，就是在這個參考系裡面既沒有加速度也沒有引力，當然我們知道真實的環境裡面不存在這樣的系統，所以它是在一種假想的參考系裡面的行為。所以在那之後愛因斯坦一直在思考真實的情況當中哪裡能用上狹義相對論。最後愛因斯坦找到了。他說既然自由落體的情況和完全慣性參考系，就是和沒有加速、沒有引力的情況是一樣的，那麼在自由落體的參照系裡面可以使用狹義相對論。但是有一個情況是不同的，因為你畢竟是做自由落體運動，也就是說在做加速運動，如果你在下落的過程中你扭頭看看窗外的情況，你會發現窗外的世界是個扭曲的世界，因為單位時間你走過的距離不再是恆定了。因此你要想在這個參考系裡面，在這個電梯裡面使用狹義相對論，你就不能再用描述平直空間的數學，你需要換一個數學，這個數學就是描述彎曲時空的數學理論，他在他的同學的幫助下找到了這個理論，這個理論就是黎曼幾何。這個物理思想和這個數學的結合就使得他寫出了廣義相對論的場方程，可以描述真實的理論，真實的世界。在真實的宇宙當中，既可以有加速，也可以有引力，這個理論就通用了，所以這個叫做廣義相對論，就是任何情況下你都可以使用了。有人說廣義相對論的場方程是最美妙的是最美的數學公式，我想如果你只看這個公式你看不出來這個美在什麼地方，你只有理解了廣義相對論理論的沒缺陷都不常見之後，你才能體會它的美。
下面帶大家簡單瞭解一下，彎曲時空幾何和平直時空幾何的不同。我們知道歐幾裏的幾何是平直時空的幾何，在這套幾何裡面兩條平行線是永遠不相交的，三角形內角之和精確的等於180度。但是，在彎曲空間的幾何裏，兩條平行線既可以相交，也可以距離變得越來越長，三角形的內角之和可以大於180度，也可以小於180度，這就變得很不一樣了。
一旦我們知道有引力的情況實際就是一個彎曲的時空，必須用彎曲時空來描述，那麼我們立刻就理解了萬有引力和引力波的本質都是時空彎曲的結果。看這麼一個實驗，這本來是一個平面，在上面放了一個有質量的球，然後再放另外一個球，另外一個球就向這個球滾去。並不是這兩個球相愛了，而是前面那個球導致空間彎曲了，後面這個球不得不沿著彎曲的面來走，所以兩個碰到一起。
如果有兩個球，每一個球都導致了它周圍的空間是彎曲的，當這兩個球相互繞轉的時候，這個彎曲的空間就發生了變化，這個變化的彎曲的空間就要向外傳遞，向外傳遞出去的就是引力波。所以我們一旦理解了彎曲的時空是有質量存在下的本質，我們就知道會有萬有引力，那兩個球就會靠在一起，當兩個球相互繞轉的時候就會有引力波的產生。所以這是很自然的一種情況，這就是為什麼愛因斯坦1915年發表了廣義相對論，1916年就發表了引力波的理論，在他看來這是自然的一件事情。
圖17：太陽的質量導致的空間彎曲
我們再看一下【圖17】，這是地球，這是太陽，地球繞著太陽做近似於圓周運動。不是因為地球沒事喜歡繞彎，而是因為太陽使得周圍的空間彎曲了，地球以為它在走直線，但是空間彎曲了，它必須走一個彎曲的道，這個道就是這個圓周運動。就像我們在高速公路上面開車，高速公路上拐彎了，你想不拐彎能行嗎？恐怕這個後果不太好，所以你只好乖乖的順著高速公路拐彎。這個地方空間拐彎了，地球只好順著空間拐彎，沒有別的辦法。當然這邊也是一樣，兩個黑洞相互繞著，導致這個時空被傳遞出去了，所以引力波是彎曲時空中的漣漪【圖18】。所以萬有引力和引力波都是時空彎曲的結果，不是由於有了萬有引力纔有了時空彎曲，而是因為有了質量，質量導致了周圍的時空彎曲了，因此你感受到了它的彎曲，這就是所謂的引力。
