一、科学与艺术的相通性

科学和艺术在现代人看来是两个截然不同的概念，前者被用于改善人类的生存条件以满足人们的物质需要，而后者则被用来欣赏人类的创造性以满足人们的精神享受。然而，无论是科学还是艺术，作为人类的认识，它们有着共同的起源和内在的一致性。

在人类历史上最早记载当时生活风貌的，并不是文字，而是原始壁画。这些壁画大都被发现于蜿蜒曲折的洞窟之中。最著名的两处原始壁画是阿尔太米拉石窟壁画和拉斯科洞窟壁画，它们产生的年代大约在公元前一两万年，如图2-1所示。

考古学家发现，原始人在洞顶和墙壁上画满了黑色、黄色和暗红色的野牛、野猪和野鹿等动物以及狩猎的场景。原始人为什么要在这些深入山岩的洞窟中从事绘画艺术呢？是天意，还是神授？是精力过剩的发泄，还是毫无功利目的的游戏？史学家和美学家们对此的争论持续了很多年。随着越来越多的原始遗址特别是这些大型洞窟壁画被发现，学者们才基本上达成了比较一致的共识。他们认为，原始人在洞窟内作画最合理的解释是：这些壁画并不是出于无目的的“游戏”，也不是仅供“娱乐”的一种发泄，而是具有更为严肃的目的。它们是一种“魔法”道具，是一个祈求狩猎丰收“仪式”的场景。

比如，在拉斯科洞窟中，人们并没有发现任何生活上或生产用的遗物，说明该洞窟只是举行仪式的“殿堂”。此外，这些洞窟中的画像有许多是重叠的，说明洞中的壁画并不是为了供人欣赏，而很可能是在一年一度（也许是一年几度）举行的仪式中，原始人在他们原来画过画的地方，又重新画上最近狩猎成功的场景。因为他们相信，如果画一只身上被插着六七条标枪的野兽或画一只被射倒在地的野牛，并在此面前模仿狩猎时的呐喊和动作，即举行“魔法仪式”，那么在下一次狩猎时就会取得同样的成功。

由此可见，这些栩栩如生的画面，在原始人的心目中，作为祈求狩猎成功的对象比作为纯粹的欣赏作品重要得多。举行这种“魔法仪式”，在现在看来固然是出于愚昧的迷信，但在原始人朦胧和幼稚的意识里却隐含着一个重要的思想，即

模仿自然，就可以重现自然。

原始人的这种朴素的想法，对人类后来的历史发展产生了极为深远的影响。一方面，它促使人类去寻求科学的途径，以改善自然界；另一方面，它推动了艺术的发展，使人们有更多的机会从审美的角度去观察自然界；最后，这一想法使人们对自然界萌生了崇拜的心理，由此导致了宗教的产生。

上述这三个方面，是人类在自然界中的地位和不同需要的反映。只要人类能够通过认识改善其生存环境，科学就会继续存在下去；只要人类尚未彻底征服自然界，就会为宗教留下一席之地；只要人类的认识是二维的，具有能动性和创造性，就会为艺术的发展提供一个广阔的空间。

总之，科学、宗教和艺术共同起源于“模仿自然，就可以重现自然”这一原始思想，它们是人类认识过程中三个缺一不可的基本方面。如果说宗教（包括哲学）表明了人的世界观是关于现实世界总的看法，是典型的主体型理论，反映了人类最高的精神价值；而科学是关于自然界具体的认知，是典型的客体型理论，反映了人类最高的实用价值；那么，艺术就是关于宗教与科学的过渡和纽带，是综合主体和客体两方面因素的认识，反映了人类最高的欣赏价值。艺术既是连接宗教与科学的黏合剂，又是促使两者进一步向前发展的催化剂，同时它还是科学与宗教的综合载体。

