真正的斷臂維納斯，一點都不美

內容來源：2018年4月25~4月28日，高山大學（GASA）2017級北京站，張雙南教授（中國科學院高能物理研究所粒子天體物理重點實驗室主任，國家天文台空間科學部首席科學家）分享「美的科學和科學的宇宙觀」。

一、美是什麼？

這是一個非常嚴肅的問題。

第一個提出這個問題的學者是古希臘思想家蘇格拉底，他的學生柏拉圖對這個問題做了很多研究，柏拉圖的學生亞里士多德也研究了這個問題，最後師徒孫三代得到的結論卻相當不一樣。近代哲學家黑格爾也研究了這個問題，還寫了一本書叫做《美學》。

在這裡，我不贅述介紹他們的理論，引用復旦大學朱立元教授在美學課程中的總結，他說：對於美是什麼這個問題，我自己覺得還沒有辦法回答。

柏拉圖《大希庇阿斯篇》是人類的第一本美學專著，圍繞希庇阿斯和蘇格拉底的對話，以對話形式展開 「美是什麼」的思考。其實這本書記錄的是柏拉圖和他的老師蘇格拉底關於「美是什麼」這個問題的討論。對話到結束的時候，柏拉圖說，「美是難的」。

朱教授說，他覺得這是千真萬確的至理名言。

1750年，德國哲學家鮑姆加登正式將「美學」確立為一個學科，研究人與世界審美關係。研究對象就是人類的審美活動，研究目的就是理解審美規律，找到美的判斷條件。

因此，美學的任務不是回答美是什麼，也不能回答，因為美學就是審美學——美是審出來的，審視之前美並不存在。所以可以說，「美是什麼」本身是個偽命題。

二、審美觀和審美規律

傳統美學意義上的審美觀包含：

1. 美的本質是什麼？

2. 什麼樣的審美對象是美的？

也就是說，傳統美學認為審美觀就是「美是什麼」（也就是美的本質）和「什麼是美」（也就是對象的客觀性質）的統一。但事實上我們每個人都有各種各樣不一樣的審美觀，於是，「美是什麼？」「什麼是美？」也就都是偽命題了。審美規律，也就是美的判斷條件，是主觀對客觀的判斷。

審美規律所要回答的一系列的問題包括：

美的判斷條件是否存在？

美的判斷條件是否唯一？

如何發現美的判斷條件？

如果存在判斷條件，那這個條件到底是什麼？

1. 基於大腦的審美理論

從神經學的角度理解審美規律，有一篇2011年發表，至今被引用了134次的超級論文，叫做《基於大腦的審美理論》。論文基於大腦的審美現象，想要理解幾種常見的不同類型的審美——關於藝術的美，關於音樂的美，以及我們出去看風景的美，它們之間有沒有聯繫或共性？

這個論文研究的出發點是人腦中一個叫情緒大腦的區域，這個區域負責快樂和獎賞，換句話說，如果我們獲得了獎賞或者感覺快樂時，大腦的這個區域就活躍起來了（活躍度可以用儀器測量出來）。

在這篇論文中，研究者得到的一個結論，藝術美、視覺美是通過我們的眼睛感受到的；音樂美是通過耳朵感受到的，它們傳達到我們大腦中之後，激起了同一個區域的活躍（情緒大腦區域）。

這份研究還進一步說明，當一個人感覺到的美的程度不一樣時（我把它叫做「美度」），這個區域的活動就不一樣，大腦的活動性與美度呈正相關——感受到的美的程度越高，情緒大腦越活躍。

除此之外，這個論文也研究了「丑」，結論是「丑度」也和大腦的活躍度呈正相關，但是激發在不同的區域，也就是大腦感受美和感受丑的區域不一樣，而且不同類型的丑會引起大腦不同區域的活動。

這個論文的主要結論是：在視覺和聽覺上，大腦感覺到美和丑的區域沒有重疊，這是非常好玩的事情。

2. 從科學的角度研究審美

我要展示的第二篇研究審美的超級論文的閱讀次數排名前99%，也就是說99%的論文都不如它的閱讀量高，只有前1%的論文閱讀量和它是相當的。

這篇論文從科學的角度研究審美，有三個作者，分別為神經科學家、物理學家和數學家，這個數學家曾獲菲爾茲獎（被視為數學界的諾貝爾獎）。

於是，這是一個交叉學科的研究，研究的是數學審美的經驗及其神經關聯（即，數學方面的美和腦神經的關係）。這篇論文的研究方法是：在倫敦地區找了一批22到32歲的數學家，進行兩輪測試。