圖18：引力波是彎曲時空中的漣漪
我們從美學的角度來看廣義相對論的美。我剛才講了它是最美的科學理論，它的美到底是怎麼體現的？首先看一下它在「沒缺陷「方面的表現。理論上，愛因斯坦認為牛頓理論在理論上的缺陷就是不能回答引力的本質是什麼。但是愛因斯坦回答了，引力的本質是質量導致的時空彎曲，彎曲的時空決定了一切物質的運動，也包括光線。光線也要繞彎，因為空間繞彎了，它沒辦法也要跟它跑。再看看它在實用性上「沒缺陷」的表現。我剛剛講了，牛頓理論在剛剛發表的時候可以解釋當時所有的現象，這些現象廣義相對論也全部都可以解釋。但是後來發現有一些現象是牛頓理論不能解釋的，但是愛因斯坦的理論也能夠解釋，也就是在牛頓理論產生不可忽略的誤差的地方，廣義相對論也完全適用。所以無論是理論上還是實用上，廣義相對論看來都是沒有缺陷的，至少我們今天還沒有找到缺陷。所以我說我今天認為它是最美的科學理論，從這個角度來講，它是沒缺陷的，我們是可以做出這個判斷。
這是我剛才講的水星近日點的反常進動【圖19】，這是牛頓理論失敗的地方，牛頓理論「有缺陷」的最主要的一個表現就是在這個地方。所謂近日點就是水星離太陽軌道最近的那個點，它隨著軌道運動會進動，牛頓理論也能計算出來它的進動，計算出來的和實際觀測值兩者相減每世紀差43角秒，這在牛頓裡面沒有辦法很簡單的做出解釋。所以當時看來可能水星附近還有一顆我們不知道的天體，但這個天體至今也沒有找到。
圖19：水星近日點反常進動
愛因斯坦深刻地認識到了這個問題，他認為修補牛頓理論是沒有用的，他就直接用了廣義相對論做了計算，這是愛因斯坦發現廣義相對論之後做的幾乎第一個計算，立刻得出來每世紀42.98角秒，和觀測值完全一致，而且這個公式裡面就只有軌道週期和質量，沒有別的了，直截了當！當愛因斯坦得出這個結果的時候，他說他已經確信了廣義相對論是正確的，至於你們其他人信不信是另外的事情。可是怎麼讓別人相信呢？那就要看廣義相對論在「不常見」這個方面的表現。
首先它是第一個把物質和時空建立了深刻聯繫的理論。我們知道在牛頓理論裡面以及在以前的其他所有理論裡面，物質都是在一個絕對時空坐標系裡面運動的。但是愛因斯坦說這是不對的，物質和時空之間是相互聯繫的，不是割裂的。它揭示了物質世界的時空本質上是彎曲的，不是平直的，而以前認為是平直的，比如我們看到的這個世界就是平直的，我們用歐幾裏幾何就很好。但是愛因斯坦說，錯了，那只是一個近似！最重要的是這個理論成功地預言了一系列的新類型的天體和一系列新的現象，包括黑洞、宇宙的膨脹、引力的偏折效應、引力紅移和引力波等等，所有這些名詞在廣義相對論發現之前都不存在，更不用說這些天體和現象以前都在那兒，後來被解釋成廣義相對論裡面的東西，如果沒有廣義相對論，這些名詞都不知道，更不用說這些天體和現象了。這些全新的預言，今天全部得到了證實。我們後面會重點講，對引力波的證實。
我們先看引力偏折實驗，正是因為這個實驗，使得除了愛因斯坦之外有了別人也相信這個理論，在那之前只有愛因斯坦相信，別人是不怎麼相信的。剛才講了，由於太陽有質量，就導致了它周圍的時空的彎曲，所以遠處的天體的光線經過太陽附近到達地球的時候會拐彎，這是引力偏折的現象。當然如果太陽在那兒，你永遠看不到它背後的天體，因為太陽太亮了。但是在日全食的時候，太陽的光被擋住了，你就可以看到原來它背後的或者是它附近的天體了。這個現象是1919年，也就是1915年愛因斯坦發表的廣義相對論4年之後，它的第一個預言引力偏折現象被觀測到了。正是這個現象的證實使得其他人開始相信了廣義相對論，愛因斯坦公眾當中成名也是從這個時候開始的，在這之前只是在學術界裡面有名而已。當然今天我們知道引力偏折現象可以用來做透鏡，也被稱為引力透鏡現象，它已經是一個常規的天文學研究工具，大家也不覺得有什麼新奇的了，但是在當時完全是一個新奇的現象，非常「不常見」。