比如，驰名中外的敦煌壁画是为宗教服务的。其中，每一个石窟中的壁画和菩萨，都是有钱人出资修建和供养的。只有借助宗教势力，才有可能在开凿石窟和作画的过程中，集中大量的人力和物力来完成规模如此浩大的艺术工程。而且，在建立这一宗教艺术工程的过程中，实现了对劳动工具的改造和对颜料技术的开发。在古代，科学、艺术和宗教的三合一是极为普遍的现象，埃及的金字塔和中国的敦煌艺术等都是这三者有机结合的产物。

科学与艺术的相通性，除了它们在产生的渊源上是一致的，还表现为它们都是将外在分立的世界统一于内在的一致性，并由此形成认识上的反差。这种反差越大，它们的价值也就越大。这是人类认识活动所具有的共性和实质，无论是科学还是艺术，作为人类认识活动的一个有机组成部分，它们在本质上是相同的。为了体会由认识形成的反差，我们分别对科学的反差和艺术的反差进行举例说明。

科学的反差

科学是关于自然界的同构系统，其本质是人与自然界的相互作用。确切地说，科学是关于现实世界的系统描述。不过，由于现实世界中的各种现象都是分立的，其表现出的仅仅是对立的一面，而我们所建立的理论却要求是统一的。于是，理论本身和现实世界之间就会产生一定的反差。一个理论能够概括和反映的各种分立现象与实验越多，则该理论的内在统一与现象的外在对立所形成的反差就越强烈。于是，该理论的认识价值就越大，使得该理论具有更高的认识效率。

比如，我们在第一章中列举的粒子与电扇实验。从表面上看，该实验产生了一系列对立的现象。作为电扇，时而具有可穿透性，时而又具有不可入性。那么，究竟应该如何理解同一个电扇具有截然相反的性质呢？科学的做法是构建一个同构系统，根据该系统内部的物理机制，将各种对立的现象分隔在不同的极限情况。

这种将表面混乱的对立现象有序化，通过一定的机制将这些对立的现象分别限定在不同的极限情况，就是科学工作的实质；而使现象有序化的规则和公式就是理论的结构。这种结构越简明，其所能解释的分立现象越多，则形成的理论与现象的反差就越大，理论的价值也就会随着其结构的进化和反差的增大而增加。例如，有一组数列：1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, …从表面上看这是一组没有任何联系的随机数值，但如果用公式n2来表示时，就会看出这组数值是从1到8的展开。所以，对于n2来说，上述这组数值具有内在的一致性。n2就是这组数值有序化的结构，根据n的不同取值可以将它们分别限定在数列的不同位置上。我们可以这样看待这组数值，即它们是通式n2在不同n值的具体展开。

对此，也许有人会认为这个例子过于简单，贬低了科学的认识意义。针对这种观点，我们可以分析一个在科学史上至今尚未获得彻底解决的问题来做进一步说明，这个问题是由以太引起的。

“以太”一词最早产生于古希腊时期，亚里士多德认为地上和天上的事物是由两类完全不同的东西构成的。地上的一切事物都是由火、气、水和土四种元素组成，它们是凡俗和可变的；而天上的日、月、星辰则是由一种被称作“以太”的东西构成的。在古希腊时期，以太又被叫作“精英”，是神圣、纯洁和永恒不变的。从17世纪起，以太又逐渐演变为真实空间的代名词。尽管在19世纪提出的各种具体的以太理论都被证明是不成功的，但人们始终坚持着这样一个信念，即自然界是由两种截然不同的形态组成的，一种是物质形态，另一种则是空间形态，而以太是空间形态的构成物，是光在空间传播的介质。

以太理论的基本困难是，光速时而表现为与光源的运动状态相关，如迈克尔逊-莫雷实验；光速时而又表现为与空间的运动状态相关，如双星实验。正是由于这些现象的对立，使以太陷入了两难的境地，并促使爱因斯坦提出了狭义相对论，从根本上否定了以太，否定了物质与空间的绝对分类。