第一輪測試，讓他們對60個數學方程的美醜進行排序；第二輪測試，藉助儀器收集他們判斷美或丑時的大腦活動。

測試表明，在這些數學家心目中，非常美的方程和非常丑的方程都是很少的，大部分方程都被認為是中庸的，不太丑也不太美，所以美和丑的比例都不多。

在第二輪測試中，研究人員讓數學家看一個數學方程，問美不美、美到什麼程度，同時把對他大腦的掃描結果記錄下來。隨後他們又研究了掃描前和掃描過程中的相關性——掃描前認為美的方程式，在掃描過程中你是否還認為它美？這一次，他們得到的結論非常有趣：

美和中性的感受是高度相關的，也就是說，在掃描之前你認為這個方程很美或者中性，在掃描過程當中，你仍然認為它美或者中性，是高度相關的；但是對丑的判斷就比較亂了，例如你在掃描之前認為這個方程是丑的，但是在掃描的時候你就可能改變了主意。所以，我們的大腦對美和丑的判斷過程是不同的。

在測試過程中，被測試者也需要回答：你是否理解這個方程？（數學家也不一定對這60個方程都理解。）

在這個問題上的結論是：被評價為美或者中性的方程大部分都是理解的方程；而那些被評價為丑的方程，大部分都是不理解的。所以，一個人認為美的事物通常是他所理解的，而不理解的事情通常都會歸於丑。

最後他們也分析了到底是大腦中的什麼區域，讓數學家覺得這個方程是美的，結論也是情緒大腦區域。

結合前一篇論文的結果，我們可以發現，不論是你看到的是藝術美、音樂美、風景美、還是數學美，大腦中總是同一個區域在發生反應，這是腦神經學對美學的研究結果。

我們對大腦神經的美學研究做一個簡單總結，得到以下幾點結論：

首先，視覺、聽覺和數學美的活動區域都是情緒大腦，屬於情感區域，因此我們得到結論——審美是情感的活動；其次，這個活動區域是負責快樂和獎賞的，因此我們得到結論——美感就是給我們帶來快樂的那種感覺，是對我們的獎賞；再次，極美和極丑都屬於不太常見的現象，中庸的比例很高；

最後，美和理解之間，理解是美的必要條件，不理解就不可能帶來美感。

這些結論說明：美的判斷條件是存在、且唯一的，是我們大腦中的某個區域受到某種影響，給我們帶來了美的感覺。但是這些研究都沒有找到美的判斷條件。

那麼如何來找美的判斷條件？我們用科學研究的標準做法：三段式的科學研究法。

首先是歸納。想要總結不同類型的美之間到底有沒有共性，就要先用歸納法進行思辨。如果歸納成功，我們就可能得到了美的判斷條件，但這還不夠。

第二步，證實。證實的意思就是儘可能地去窮舉更多的美，逐一驗證它們是否符合美的條件。根據我們前面通過歸納找到的美的判斷條件：美的就應該是美，不美的就不應該美。

也就是說，對於「每」一個「你」覺得美的審美對象，如果它不符合前面找到的美的判斷條件；或者，對於「每」一個「你」覺得不美的審美對象，如果反而符合美的判斷條件，都說明判斷條件是有問題的，需要返回去修改，直到我們認為所有美的都符合美的判斷條件，所有不美的都不符合美的判斷條件。注意「每一個」很重要，因為你需要「窮舉」，但一般情況下這是不可能做到的。

這說明，只靠「證實」不能保證一定能夠找到審美規律，而這個原則對於一般的科學研究也都是適用的。換句話說，無論找到多少「美的就應該是美」的例子，或者多少「不美的就不應該美」的例子，都不能證明「美的判斷條件」是普適的，因為無法對「所有的」審美對象進行檢驗。

但是，找到的上述例子越多，就說明「美的判斷條件」的適用範圍越廣，所以「證實」是科學研究中很重要的一步。

最後，也是做科學研究最重要的一步：證偽。

證偽，簡言之就是舉反例，即根據前面的美的判斷條件，尋找是否存在這樣的審美對象：應該美的但是不美，不應該美的反而美。

如果找到了某一個審美對象，根據美的判斷條件它應該是美的，但是「你」覺得不美，這就是一個反例；反過來，如果找到了某一個審美對象，根據美的判斷條件它不應該是美的，但「你」覺得美，這也是一個反例，兩個反例都說明判斷條件有問題，需要返回去修改判斷條件。