那麼我們仍然可以問，廣義相對論有缺陷嗎？找了這麼多年了，找了100多年了，大家找到廣義相對論的缺陷了嗎？有人說實用性上有缺陷，比如說很難學，很難懂，在座的試圖學過廣義相對論的都知道，它對數學要求的程度比學牛頓理論要深得多。但這不是愛因斯坦的錯，對不對？但是理論上有沒有缺陷？這是我們一直試圖在尋找的，也許有一些問題，比如說和量子理論不和諧。我們知道在廣義相對論裡面沒有任何的量子現象，而用到量子現象的時候，所有的地方廣義相對論都沒法去用。但是我們不知道到底是廣義相對論錯了，還是量子理論錯了，還是別的地方錯了，所以我們現在不能認為這是廣義相對論的缺陷。還有一個地方就是奇點，我們知道黑洞就是一個奇點，在黑洞的中心所有的物質，所有的能量都聚集在那個地方，使得那個地方所有的物理量都是無限大、無窮大，也就是發散。愛因斯坦是不喜歡這個的，在愛因斯坦的審美觀裡面，他認為宇宙當中不應該出現奇點，不應該出現發散的物理量，所以愛因斯坦認為黑洞不存在。他認為宇宙當中應該有一些自然規律避免出現奇點，這是愛因斯坦觀念。但是研究量子力學的人認為那是因為廣義相對論和量子力學不能統一，如果在那個地方加上量子力學效應可能就會繞開這個問題，可能就會有黑洞。但是各種做法目前都還沒有成功。換句話說我們還沒有成功地找到廣義相對論的缺陷，所以從這個角度講，廣義相對論看來還是沒有缺陷的。
但是在科幻故事裡面，我們似乎看到過廣義相對論的缺陷。這是霍金的一本書，這本書講的是一個宇航員到黑洞旅行的故事，有點像《星際穿越》這個電影。描述的這個情況是這個宇航員本人掉到黑洞裡面去了，進入了視界踏上了不歸路。但是外面有一個人觀測奔向黑洞的情況，比如說天文學家索恩，這就是我一開始給大家講的這個引力波探測計劃的最初的推動人索恩教授，我預言他明年（2017年）就會拿諾貝爾獎。如果他拿望遠鏡觀測，他看到的是這個宇航員始終是在外面，始終沒有進到裡面去。索恩在他的《星際穿越的科學》這本書裡面解釋星際穿越這個電影背後的科學知識的時候說，不管外面怎麼看，也就是外面看到宇航員沒有進去，但是反正他就是進入了黑洞了！他解釋不了這個問題，在他的、也就是主流的黑洞理論裡面這是一個矛盾，也就是宇航員進去了，外面人看到他沒有進去。所以這我把這件事叫做到黑洞旅行的佯謬。
這個佯謬是廣義相對論的理論缺陷嗎？我們首先看看在經典黑洞理論裡面是怎麼說的。這篇論文非常著名，作者奧本海默是美國曼哈頓計劃的主要負責人之一，這差不多是他寫的科學論文的最後一篇。他在這個論文裡面描述了一個情況，等效於宇航員坐在飛船往黑洞下落，宇航員會在某一個時間感覺到或者是觀測到他的飛船穿越了黑洞的視界到達了奇點。但是奧本海默也考慮了另外一種情況，這種情況就是如果外面有一個人，比如說《星際穿越》電影裡面的布蘭這個美女，她在外面觀察宇航員往黑洞裡面下落這個過程，她會看到一個什麼情況。奧本海默計算的結果是，她看到是飛船無限逼近黑洞的視界，永遠無法進去。那問題就來了，外部觀測者看到宇航員沒有進去，宇航員自己知道他已經進去了，但是他一旦穿越黑洞的視界就無法和外面通訊了，所以布蘭只能得出宇航員沒有掉入黑洞的結論。所以同一個事件兩個觀測者得到了不同的結論，這是不是一個理論缺陷？
