诗词与科学（一）

韩倚云

诗是文化的皇冠钻石，是最易接受、最能感人的文化珍品。民族的诗歌，是民族文化的璀璨标志，正如美国大诗人惠特曼所讲的，是“一个民族的最高凭证”。国际上很多大科学家，尤其是有原创性的科学家，对文艺都有涉猎。他们的文笔流畅，甚至可以媲美文学家的作品。其实，除了文艺能够陶冶性情以外，文艺创作与科学创作的方法实有共通之处。此类科学家甚夥，兹不枚举。

一、诗词是最精练的科学语言

用一句话概括诗词的特点，那就是：诗词是一种语言（文字）“模型”。以一种最精练的科学语言，用最美好的、最富于高品位深情的，从而又最能延拓内涵的语言来表达由“观”而生的人生感悟与人生哲理。诗，同语言的精、美、情不可分割。

“最精练”，精练到何种程度？精练到一字易不得，如同一个数学模型，每个变量和符号都易不得，看一个众所周知的模型：

E=mc²

式中：E为物体的能量，m为物体的质量，c为光的速度。

这是爱因斯坦著名的能量守恒定律，是造原子弹的原始理论基础。式模型，每个变量之间都有一种内在的逻辑关系，如改变其中任何一个变量、任何一个符号，都不再是爱氏“能量守恒定律”，此式精练到不能再减少一个变量、不能再减少一个符号。爱因斯坦通过大量的科学试验，同时又经过无数次推算、推导，从几麻袋的推算草稿中，删繁去冗而得到的最简模型。此模型的特点之一是“最简”，特点之二是“直观”，所谓“直观”，就是变量之间的逻辑关系一目了然，而且凡具有小学水平者，都能认得此模型，而对此模型的理解程度，取决于个人的学养。

再看此模型的所包含的特征：首先，此式式合。是自然科学的逻辑关系模型。其次，此式韵美。狄拉克说过：一个方程式美不美比符不符合实际更为重要。第三，此式情真。能准确表达能量的本质。第四，此式味厚。内涵丰富，小学、中学、大学生读起来都不费解。第五，格高。此模型极为重要，是狭义相对论的基础。

式模型，是经过了无数次计算与推导、无数次的合并同类项，而最终得出。而这个最简模型所包含的内容却达到了它的最大容量。

同样，我们的诗词也是如此：

白日依山尽，黄河入海流。欲穷千里目，更上一层楼。（王之焕《登鹳雀楼》）

这首诗仅仅20字，包含了作者丰富的实践经验，经作者无数次琢磨、删减而得到的模型，每个字之间都有内在的逻辑关系。此模型精练到不可再减一字，每个字、每个符号都易不得。而且，也具有以下特征：首先，式合。符合五绝格律，平仄合，粘对合，韵脚合。其次，韵美。声色、动静、对仗，铿锵上口。第三，情真。若无真切的情感，断不会观察如此之细。第四，味厚。可反复品味，可无限延拓。第五，格高。激励人自强不息，奋斗永无止境。因此，此作脍炙人口，流传千古。此诗字少，仅20字，特征之一，也是“最简”;特征之二，也是“直观”。凡具有小学水平者，都能认得此诗，而对此诗的理解程度，则取决于个人的感悟。

同时，诗人发现了一条客观规律：“欲穷千里目，更上一层楼。”发现了这一规律，但是当时却无法解释。后人读到此诗时，得到了启发，知道造成这种现象的原因是地球是圆形，若地球是立方体，决不会出现这种现象。

通过以上对比，可以认为：每一个数学模型都是一首诗，每一首诗都是一个最美的数学模型。至少，留传至今的古人诗词，都可比拟为某个数学模型。若非如此，诗的生命力也是有限的。