爱因斯坦针对上述困难，提出了唯象的解决方法。他认为，同一光源的光速既可以相对于光源（或其他参照系）以速度c运动，又可以同时相对于空间以速度c运动，尽管光源和空间的速度是不同的。爱因斯坦的出发点是，既然这一矛盾无法避免，就索性将这一矛盾看作是自然界本身所固有的客观规律。不过，作为相应的补偿，需要修改原来的长度和时间等基本概念。于是，新理论由此诞生了。唯象型理论的这种做法与立体画派的创始人毕加索的画法颇为相似，他试图在一个平面上同时完整地描绘出人体在各种不同角度的画面。于是，毕加索画出来的图像与现实中的人相比有较大的变形，画中的人是一个人们从未见过的“怪物”。作为艺术品，这是无可厚非的，因为艺术较科学具有更大的创作空间；然而，作为一门科学，这种做法就有问题了，至少理论与现象的反差比较小，不具有很高的认识价值。

在前一章中，我们已经详细地论述了唯象型理论属于人类认识在某一新领域的初级阶段，有助于我们收集和整理资料；而构建型理论则属于人类认识在新领域的高级阶段，能够构建出更容易为人所理解的理论，使理论和现象产生较大的反差，从而使人类的认识上升到一个更高的层次。因此，狭义相对论的提出有其历史的进步意义，但却并不是终极理论。狭义相对论只是通过修正时空的概念来消除表面的矛盾，却并没有提出新的理论结构（即特定的物理机制）来统一矛盾，没有将这些对立的现象分隔在不同的极限情况，没有更进一步地产生理论与现象的反差，没有在实质上化解矛盾。所以，狭义相对论在人类认识的发展上，只有量的进步，而没有质的飞跃。

实际上，对于解决以太两难的境地，还可以通过另一种途径来实现。经过观察我们发现，光速与光源相关的情况是光线在空间的传播距离较短的极限情况下发生的，如迈克尔逊-莫雷实验，其长度仅为1m；而光速与空间相关的情况则发生于光线在空间传播距离较长的极限情况，如双星实验，其长度是以光年来计算的。因此，从构建的角度来看，应该提出一个与之相应的同构系统，将这两种对立的现象分隔在不同的极限情况，从而化解矛盾。

比如，光速是有限的，且光子是真实和具体的，所以可以推断，光速有一个由相对于光源以速度c运动到相对于空间以速度c运动的变换过程。在光速变换的过程中，类似于放射性原子的半衰期，存在着光速的半变换距离Rc。当光的传播距离等于光的半变换距离时，光速相对于光源和空间各服从50%；当光的传播距离远小于光的半变换距离时，光速相对于光源以速度c运动；反之，光速相对于空间以速度c运动。于是，光速的半变换距离将光传播的对立现象分别限定在长短距离不等的极限情况，从而消除了矛盾。此时，Rc是统一光现象的构架，它使理论与现象产生了反差。于是，人类的认识及其理论得到了新的进步与增值。相比之下，唯象型理论的方法只是消极地回避矛盾，因而无法形成这种对立统一的反差，使认识仍停留在原有的层次上，缺乏质的飞跃。

如果觉得关于以太的例子离现实生活太过遥远、不易理解的话，那么我们就轻松一下，讲述一个关于游戏的故事。

在一个豪华的宾馆大厅内，有许多游客在玩着各种赌博游戏。其中，在一个轮盘赌游戏桌前，有几个日本游客和一对韩国恋人，他们不断地押着手中的筹码，赢时欢呼雀跃，输时唏嘘惋惜，不出20分钟的时间就输光了手中的筹码。这些人在尽兴之余猛然发现旁边安静地坐着一个中国人，他时而把筹码押在黑5上，时而又把筹码放在红34上，无论筹码放在什么数字上，总是赢多输少。在这些游客的眼中，这简直太神奇了。因为，该中国人所押的数字，在他们看来毫无规律。于是，他们都纷纷再次购买筹码，跟着这位中国人押，而且还都有所获利。这是一个真实的故事，这个中国人就是我，故事发生的地点是美国著名的赌城拉斯维加斯。在解释我是如何下注之前，我们先要了解庄家是如何获利而游客又是怎么输的。