當然我不相信廣義相對論有這個理論缺陷。所以2009年我和我的學生劉元寫了一篇文章，挑戰了1939年奧本海默和斯奈得的工作。我們所做的事情也是有一個宇航員往黑洞裡面落，外面有一個美女在觀測，只不過在我們建立的模型飛船本身是有質量的，也就是我們考慮了飛船本身的質量的影響，但是奧本海默他們假設了飛船能夠感受到黑洞的引力，但是忽略了它本身的質量的影響。換句話說，我們計算的是飛船和黑洞的整體的情況，而奧本海默他們計算的是檢驗粒子在黑洞的引力場中的行為，所以有本質的不同。我們得到的結果有有三個。第一個就是宇航員自己觀察的結果，就是他和飛船一起很快掉入了黑洞的中心，這和奧本海默和斯奈得1939年的結論是一樣的。第二個就是外部觀測者布蘭看到的情況，她發現當飛船下落的時候，這個黑洞的視界也在膨脹，在某一個時刻這個膨脹的視界吞噬了下落的飛船，所以飛船掉到了黑洞裡面去。所以她看到的情況也是宇航員越過了黑洞的視界進去了，是膨脹的視界吞噬了下落的飛船。這和奧本海默他們的結果就不一樣了，由於奧本海默他們忽略了飛船本身的質量的影響，黑洞的視界就不會膨脹，所以就無法吞噬下落的飛船。第三個結果更加有趣，我們發現，如果用外部觀測者的時鐘計時，宇航員進去之後會停留在黑洞裡面某個地方，永遠不會到達黑洞的中心。
由於宇宙中的黑洞都是通過物質塌縮形成和增長的，而且我們都在黑洞的外面，所以計算結果表明，根據我們的時間，黑洞中心沒有任何物質，當然黑洞的中心就不是愛因斯坦擔心的奇點，當然廣義相對論就沒有了這個缺陷！此外，由於對於外部的觀測者來說，我們的計算表明，膨脹的黑洞視界使得物質不可能在黑洞的視界外面像奧本海默他們說的那樣堆積起來，我們就在那篇文章裡面大膽地預言，兩個黑洞併合只會產生引力波而不會產生其他信號。當全世界的的科學家在等待引力波的時候，我在等待引力波發生的時候有沒有其他的信號產生，就是為了驗證我們的理論在2009年的時候做的這個預言。
引力波的探測
圖20：激光干涉引力波天文臺
我下面就給大家介紹引力波的探測。我們最開始看到的那個視頻的情況，這是這個引力波天文臺【圖20】，它有兩個4公里長的臂，裡面有一個激光器發出激光，在這個鏡面上的激光會反射，一束光會跑到這個臂，一束光反射之後跑到那個臂。當引力波到達的時候，這兩個臂長就會做振動，一個變長，一個變短，最後這兩束激光在這個地方發生干涉，所以你就可以探測到引力波的信號。但是要探測到的是4公里臂長的多大的變化呢？要看到的是10的負18次方米的變化，這是什麼概念？頭髮絲是10的負6次方米，頭髮絲減少1萬倍，是一個氫原子的大小，氫原子的大小減少10萬倍，纔到了氫原子中心的原子核，我們知道一個原子裡面的原子核佔的空間非常非常小，氫原子原子核就是質子，這個質子再小1千倍纔是10的負18次方米。所以這個引力波天文臺所探測到的距離變化是這麼小的一個變化，所以這個儀器毫無疑問是世界上最靈敏的距離測量測量儀器，人家拿到諾貝爾獎絕對不是因為在電視上嘴裡面冒出了3個字「引力波」而拿到的，而是做了一臺世界上最靈敏的測量儀器，而且做了幾十年才做成。
為什麼發現引力波就是美猴王？最後我要回答這個問題：我為什麼把這個2016年2月11號宣佈發現的引力波（當然這個事件發生在2015年9月14號，所以命名為GW150914）稱為美猴王？「美猴王」指的就是猴年最美的科學事件。
先看審美的兩要素，第一是有沒有缺陷？我認為它完全沒有缺陷，因為三個方面。
