科学的优雅之处在哪里?

科学家们总在研究中寻找简洁和优雅。那么科学究竟优雅在何处?

发现DNA双螺旋结构几年后,也就是1957年(几年后,该发现获诺奖),Francis Crick发表了一篇关于氨基酸基因来源的论文。氨基酸是一种能够制造蛋白质的有机化合物,也是生命之源。当时,人们已经知道DNA的四种碱基编码出了二十种标准氨基酸。但是,尚不清楚的是,DNA链上是否有类似标点符号的等价物,划定一段代码的始末。Crick当时相信,每种氨基酸源自独一无二的三联体密码,无需标点。在这篇名为《无逗号代码》的文章中,Crick提到自己的理论正确预测了「神奇数字」20。三十年后,他在回忆录中说,那时,这个想法「看起来如此精巧,近乎优雅」。结果却完全错了(实际上,不同排序也能编码出相同的氨基酸)。Crick总结教训:用简洁和优雅指导生物学研究,太过草率。

虽有Crick的前车之鉴,科学家们仍在研究中寻找优雅。但是,优雅到底是什么?优雅之物的清单,就像一张淫秽品清单,所列之物没有一丝共同点。寄生蜂雅脊金小蜂(parasitic wasp T. elegans)、蛔虫线虫(roundworm C. elegans)、长有羽尾的华美金凤鸟(feather-tailed dinosaur J. elegans)、约翰 ·辛格尔 ·萨金特(John Singer Sargent)的《X夫人》(Madame X)和Crick的《无逗号代码》——是什么将它们联系到了一起?当我向斯坦福神经科学家 Robert Sapolsky请教优雅的科学定义时,他说「你看到它时就会知道那就是优雅了」。普林斯顿高等研究所的物理学家Edward Witten也机敏地回答「如果你能定义音乐,我就能定义优雅。」哈佛—史密尼森天体物理研究中心Alyssa Goodman更直截了当地说,「事物的组合方式有讲究,具有某种流动性(fluidity)。如果事物被正确、优雅地组合起来,你就分辨不出单独的某个部分,因为这种组合方式已让它们浑然一体。」不幸地是,她说的是网球。

语言学范畴的边缘,就像云朵的边,靠的更近反而会消失不见。这些例子[虽不能清楚定义优雅],却可帮助我们搞清楚什么不是优雅。(就像英国作家Douglas Adams对飞行的定义,把自己扔向地面然后又错过地面)。Willianm Newsome是奥巴马政府大脑项目的联席主席,他定义了优雅的反面:「巴洛克」(Baroque)。统计学家Edward Tufte著有几本关于数据陈列和视觉设计的书,他也反着定义优雅,「庸俗(poshlust)——按照纳博科夫的拼写,一种迂腐的装腔作势。」《时代》杂志科学图形编辑Jonathan Corum用了「笨重」(clunky)这个词;斯坦福大学艺术评论家Alexander Nemerov认为是「蹩脚」(abject);在亚马逊土耳其机器人(译者注:Mechanical Turk,一家网络集市,允许企业在这一平台上雇佣员工,执行简单的工作,比如在照片中识别某人的身份等等。)上,我对1000名用户进行了调查,希望能像给公牛称重一样,用收集来的答案——比如,「垃圾」(trashy)、「粗糙」(crude)、「笨拙」(clumsy)、「尴尬」(awkward)、「累赘」(cumbersome)和「不协调」(uncoördinated)——勾勒出何为非优雅。

2010年,一篇发表在《自然·纳米科技》上的文章写道,「当一种理论或模型能够正确、直接并且简洁地解释某种现象时,它就是优雅的:一个易于理解的想法能够解释大量数据,回答许多问题。」这个简单又不失包容性的定义看起来不错。Goodman认为牛顿第二运动定律,F=ma(力等于质量乘以加速度)是最优雅的科学发现之一。她说,「一旦理解了如何运用这一定律背后的数学秘诀,你能解释几乎任何物体的运动。」Tufts心仪热力学第二定律,根据这一定律,宇宙混乱程度会持续递增。她认为「假如有一天我们可以看到外星人的科学,会发现他们也会使用这一定律。这个定律真的很优雅。」(Tom Stoppard在《Arcadia》中这样概括它,「你无法用搅拌的方法把事物分开。」)

Witten推进弦理论——该理论框架因其优雅性而毁誉参半——他提到,优雅会指引我们走向理性与合理。「要想在物理或数学研究中获得成功,需要借助第六感判断好的研究方法会是怎么一回事。」他说,「第六感大概就是一种优雅感。」但正如Crick的前车之鉴, 对所有科学研究来说,这未必属实。Newsome最初学的是物理,目前在研究视觉神经科学,他说,「生物学研究中,优雅会出错。」大自然并非总是青睐最优雅的解决方案。他说,「进化只是抓住那些自己呈现出来的便利方案。然后固定下来,复制,反复使用。」比如,视网膜,他说,「脊椎动物的解决方案恰好是错的。」脊椎动物的光感细胞位于眼睛后部,必须透过晶状体及其附近细胞补偿光散射。「任何人类工程师(都不会这么设计解决方案,而是)将吸光细胞放在最靠近光源的地方。」(事实上,这也是许多无脊椎动物的生理构造。)

去年,英国的神经科学家们对一些数学家大脑进行功能磁共振成像(fMRI),看看大脑对那些定理公式有何反应,是不是和其他人大脑对漂亮画作、美妙音乐的反应一样。研究发现,一些公式——通常那些简单、解释力强的公式,比如欧拉等式,eiπ+1=0(该公式将五个数学常数连在了一起)——能够「让大脑情感区域(也就是内侧眶额叶的 A1区域)活跃起来,其他审美体验也会引发这种活跃。」不过,对大脑的研究并非总是很清楚,我们还无法确定到底是内侧眶额叶活动引起了情感反应还是相反,或者它就是情感本身。同样,任何完整的描述都会变得混乱。但是,那种混乱最终蕴含着对「见到时就知道了」的解释, 也会告诉我们罗杰·费德勒的正手「伟大雨刷式击球」和 蛔虫细胞「像鞭子一样来回移动」如何传递出有关弦理论的真谛 ,以及三磅不雅如何首先勾勒出优雅。

本文选自The New Yorker,作者:Patrick House,机器之心翻译出品。参与成员:微胖、柒柒。

欢迎关注机器之心微信公众号:almosthuman2014,或登录机器之心网站www.almosthuman.cn查看更多精彩内容。