在桌面上一共有40个数字，它们是1至38并分成红、黑两种不同的颜色，此外还有绿色的0和00。于是，游客押中一个数字的概率为1/40，而庄家的赔付率仅为1/38（绿色的两个数字归庄家所赢）。如果是猜大小的话，游客猜中的概率为0.5×38/40，小于1/2，而庄家的赔付率却是1/2。所以，如果随机地押筹码，游客永远是输家，而庄家则总是赢者。但是，如果连续出现3、6和10三个小于19的数字，那么下一次出现的数字大于19的概率就等于

1–(0.5×40/38)3 ≈ 7/8

这就是我赢的诀窍。在我的脑海里，把40个数字想象成为一个圆形蛋糕，把轮盘中最近出现过的20个数字视为散落在该蛋糕上的巧克力点。我们总能用刀将蛋糕切成一半，让一半蛋糕上的巧克力点最多，而另一半蛋糕上的巧克力点最少。于是，我们下注的数字就在巧克力点最少的那一半蛋糕上。因为从概率上讲，作为轮盘中出现的数字，巧克力点应该均匀分布在蛋糕上。

对于想象中的数字蛋糕的切法有很多种，比如可以根据颜色、大小、单双和区域等不同的选择标准进行切割。而且，知道的切法越多，找到不对称性大的蛋糕的机会就越多，于是“猜中”的概率也就越大。由此可见，我之所以能够获胜，其实并无任何神奇之处，只是懂得了轮盘赌输赢的道理，将表面无序的数字结构化，使理论的统一与现象的无序形成反差（切数字蛋糕的方法）；而且，形成的反差越大即知道切数字蛋糕的方法越多，获胜的概率就越大，该理论就越具有实际的应用价值。

艺术的反差

与科学一样，艺术实质上也是通过某种内在的结构把纷杂不一的外在景象或要素有序化，从而形成具有一定的主题内容和内在联系的作品。对于一件艺术作品来说，其外在的无序性和内在的有序性形成的反差越大，就越不受时代、情绪和文化背景等因素的限制，因而该作品的艺术欣赏价值也就越大。此外，艺术的发展和科学的发展一样，也经历了一个由初级阶段向高级阶段的发展过程。在这一发展过程中，艺术的价值会随着其反差的增长而变大。

比如，东方的古典音乐比较简单和直观，其中的喜怒哀乐泾渭分明，主题非常明确。也正是因为如此，限定了人的情绪。当演奏悲乐时，听的人是绝对高兴不起来的，而一位深陷悲痛的人也无法欣赏和容忍喜庆的音乐。这一方面体现出了艺术的感染力，它可以对人的情绪产生很大的影响，可以将表面上毫无联系的现实因素，即各种不同的音符，进行一定的选择和有序化，从而形成具有特定情绪色彩的主题；在另一方面，由于东方音乐类似于唯象型理论，以模仿自然界中的各种声音为主，其形成的艺术反差较小。所以，这种属于自然音乐的欣赏空间不大，艺术价值有限，并没有更深刻地反映出艺术本身的内在魅力。

反之，西方18世纪前后的古典音乐的艺术价值相对来说就比较高。西方古典音乐更加注重表现乐曲本身的内在规律，其中，有许多乐曲甚至是没有标题的，往往可以产生较大的艺术反差。对于这类音乐，无论是喜悦还是悲哀，我们都可以从中感受到艺术的魅力。这类音乐既可以对人的情绪产生一定的影响，但又并不限定欣赏者的情绪类型，从而使该类音乐具有较大的欣赏空间。比如，无论是在成功的时刻还是在遭受挫折的时候，贝多芬的《英雄第三交响乐》都会在人的内心深处引起共鸣，使听者在精神上感受到无比的振奋和产生强烈的使命感。对于那些比较抽象、无法与现实生活直接对应的艺术作品，也许我们在初次接触时会感到不易理解，但它们往往耐人寻味，能够经受得住时间的考验，具有很高的艺术魅力和欣赏价值。

