牛顿拿出三棱镜,济慈气得要了命 |《解析彩虹》

作品 2018-10-08 09:03:08



前段时间读到一篇对中科院院士朱清时的专访,由头是他在北京中医药大学开讲座讲真气和气脉。在采访的结尾他说:“我很担心,科学这么强大,人心若没有制约,社会就有灾难。”我觉得这个说法十分有意思,不知不觉间偷梁换柱,仿佛若不信真气经脉或佛学,我的人心便失去了制约,便要坏事儿。


人类对科学技术的忧虑也不是一天两天了,从1818年的《弗兰肯斯坦》(或更早)开始,这种担心和反思就没停过,以至于当代的科幻小说里几乎没有什么光明未来,最主要的母题之一便是人类由于愚蠢、盲目、自大或疏忽,被一项技术给坑了。我们今天先不说技术的事儿,只说科学本身。


在采访中说“科学不会教人行善”的朱清时,在某种程度上跟英国诗人约翰·济慈有点儿像。就因为牛顿把彩虹还原成了三棱镜下的光谱,济慈大为光火,认为牛顿完全破坏了彩虹的诗意。他在长诗《拉米亚》中写道:


天空中曾有一道令人敬畏的彩虹,

我们知道了它的质地、它的纹理,它就被归入单调无聊的平常俗物,

……

排空了灵异的空气和地精的宝藏,令美丽的彩虹分崩离析。


济慈


济慈沉醉于彩虹的炫目色彩之中,一旦这一现象背后的奥妙被科学解释清楚,便觉得自己的神迹受到了亵渎,科学家此举是焚琴煮鹤,大煞风景。可是,科学为什么剥夺了彩虹的魅力?知道了彩虹成因,这一自然现象就变得单调无聊了?理性为什么有那么大的力量,能让彩虹分崩离析?


为了“拨乱反正”,英国皇家科学家院士、演化论生物学家理查德·道金斯以此为题,写下了《解析彩虹》一书。在自序中他写道:


谴责科学剥夺了生活中最温馨、最宝贵的东西,实在是犯了不可思议的大错;这完全违背了我本人以及大多数辛苦工作的科学家的切身感受……科学,令人感受到的惊人奇妙,是人类心灵能够胜任驾驭的最高体验之一。这种精致的美学激情,可以和音乐、诗歌传递的极致美感并驾齐驱、相提并论。


理查德·道金斯


济慈绝非个例,认为科学会破坏世界诗性之美的大有人在。据说D.H.劳伦斯拒绝相信月亮只是反射太阳光这一事实,因为这“冒犯了他诗人的情感”。如果你去拆穿占星术的虚伪、去跟别人解释照片里的飞碟只是个影子,甚至只是去揭秘一场戏法或巫术,八成也会像牛顿一样,因理性而受到一部分人的鄙夷或责备。


英国维多利亚时代的艺术家兼艺术评论家约翰·拉斯金有这么一段名言:


对于大多数人,无知的喜悦胜过明白的喜悦。最好是把天空构想为蓝色的穹庐,而不是黑暗的空洞;把云彩构想成一尊金色宝座,而不是雨雪霏霏的浓雾。我严重怀疑一位懂得光学的人士,无论多么虔信宗教,都难以像一位农民一样,在观看彩虹的时候感到同样的愉悦或敬畏……我们不能够透彻地了解一朵花的奥秘,也不必为此开展专心探究,就像爱美应该阻止对科学的追求,柔情应该阻止知识的精确。


道金斯“不怀好意”地说,一则关于拉斯金的传闻增加了上述这段话的可信度:据称,可怜的拉斯金的新婚之夜被一个可怕的发现给毁了——他骇然发现女人竟然长着阴毛。


如果说一只三棱镜就毁掉了彩虹的诗意,让济慈兴致全无,那么他错过的精彩实在太多了。


?  可惜济慈生活的年代太久远(心胸也不够宽广),除了知道牛顿用三棱镜得到了一个人造彩虹之外,他再也没办法学习到其他关于彩虹的、“大煞风景”的科学知识了:


彩虹出现在哪个方向?雨滴大致上是一个球体,其内表面相当于一只凹面镜,雨滴折射阳光之后,又反射阳光,所以我们总是在太阳对面的天空中看到彩虹,而不是在透过雨幕看太阳时看到彩虹。


为什么你会看到一个完整的彩虹呢?因为雨幕中有数不清的不同雨滴,一条由成千上万颗雨滴组成的雨带传递给你绿光(同时传递给位于你上方的人以蓝光,给位于你下方的人以红光),而另一个由成千上万颗雨滴组成的雨带传递给你红光(同时传递给另一些人以蓝光),还有一个由成千上万颗雨滴组成的条带传递给你蓝光,以此类推。


为什么彩虹的排列顺序是那样的?给你传递红光的雨滴都和你有一个固定的距离,所以红光带是弯曲的(你在圆弧的中央)。绿光的雨滴也和你有一个固定的距离,但短一些。因此,绿光所在的圆弧半径较小,而且绿弧在红弧之内,蓝弧又在绿弧之内。一系列圆弧构成了整个彩虹,而你处于圆心位置。