二、诗词与科学的共同任务

诗词与科学同源于实践，共生于人脑，同来源于人脑。对客观世界中实践的反映，与对此反映的主观加工，同产于外在世界与精神世界的，不可分割的结合与统一。诗词与科学，都是深入现实，源于现实，超于现实。反映客观世界及其真实性、唯一性。所谓“超现实”就是“梦”，“梦”是来源于生活而又高于生活的艺术境界。说“梦”是艺术中不可缺少的思维方式，但不能离“真”太远。“理”是解梦的归宿，也是论事的目的。离开了追梦与思理，诗的生命力也是有限的。因此，诗词与科学的共同任务是：用最美、最富有人情的语言，来认知客观现实、提炼大自然的本质、探索大自然的规律性。

（一）认知客观现实

科学对客观现实的认知表现在：以抽象的定量（数量）的模型或公式，面向某一类事物或现象，从各自的特殊、个性中，概括出它們的一般性、共性;从而在相应的领域中有普适性，并能引导进一步认识、适应、应用乃至改造具体的事物或现象。

f=ma

式中：f代表物体的受力，m代表物体的质量，a代表加速度。是经典牛顿力学基础模型，从大量的物质运动规律中，认知了力与质量和加速度的线性关系。

同样，类比诗词，也是对客观现实的认知，表现在：以形象的定性（文字、语言）模型，面向某类、某个具体事物或现象。深刻描叙、揭示其某特殊性、个性、侧面;从而在相应的领域中，写出其普适性。因此，一般性、共性寓于特殊性、个性之中，从而留下了广阔的空间，可供想象、思考、品味、领悟、开拓。如李白的“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”。杜甫的“无边落木萧萧下，不尽长江滚滚来”。这些诗句，无一不是通过个人的观察和体悟，从不同的角度认知客观存在，由特殊而到描绘出一般，进而延拓。再如韦应物《滁州西涧》：“独怜幽草涧边生，上有黄鹂深树鸣。春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。”这首诗是通过个人的观察与体悟，接受客观存在性。

（二）提炼大自然的本质

科技的一个重要任务是，从形形色色、千变万化的大自然中，提炼出某种事物的本质，而且这个本质具有唯一性。“人工智能学”是提炼大自然本质的典型例子。人工智能进行“人脸识别”的依据是什么？是因为提炼了“人脸”最本质的特征，无论“人脸”如何化妆、如何老去，其“本质”的特征不会改变。

人工智能的理论基础是数学，在数学里有一个分支：拓扑学（topology），是研究几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的一些性质的学科。它只考虑物体间的位置关系而不考虑它们的距离和大小。在拓扑学里，重要的拓扑性质，包括连通性与紧致性。

笔者在做人工智能图像识别研究中，建立了一个关于图像识别的“特征不变量”模型：

Y=（y₁，y₂，…，y_n）y_i=x_i×φ_i，i∈{0，1，2，…，n}

经多次實验，结果证明，使用式模型，可以很好地提取出一种定义良好的特征不变量，并且该特征不变量，可以较好地反映原始数据的本质特性。将本模型的特征不变量用于图像目标识别领域，只要原始数据序列中包含了图像目标的必要信息，那么，本算法所提取的特征不变量，就可作为识别相应图像目标的一种本质属性。它具有平移、旋转及比例不变特性。

同样，诗词对大自然的提炼，是求神似还是求形似？答案很简单，自然是求神似。因为神似才是艺，才是提取了自然界的“本质”，而且这个本质也具有唯一性。所谓“乱头粗服，不掩国色”，是为了提炼出“国色”，而非停留在“乱头粗服”的层面。诗词又如同演戏，不能不像，不能真像。不像不是戏，真像不是艺。正乙祠戏楼联云：“演悲欢离合，当代岂无前代事;观抑扬褒贬，座中常有剧中人。”此之谓也。

王安石《泊船瓜舟》：“京口瓜州一水间，钟山只隔数重山。春风又绿江南岸，明月何时照我还？”这个“绿”字为诗眼，这就是“提炼”，把诗人急切归乡的心情全盘托出。宋祁《玉楼春·春景》上阕：“东城渐觉风光好，縠皱波纹迎客棹。绿杨烟外晓寒轻，红杏枝头春意闹。”“闹”字是诗眼，这就是“提炼”，一“闹”字点明春到枝头这一客观现象。再看下面的诗句：