比如，印象派画家常用一些在现实世界中没有的色块来表现现实世界中的各种事物，由此形成了强烈的艺术反差。这种画法，一方面是为了传达出自然景象的“动感”，因为轮廓清晰和线条分明的造型不易产生颤动感；而另一方面也是为了提高色彩的纯度和画面的亮度。把未经调和的色点并置在一起，让观众通过调节与画面的距离，将各种分立的色斑调和起来，以产生丰富多彩的效果。从艺术欣赏的心理活动方面来说，让观众通过自己的努力（无论是动作还是想象）也能够参与到艺术创作中来，不仅可以增加艺术的魅力，而且能使该作品的艺术欣赏空间得到极大的拓展。任何一件真正的艺术品都应该只是激发人的意识和心理活动的道具，该作品必须为人的创造性思维和多种复杂的心理活动留有一定的余地，而不是限定人们如何意识与思维。

这是一种富有诗意的模糊美，只有裁缝才会用精确的尺寸描绘和形容少女婀娜多姿的体态和风韵。著名的法国印象派风景画大师毕沙罗在给他的儿子卢西安的信中就曾说过这样的话：“只有肯长时间看画的人，才会喜欢我的画，但参观者的眼睛太匆忙了，他们只看到了画的表面，那些性急的人是不会在我的画前停留下来的。”由此可见，艺术的魅力和科学的价值一样，都必须与现实形成较大的反差，而产生这种反差，需要靠一定的艺术结构来支撑，是按照一定的艺术规律搭建而成的。

例如，在音乐中，一个孤立的单音无法塑造音乐形象，即便是许多个彼此无关的音阶汇集在一起，也同样难以表现一个具体的音乐思想，它们只是一堆杂乱的音符和噪声。然而，如果通过一定的调式和节奏的组合，就可以形成具有某种主题的旋律，从而为音乐奠定基础。

所谓调式，就是按照一定的关系组合在一起的若干个音（一般不超过7个）构成的音乐体系，在该体系中以一个音为中心（主音），其往往出现在一个乐句的第一个音或最后一个音。不同的音乐风格，它们的调式和节奏是不同的。因此，按照一定的调式和节奏有序地排列音符，如用重复、变化、模进、扩展和紧缩等方式，就可以形成具有鲜明主题旋律的音乐。在音乐中呈现出的主音和节奏的周期律就是该音乐作品的结构，并由此形成了艺术的反差，使表面上没有联系的音符通过一定的音乐规律统一起来。这种规律或周期性表现得越隐蔽，产生的反差就越大，其艺术价值也必然会随之增长。

同理，对于绘画来说，一位画家在作画时，不仅要对现实的自然景象进行取舍，而且还要考虑到构图和颜色对比的平衡。比如，在强调动感的时候，可以用倒三角形来构图；而若要突出理性的时候，可以采用蓝色作为画面的主色调。所以，绘画是一种关于自然景象有序化的创造性活动，而且其内在的有序性越强，所具有的艺术结构也就越复杂。于是，与现实形成的反差就越大。

以上的分析使我们看到，科学和艺术作为人类的认识，它们有着共同的基本性质。它们的存在价值和意义都在于通过简单的规则使表面纷乱的现实世界有序化；而且从无序到有序所形成的反差越大，它们所具有的结构也就越复杂，这就是我们称理论是自然界进化的更高层次的原因。科学与艺术的差别仅在于所要产生反差的对象和作为有序结构的规则是不同的。这种差别并不局限于科学与艺术之间，即使是在同一个领域（如绘画），也会由于对有序概念的理解不同而产生不同的画派与风格。这更进一步证明了科学和艺术的相通性，因为它们之间的差异并不是本质的，这种差异即便是在艺术内部也是存在的。