彩虹是固定于某处的吗?彩虹绝非“扎根固定”在某一特定“位置”。实际情况是:有多少双眼睛注视着雨幕,就会有多少道彩虹。不同观测者从不同的角度观看同一场雨,因为光来自不同的雨滴群,所以观测者就会拼凑出他们各自的彩虹。更严格地说,甚至你的左眼和右眼所看到的彩虹,都是不同的。


柯尔律治和华兹华斯都在自己的诗歌里用“岿然不动”形容彩虹,如果能够知悉这些关于彩虹的小知识,他们的文学作品或许还能更准确几分。


? 可惜济慈生活的年代太久远,他永远都无法知道,牛顿那一面小小的三棱镜究竟为人类带来了什么改变:


牛顿将彩虹分解成不同波长的光,引出了麦克斯韦的电磁学理论,以及爱因斯坦的狭义相对论。如果你认为彩虹有诗性的神秘,那么相对论的诗意肯定更高级。


牛顿解析彩虹,为19世纪发现“我们实际所见的彩虹只占据整个电磁波光谱的一个窄带”奠定了基础。人类的眼睛是如何将光的波长告诉大脑的?不同的两个人对于红光的感知是否一样?大脑如何处理视锥细胞的信息辨别光的颜色?不同地区人类划分光谱的高度一致性是物理学问题还是心理学问题?这些问题一一被提出并得到了解答。


在专用电脑的帮助下,解析彩虹的另一种技术便是磁共振成像。如今,医生可以用这种非凡的技术,来识别我们体内器官的三维结构。


牛顿解析彩虹,由此建立的光谱学成为我们理解宇宙的一把钥匙,我们对宇宙的认识,大多由此而来。现代仪器已经大大超越了三棱镜,但现代光谱科学仍然是牛顿“解析彩虹”的直接衍生科学。一颗恒星发出的光的光谱,特别是其中的夫琅禾费谱线,会详细地告诉我们,这颗恒星上存在哪些化学物质,以及恒星的温度、压力和大小,这些信息能够帮助我们对恒星的自然演变史进行详尽的分类。感谢哈勃,根据遥远星系光谱的红移现象,我们最终甚至可以推论出,大约在137亿年前,宇宙诞生于一场大爆炸之中。 


这一切一切的发现,都建立在牛顿解析彩虹之后的直接推理之上。 


? 可惜济慈生活的年代太久远,永远不可能听到理查德·道金斯为科学之美所做的有理有据、掷地有声的辩护了:


在《解析彩虹》一书中,道金斯写道: “探明奥秘并不会失去其诗意,恰恰相反,探明答案更令人着迷,也更加美丽。每当你揭开一个奥秘之后,你会发现其他奥秘,这也许会激起更丰富的诗歌情感。”“解析彩虹的诗性之美目前所揭示的一切——从恒星的性质到宇宙的扩张,一定会抓住济慈的想象力,而且一定会带领柯尔律治进入最狂热的梦想,可以使华兹华斯的心脏,跳得比以往任何时候都更加踊跃、激烈。”


巧合的是,历史上另一位著名的理查德也说过类似的话。曾经有人对物理学家理查德·费曼说,科学家在研究一朵花时,就错失了花儿的美丽。对此,费曼的回答是:


对你而言存在的美丽事物,对我也一样美丽。但我更能看到其他人不易看到的深层美丽。我可以看到花朵中复杂的相互作用。花的颜色是红色。花有颜色这一事实,意味着它们这样进化,以便吸引昆虫吗?这又提出了一个进一步的问题:昆虫能看到颜色吗?昆虫也有审美能力吗?等等。我不明白究竟为什么研究花朵会损毁它的美。这只会增加它的美。


别再把科学与诗意、科学与美、科学与人心二元对立了。彩虹桥上没有行人,彩虹两端也没有金壶;宇宙是黑暗一片,而不是碧蓝如洗;云彩是水滴或冰晶的混合,并没有什么怪物神仙藏身其中,也不会因为爱你而比一个心形给你看。难道知道了这些真相,世间的奇趣就荡然无存了?如果说你知道了仅仅这解析彩虹一项工作所带来的各个领域的科学进步,甚至正享受着磁共振成像的医疗成果或正跟孩子讲起那些遥远星球的故事,却依然声称科学捣毁了诗意、损害了人心、侵犯了神秘主义的神圣阵地,那真是不太礼貌了。怀疑态度和批判精神固然珍贵,但如果在搞清楚批判对象具体是何物及其来龙去脉、功过是非之前就先扣个帽子噘个嘴,实在算不上公道。


在这本书的最后,道金斯这样写道:


“夫天地者,万物之逆旅也;光阴者,百代之过客也。聚光灯扫过去了。令人兴奋的是,它照耀的那一段时间,已经足以让我们理解自己所短暂居留之地所发生的某些事情,以及我们所做这些事情的理由,在生物世界的芸芸众生之中,只有我们能看到自己的归宿。”


我们难道不该为人类所具备的智慧与理性而感到欢欣庆幸吗?







《解析彩虹:科学、虚妄和对奇观的嗜好》

[英]理查德·道金斯 著  李虎 译

中信出版集团  2017-03


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