第一、它驗證了引力波的探測原理，用這種激光干涉的辦法探測到了，這件事情很重要嗎？非常重要，因為在探測到信號之前，很多人懷疑這個儀器是不是真的能探測到引力波，是不是它的探測原理真的是正確的。因為在這之前曾經擺過烏龍，曾經有科學家宣佈探測到了引力波，但是後來別人無論如何也重複不了，證明他那個儀器的探測原理是不對的。不是說我拿了一個東西說我能探測引力波，你就能探測，人家不一定相信。即便是這個團隊是世界上最先進的團隊，還是很多人懷疑這個儀器的原理是不是能夠真的工作。
第二、它驗證了廣義相對論的引力波預言，這是1916年的愛因斯坦做出來的，一個科學理論做出一個預言，並不是說你做出一個預言計算多麼精確這個預言就是正確的，而是必須得到實驗的驗證，才能證明這個科學是正確的。不是說你自圓其說了，我計算的完美無缺，你就應該承認不是這個樣子的，必須要經過實驗的檢驗，那麼它得到了驗證。
第三、這個對我很重要，對其他人可能一點都不重要，因為這僅僅是我和我學生的事情。我們在論文中預言了黑洞併合沒有其他的輻射只有引力波，我等會兒會大家介紹現在的觀測確實是證實了這一點。
再看審美的第二個要素，它是否不常見？必須同時滿足這兩個審美要素的條件，我們才說它是美猴王。
這個實驗是幾十年的努力，從70年代末，他們就開始建議做這個實驗，這個實驗是地球上最精密的距離變化測量儀器，而且這個論文有上百個單位參加、上千個作者，把作者的名單和單位的名單寫了好幾頁。而且在中國就有上億個手機刷屏，在座的哪一位的手機上沒有出現過引力波，有沒有？大概都出現過，所以這個事件不發生在中國，不是中國人的成果，但是引起中國人這麼大的關注。而且它實現了5個第一次，其實還更多，我今天就講幾個我認為比較重要的。
第一，它第一次直接探測到了引力波。第二，利用一種從來沒有被探測到過的信號探測宇宙，就是引力波信號，這個信號以前從來沒有探測到過，但是第一次探測到就已經用來探索宇宙。我們以前做天文學不是這麼做的，我們以前研究天文學都是先研製一個儀器，把這個儀器的工作原理搞清楚了，在實驗室裏測到這個信號了，然後再拿這個儀器去觀測天體。這次不是這樣，因為實驗室裏沒有引力波，所以實驗的這個儀器造成出來之後第一次用，第一次探測到引力波，第一次用它研究了天體。第三，發現了兩個黑洞的系統，以前從來沒有真正的被發現過。而且這兩個黑洞系統一旦被發現在一秒鐘之內就會併合在一起。第四，他們「聽」到了兩個黑洞繞轉在一起對空間的影響，最後又併合在一起，這不到一秒的事件就反映了這兩件事情。第五、他們發現了兩個大約30倍太陽質量的黑洞，這是完全意外的，為什麼呢？因為我們以前觀測到的黑洞也包括我自己觀測到的黑洞，或者它的質量是幾倍到10幾倍的太陽質量，或者是遠遠大於幾百倍的太陽質量，恰好處於這個質量範圍內的黑洞，我們以前就根本不知道它的存在，結果沒想到第一次看到引力波竟然就來自於這樣的黑洞，所以有5個第一次。
因此我說這個引力波事件是完全沒缺陷、極端不常見，是讓人美哭的一個科學事件。這就是為什麼它引起了這麼大的轟動。所以我們要理解為什麼大家都覺得這件事很美，美在什麼地方？美在完全沒缺陷、極端不常見。2016年是猴年，美就是美學的美，王就是猴年最大的。2016年猴年最美的科學事件，當然是美猴王，這就是為什麼2016年2月12號早上我把這件事情叫做「美猴王駕到」。
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