在這不太科學的年代，電視上充滿靈異節目、網路上流傳星座算命、還有人深信隔空抓藥的神力之際，居然有人可以對物理發出由衷的讚美，真可謂是亂世中的清流。
更可貴的，這樣的清流是出自一老一少的口中。
第二屆亞洲物理奧林匹亞競賽日前在台北舉行，台灣學生代表拿下四金一銀的成績，八名參賽學生全部獲獎，如此成績固然值得欣慰，但得到個人第一名的科學園區實驗高中蔡欣妤，更說出令人難忘的感言。「物理很美，」蔡欣妤的結論很簡單，她從國中就開始漸漸發現物理「很美」，自己一頭就栽了進去，只要遇到不懂的，總會想盡辦法弄懂，這種費盡千辛萬苦、終於瞭解後的快樂，筆墨無法言喻。
物理學大師、第一位華裔諾貝爾獎得主楊振寧最近在清華大學演說，談的也是「美與物理學」。他從「風格」談起，從美學觀點替物理下新註解——「物理是造物者的詩篇」。
數學解決許多無解
他說，物理方程式和詩一樣，用最濃縮的語言，描述所有自然界現象，而且隨時孕育新生的意義。即使已年過七十，楊振寧並未停下思考的腳步，隨時探究物理的結構詩篇。
物理學發展不外於實驗、唯象理論、理論架構和數學四個過程，不同的物理學家會有不同的風格、不同的靈感泉源。楊振寧這幾年談到物理之美，總是以二十世紀偉大物理學家狄拉克與海森堡為例，後者遵循傳統的實驗、唯象結構等步驟，前者的靈感卻來自對數學直覺的欣賞和獨創的能力。
海森堡二十六歲時寫了一篇經典論文，解釋一塊大磁鐵與分解成許多小磁鐵的現象，引發科學界研究量子力學的興趣，解決牛頓傳統力學的不足，引領另一波的量子力學革命，也才有今天的半導體、電子通訊等高科技演變。
但特別強調數學與物理之間關係的楊振寧，卻尤其推崇狄拉克（P. Dirac），因為他的理論簡單卻具邏輯性，一如「秋水文章不染塵」；即使反對狄拉克方程式的海森堡，到了晚年，也不得不承認數學對物理的重要，因為數學解決許多唯象結構不能解決的問題。
楊振寧甚至借用唐代高適的詩句「性靈出萬象，風骨超常倫」，以「出」與「性靈」形容狄拉克直指奧秘的靈感。
「狄拉克方程式」是建立原子分子結構的基礎，狄拉克當年憑著喜歡簡單、直接和原始思考方式，偶然寫出此方程式，一度因太有創見，遭到同行批判。數年後，方程式獲得證實，科學界更進一步推演出「電子軌道與磁矩的相互作用」「負能問題」「反粒子理論」，也因此發現「正電子」等影響當代物理學的重大成果。
在楊振寧的觀點中，重要的物理方程式其實是用最濃縮的語言，描述所有自然界現象，就像「造物者的詩篇」；而且內涵隨著物理學的發展，還會產生當初未曾想到的新意義，例如，重要的麥克威爾方程式直到二十世紀初，還被愛因斯坦發現其對稱性，深深影響二十世紀的物理學。
對於物理學包羅萬象的特色，他也借用詩人布雷克（W. BIake） 的詩句總結：「一粒砂裡有一個世界，一朵花裡有一個天堂，把無窮盡握於手掌，永恆寧非是剎那時光。」（註：陳之藩譯句。）
而楊振寧談到數學與物理時，總以「兩片在莖處重疊的葉片」形容，重疊的地方同時是二者之根、二者之源。這樣的形容，也對人文學者有所啟發。中研院院士、歷史學者許倬雲也曾比喻人文與科學有其同根同源之處：兩者都是人類心智分離而又疊合的兩個園地，學科的界線其實是暫設的，而許多學術的術語，其實不過是我們為了方便觀察而設計的視角而已。
與楊振寧觀點相近者，更有著名的物理學大師費曼。在台灣，費曼的物理系列科普著作可說是個奇蹟，閱讀人口相當多。如果這些科普閱讀人口真的都能體會「物理之美」，台灣的科學教育就有希望了。
在《物理之美─費曼與你談物理》（天下文化出版）這本書裡，費曼特別以一個章節談「物理之美」，又用了一個章節談物理與數學的關係。
費曼開宗明義就說，所謂「物理定律」，其實也就是大自然的「律動和模式」，他選擇的例子是重力理論，也就是重力現象。多數人在國中物理課本中已學過的牛頓力學定律，曾被稱為「人類心靈所達成過最偉大的推論」。簡單地說，重力定律描述兩物體之間相互影響的力；這個作用力的大小與兩個物體之間距離的平方成反比，另一方面又隨著兩個物體質量的乘積而變化。
力學定律還有一個描述：物體受力以後，會以加速度（運動速度的變化）回應加諸於它的作用力，回應的程度則與它本身的質量成反比。
因為簡單而美麗
重力定律之美，正是它可用上述如此簡單的數學方程式，描述宇宙間複雜的現象。當然，後世偉大的物理學家如愛因斯坦，根據相對論原理，對重力定律做了修正，但基本上仍不脫「簡單之美」的特性。
如此簡單的定律，在電學現象中又再度出現，重力與電磁力是兩種不同的力，卻可以套用相同的平方反比定律，不能不讓人嘆服它的美麗。
費曼的結論也很簡單而美麗，「因為物理定律是簡單的，所以它是美的。」他當然也強調，形式雖然簡單，作用卻是複雜的。
數學家兼文學家布羅諾斯基（J. Bronowski）在其著作《人類的攀登》中寫道：「牛頓或愛因斯坦這一類的天才之所以成為天才，原因是他們能問很簡單明白的問題，找到簡單明白的答案，而答案卻是驚天動地的。」
自古以來，無論中外，詩一直成為文學中最簡單的呈現方式，它的文字雖然簡單，卻能呈現人類心靈最美的部分；而物理也能用最簡單的形式，描述大自然律動之美。楊振寧形容物理是「造物者的詩篇」，真是再恰當不過。
「但是，在探索物理之美的過程裡，人類似乎還缺少一些東西。」楊振寧很坦白地說，也許還缺少一些神聖感及畏懼感，缺少看見宇宙奧秘而心生畏懼的感受。或許，這就是當代許多人都無法體會物理之美的原因吧。（作者是資深科學記者）（專欄言論不代表本刊立場）
