廣義相對論是「最美」的科學理論

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作者：張雙南

什麼是美?分析美學得到「沒缺陷不常見」

什麼是美？　從蘇格拉底、柏拉圖到康德、黑格爾，已經被問了兩千多年，這個被哲學界稱為天才的追問，還沒有得出統一的結論。

我認為美的表現雖然千變萬化，但是當我們說美的時候應該表達了共同的含義，而這正是分析哲學的日常語言學派的研究內容。理解「美」的共同含義、也就是尋找廣義美的判斷法則，是我研究美學的目的，而採用的方法是科學研究的標準三段式。類比「分析哲學」的研究目的和方法，我把這稱為「分析美學」。

第一步做歸納，分類列舉各類不同的美，總結共性得到廣義美的判斷法則。第二步是證實，儘可能窮舉美的例子，逐一驗證是否符合美的法則，如果矛盾就修改法則。最後一步證偽，就是找反例，尋找不符合這個法則但是仍然覺得美的例子，如果有也需要修改法則。如此反覆循環，最後發現審美的兩個要素就是通過價值觀判斷是否有「缺陷」，利用見識識別是否「常見」，廣義美的判斷法則就是「沒缺陷不常見」。

有人說斷臂維納斯是反例，因為斷臂是殘缺，在美學界還被稱為「殘缺之美」。實際上雕塑沒有實用性功能，雕塑斷臂不是缺陷。從來沒有見過哪個美女為了更美而斷臂就是這個道理!　又比如「凄」美，藝術作品的表達手法不常見而又能夠從價值觀上感動人，所以才美。又如表達戰爭、疾病或者死亡的藝術品的美也是同樣的道理。

在分析美學中需要區分藝術品和藝術品表達的主題，而這在傳統美學研究中常常被混淆，才產生了諸如殘缺美、凄美等看似違反「沒缺陷不常見」的例子。藝術品表達的主題可以是有缺陷的也可以是常見的　(比如戰爭、疾病、死亡、妓女、犯罪等，這些當然不美)，但是如果根據審美者的價值觀和見識，該藝術品傳遞的思想是沒缺陷的，表達手法是不常見的，那麼該藝術品就是美的，就有強烈的感染力。

所以總結來看，沒缺陷不常見就是美；沒缺陷很常見就是俗；有缺陷很常見就是丑；但是有很不常見的缺陷就是丑哭；而完全沒缺陷極端不常見就是美哭。

廣義相對論是最美的科學理論

把分析美學運用到科學可以發現，科學創新本質上就是對美的追求。因為創新就是彌補缺陷、發現不常見。

廣義相對論是在牛頓力學的基礎上建立的，所以首先用分析美學來考察牛頓力學。在沒缺陷方面，牛頓的理論解釋了那個時代的全部觀測和實驗結果。在不常見方面，牛頓力學是人類歷史上第一個定量和系統的科學理論，而且正確地預言了海王星的存在。在當時看來，牛頓力學是沒缺陷不常見之極，已經很美。

但是愛因斯坦認為牛頓力學有缺陷。理論方面，牛頓的萬有引力認為兩個物體的引力是瞬時產生的，違反狹義相對論。那麼引力的本質是什麼？　在實用性方面，水星近日點的反常進動不符合牛頓理論的計算結果，那麼牛頓力學的適用範圍是什麼？

為了彌補牛頓力學的缺陷，愛因斯坦基於引力質量和慣性質量的等效性建立了廣義相對論。理論方面，質量導致時空彎曲，彎曲的時空決定了一切物質的運動，揭示了引力的本質。實用性方面，在所有牛頓理論產生不可忽略誤差的地方，廣義相對論都完全適用，比如能夠解釋水星近日點的運行。

同時廣義相對論也是不常見的。理論方面，它是物理和數學結合的典範，是第一個深刻聯繫了物質與時空的理論。它成功地預言了一系列新類型的天體和新的現象，包括黑洞、宇宙膨脹、引力偏折、引力紅移，引力波等等。

因此根據分析美學，廣義相對論是最美的科學理論。

引力波的探測是對廣義相對論美的再認識

量子力學家們和愛因斯坦本人都曾懷疑過廣義相對論是否存在理論上的缺陷，對於黑洞奇點的討論恰是這一懷疑的核心。2009年，我和學生的研究第一次認識到廣義相對論的黑洞奇點缺陷是不存在的。而且我們當時第一次預言，兩個黑洞併合只會產生引力波，而不會產生比如電磁波等其他輻射。

2016年2月11日，LIGO團隊宣布探測到了引力波，所探測到的是13億年之前兩個黑洞併合發出的引力波。探測器LIGO的工作原理是在地面上放置的兩個臂長為4公里的探測器，當引力波到來的時候，會使兩個探測臂產生振動，一個變長，一個變短，通過激光干涉就可以看到這個現象。兩個黑洞併合產生的引力波造成了探測臂的形變，雖然只變化了一個質子直徑的千分之一而已，但使探測器上面兩束光的干涉的條紋大小隨時間產生了變化。

這次引力波的探測成功，驗證了三件事情，一是引力波探測原理是正確的。二是被預言了百年的引力波被發現，是廣義相對論的成功。三是我們2009預言黑洞併合沒有其他輻射這件事情得到了證實。因此這次引力波探測完全「沒缺陷」。

在極端「不常見」方面，LIGO引力波探測團隊維持了幾十年才第一次獲得科學成果，科學史上絕無僅有。第二，LIGO是地球上最精密的距離變化測量儀器。第三，上億個手機被一個科學成果刷屏，這絕對是第一次。第四，人類首次用一種從來沒有探測到的信號探測宇宙，就是引力波。第五，第一次發現兩個黑洞組成的系統而且「聽」到它們的併合過程。第六，發現了兩個大約30倍太陽質量的黑洞，而以前甚至都不知道這種黑洞存在。這都是非常罕見的。

所以從分析美學的角度來講，引力波的探測再次證明了廣義相對論是最美的科學理論，表現在仍然沒缺陷，繼續不常見。

來源：文匯報