人生的要旨在于追求美：美好的生活、美好的心靈、美好的社會、美好的未來……
然而，對美的理解因人而異，層次有別。為了使我們對美的認識有深度，上檔次，夠品位，富理性，我們必須知道：什么是美？美在何處？美的神韻和追求美的苦樂何在？如果能從理論的層面理解美的科學內涵，那你對美的體會就會更上一層樓。
什么是美
在哲學家眼里，美是和諧。倫理學家則認為，美是真與善的表述。而科學家會告訴你，美是自然現象的固有屬性。
古希臘哲學家畢達哥拉斯曾說過，美就是和諧，整個宇宙是一種和諧，宇宙的和諧是由數組成的，因而數構成了整個宇宙的美。他把數和美聯系了起來。馬克思也說過，一種科學只有在成功地運用數學時，才算達到了真正完善的地步。
可見，科學與美緊密相連。
我們贊美大好河山，喜歡萬物崢嶸，欣賞音樂繪畫，我們更想進一步知道，為什么秀麗山水讓人流連忘返？為什么大千世界讓人浮想聯翩？為什么輕歌曼舞使人心曠神怡？為什么藝術作品使人心靈震撼？
那是因為它們有一個共同的靈魂——美。美無處不在，美在自然中，美在生活中，美在知識中，美在科學中。
科學美有何用？
科學，用美裝飾生活。在我們的日常生活中，到處都可以看到最美的幾何圖形——圓和球。鬧鐘、硬幣、貼畫、天壇圜丘、福建土樓……它簡單樸素，勻稱對稱，美無瑕疵。
科學，用美深化生活。你會想到萬有引力公式有裝飾品這一功能嗎？在北京前門外瓷器口的過街天橋上，F＝Gm1m2/r2這一放之四海而皆準的公式竟成為天橋的裝飾品。
科學，用美啟迪思維。現在我們都知道地球是圓的，但在遠古時代，人們單憑生活在地面上的感覺，以為天圓地方。第一個想到地球是圓的這個人是受到了一種什么樣的啟發？他的科學智慧火花從哪里來的呢？是美學。
很早以前古希臘有一位哲學家，他認為萬能的上帝一定會創造一個最美的地球給我們，而圓形正是最美的圖形，所以幾千年前人們就想到地球是圓的。
科學，還讓我們的生活浪漫高雅。還記得電視上播放的“百歲山礦泉水”的廣告嗎？也許很多人并沒有明白廣告的真實故事。其實廣告上老人的原型正是著名數學家笛卡爾，他有一位女學生是瑞典公主克里斯汀，后來他們相愛了。國王知道這件事以后，下令扣押笛卡爾寫給公主的所有信件。
最后，笛卡爾給公主寫了一封信，信中只有一個方程式：ρ=1-sinθ。國王看不懂，以為他們在討論數學。于是就把這封信給了女兒。拿到信的克里斯汀欣喜若狂，她立刻明白了戀人的意圖，找來紙和筆，著手把方程圖形畫了出來，一顆心型圖案出現在眼前，克里斯汀不禁流下了感動的淚水。這條曲線就是著名的“心形線”。
我國著名數學家華羅庚曾說過：“就數學本身而言，是壯麗多彩，千姿百態，引人入勝的。”然而對于大多數人來說，數學是復雜抽象、讓人害怕的，就連數學家都讓人感到不食人間煙火。
真是如此嗎？其實不然，數學是最美的。因為數學來源于生活，生活是美好的，數學怎能不美好呢？如果數學不美，古希臘數學家阿基米德怎會在面對羅馬士兵的長矛時大喊“不要動我的幾何圖形”呢？
就連科學家的墓碑都在教化人，充滿著深刻的美。阿基米德死后，他的墓碑上刻著一個“圓柱容球”的幾何圖形，即圓柱容器里放了一個球，該球頂天立地，四周碰邊。在該圖形中，球的體積是圓柱體積的2/3，并且球的表面積也正好是圓柱表面積的2/3，這是阿基米德最喜歡的一個數學發現。
古希臘數學家丟番圖，他的墓碑就是一道數學題，或者說是一則謎語：墳中安葬著丟番圖。上帝給他的童年占一生的六分之一，又過了十二分之一，兩頰長胡，再過七分之一，點燃起結婚的蠟燭。五年之后天賜貴子，可憐遲來的兒子，享年僅及其父之半，便進入冰冷的墓。悲傷只有用數論的研究去彌補，又過了四年，他也走完了人生的旅途。終于告別數學，離開了人世。
誰說數學家沒有情趣？誰說數學家不懂得美？他們對美的理解比我們常人要深刻得多，他們對美的追求更遠遠超越我們俗人。
領略科學美之神韻
科學美有許多特征。其中最重要的特征之一是簡單之美。霍金曾在《時間簡史》中這樣說過：“科學的終極目的在于提供一個簡單的理論去描述整個宇宙。”
沒有哪一個方程或定律能有牛頓第二運動定律那樣簡單：F=ma，僅用三個量就將經典力學的基本運動規律表述得既簡單又完美。這個公式控制著宇宙空間中所有宏觀物體的運動，可謂形美義深。
對稱之美是科學美的另一個重要特點。空間鏡像對稱性是中國人用得最多的對稱性。比如天壇就體現出空間鏡像對稱性；而對數螺線體現出空間標度對稱性；基因雙螺旋結構、真空中的麥克斯韋電磁方程則體現出了空間轉動對稱性；時間平移對稱性和反演對稱性使我們對過程有了更加深刻的認識。事實上，物理學中的種種守恒定律都植根于一定的對稱性。
介質中的麥克斯韋電磁方程位列“極其優美的十大數理方程”之首，這一方程組完美地統一了整個電磁場。任何一個能把這幾個公式看懂的人，一定會感慨：“這個方程怎么會如此對稱，如此完美？”
維納斯的雕像、蒙娜麗莎、巴特農神廟這些藝術家眼中的精品則符合了科學中的勻稱之美。維納斯之所以美，正是因為它體現了數學中的黃金數0.618；巴特農神廟的寬和高的比也符合0.618；就連蒙娜麗莎的主要器官都處在一條對數螺線上。
凌亂美也是科學美的特點之一。地磁場倒轉的曲線看似凌亂無規，但是將它畫在另一個坐標上時則變成了漂亮的“蝴蝶”。凌亂表象背后的規律性只有在深入的科學研究之后才會呈現出來。酒徒的醉步是“凌亂”的，“無規”的，然而，它恰恰與布朗運動相似，這些“凌亂”現象的背后潛藏著深刻的規律。愛因斯坦對此研究的成果對熱力學和統計力學產生了重大貢獻。
凌亂美推動了數學統計理論、混沌理論等相關理論的發展。“蝴蝶效應”大家并不陌生。上個世紀70年代，美國一個名叫洛倫茲的氣象學家在解釋空氣系統理論時說，亞馬遜雨林一只蝴蝶翅膀偶爾振動，也許兩周后就會引起美國得克薩斯州的一場龍卷風。很微小的變化經過不斷的放大，最后變成巨大的災害，這正是混沌理論的核心思想。
可以說，統一之美才是所有科學理論追求的最高目標、最佳境界。對統一美的追求，激勵著一代又一代的科學家，孜孜不倦，前赴后繼，他們試圖用最少的要素解釋最多的現象。■
（作者系中國科學院地質與地球物理研究所研究員）