清明时节雨纷纷，路上行人欲断魂。

借问酒家何处有，牧童遥指杏花村。

（杜牧《清明》）

世味年来薄似纱，谁令骑马客京华。

小楼一夜听春雨，深巷明朝卖杏花。

（陆游《临安春雨初霁》首联颔联）

应怜屐齿印苍苔，小叩柴扉久不开。

春色满园关不住，一枝红杏出墙来。

（叶绍翁《游园不值》）

春的本质用“杏花”这个意象表达，“杏花”是“春”最典型的特征，可以称为春的“特征不变量”。

诗词中的艺术夸张手法，是提炼大自然本质的有最效的一种方法，如同数学方法中，对本质的特征进行局部“放大”，而“放大”的目的是更突出本质。李白《秋浦歌》：“白发三千丈，缘愁似个长？不知明镜里，何处得秋霜。”用夸张的手法，提炼一个“愁”字。贯云石《双调·渭江引·惜别》有云：“不是不修书，不是无才思，绕清江买不到天样纸。”用夸张的手法，提炼一个“思”字。

（三）探索大自然的规律性

王国维《人间词话》把诗词分为三种境界，第一境界：“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路。”第二境界：“衣带渐宽终不悔 ，为伊消得人憔悴。”第三境界：“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。” 所谓的“探索”，便是第二种境界。

首先，我们看一个探索阴阳、对偶的规律性事例。中国人已于《易经》中探索出阴阳的规律。西方人也讲究对偶，事实上，希腊数学家研究的射影几何就已经有pole和polar的观念。七十年前，物理学家已经发现负电子的对偶是正电子，而几何学家则发现光滑的紧致空间存在着庞卡来对偶性质。同样，在二十世纪九十年代，科学家又发现了物质的对偶是反物质，明物质的对偶是暗物质，而且，据科学家推算，反物质与暗物质一定存在。

在诗中，如杜甫《又呈吴郎》：

堂前扑枣任西邻，无食无儿一妇人。

不为困穷宁有此，只缘恐惧转须亲。

即防远客虽多事，便插疏篱却甚真。

已诉征求贫到骨，正思戎马泪沾巾。

这首诗中二联是对偶。而且律诗每一首都要求对偶中二联对偶，用对偶的水平直接影响着一首七律的水平。这和射影几何pole和polar的观念是一致的。

其次，再看对客观规律的探索。文学家和科学家都想构造一个完美的图画，但每个作者有不同的手法。文艺复兴的科学家理文并重。他们也将科学应用到绘画和音乐上去。笛卡儿、伽利略到牛顿和来布尼兹这些大科学家们在研究科学时，都讲究哲学思想，通过这种思想来探索大自然的客观本质。

以后伟大的数学家高斯、黎曼、希尔伯特、梵尔等都寻求数学和物理的哲学思想。黎曼创造黎曼几何，就从哲学和物理的观点来探讨空间的基本结构。至于爱因斯坦在创造广义相对论时，除了用到黎曼几何外的观念，更大量地采用到哲学家恩斯特·马赫（Ernst Mach）的想法。爱丁顿（Eddington）在1919年时用望远镜观察证明广义相对论，证明了爱氏理论的正确性。

在诗词方面，如屈原对太空的探索：

遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢闇，谁能极之？冯翼惟象，何以识之？（《天问》）

从天地离分、阴阳变化、日月星辰等自然现象，一直问到神话传说乃至圣贤凶顽和治乱兴衰等历史故事，表现了作者对某些传统观念的大胆怀疑，以及追求真理的探索精神。

再如苏轼对看问题角度的探索，“不识庐山真面目，只缘身在此山中”（《题西林》）。说明了只有上升到一定高度，才能把握事物的全局。再如辛弃疾对空间星体特征的探索：

可怜今夕月，向何处，去悠悠？是别有人间。那边才见，光影东头？是天外，空汗漫，但长风浩浩送中秋？飞镜无根谁系？姮娥不嫁谁留？（《木兰花慢》上阕）

词人已观察到某种现象，并努力追索天体的客观规律性。

科学需要实验、需要证明，文学却不需要这么严格，但是离现实太远的文学，终究不是上乘的文学。