需要注意的是，證偽不需要窮舉，因為你是從「美的判斷條件」出發，有針對性地找反例（相當於根據理論模型做出可以被檢驗的預言），每一類審美對象只要找到一個反例，就找到了判斷條件的適用邊界，很快就可以收斂，所以是功能非常強大的科學方法，因此這一步是最重要的。

經過多次「歸納、證實和證偽」的循環重複，「你」最後就有可能找到美的判斷條件。當然，前提是它存在（從科學方法的角度，至少是有可能找到的）。我自己用這個三段式科學方法研究美學已長達幾十年，得到的結論：美的判斷條件有六個字：沒缺陷、不常見。

實際上就是我們的大腦做審美判斷的兩個要素：缺陷與常見。

缺陷的意思是，靠你的價值觀來判斷某個審美對象是不是符合你的價值觀，如果是，你的大腦就會給出「沒缺陷」的判斷。例如，我說我現在演講所在的教室是沒缺陷的，意思是說它滿足我給大家上課的條件，也滿足大家在這個課堂里聽我講課的條件。這裡要說明的是，審美更主要的是在於精神層面，也就是我們認為的自然、合理、完整、真善等。

每個人的價值觀是不一樣的，所以對同一個審美對象，有人認為沒缺陷，有人認為有缺陷。

一般來講某個審美對象是否「沒缺陷」並不是這個審美對象的客觀屬性，而是審美者「你」的主觀判斷。常見的意思是，你會依據自己的見識來判斷某個審美對象是否常見。但每個人的見識是不一樣的，所以對同一個審美對象，有人認為常見，有人認為不常見。

例如，去年夏天的一個雨後，北京出現了雙彩虹，當天晚上直到後面一兩天，各種彩虹的照片在朋友圈裡刷爆了，很多人都覺得它美得不得了。

但是，如果你拿這個照片到山區里問一個老媽媽，這個照片漂亮不漂亮，她就沒有感覺，因為她經常看見這種彩虹。

為什麼雙彩虹在北京會被覺得很美？很簡單，因為北京不容易出現這樣的景像，而且是自然現象，需要特別好的條件，傍晚、雨後天晴、空氣乾淨等等。所以這在北京人的價值觀里是沒有缺陷的，同時又滿足了我們認為不常見這個條件。

所以，一般來講某個審美對象是否「不常見」也並不是這個審美對象的客觀屬性，而也是審美者「你」的主觀判斷。當然「你」的上述兩個主觀判斷都是和這個審美對象的客觀屬性有關的，可以說是主客觀結合的結果。

那科學的美學基礎在什麼地方？

首先，審美是情感的活動，這使得我們對美的判斷存在唯一條件。其次，美感帶來的快樂是獎賞。第三，極美和極丑的比例很低，中庸的比例很高。第四，美感可以量化（審美可以用公式計算出來，因為太技術化，今天不展開講）。第五，美和理解有關，理解是美的必要條件。第六，不同的丑激活的是大腦的不同活動區域，所以丑是多條件帶來的，而美是唯一條件帶來的。

這6個結論讓我得出了兩個判定要素：沒缺陷、不常見，就是美的充分必要條件，這兩個要素缺一不可，但也不需要其他要素了。

大家也許會說，為什麼偏偏是這兩個要素構成美，而不是三個或四個？因為這是我們做科學研究的最基本的原則，就是奧卡姆剃鬚刀定律（原理的含義為「如無必要，勿增實體」），要求我們建立最簡單的模型。

當我們發現兩個要素就夠了，便不再找第三個了，但一旦這兩個因素不足以解釋全部現象時，就要增加一個因素了。對於審美來說，目前看來這兩個就夠了。但同時，我們要知道，創新必須存在跳躍，而不僅僅是線性推導出來的結果。我們現在所有的新理論都不是純粹邏輯推理的結果。

所以，沒有一個邏輯的推理過程能夠從以前的知識出發，推導出審美的兩要素，這就是我本人根據審美現象跳躍創新式地歸納得出的結論，這個結論是否正確，當然也需要進行證實和證偽。

對於美的判斷條件，我在上文已經為給大家舉了很多例子進行了證實，下面我們花一點時間證偽。

三、傳統美學的4個誤區

對於美的判斷條件進行證偽的過程，需要回答一個問題，「有沒有不符合『沒缺陷、不常見』的美？」如果有，就說明這兩個要素不完整或者不對，需要修正。

相信在我講沒缺陷、不常見時，很多人腦海中都想到了斷臂維納斯。它在傳統美學理論中稱為缺陷美或者殘缺美，那麼既然是殘缺美，不就說明缺陷能夠帶來美嗎？這不就明顯不符合我的理論了嗎？

實際上，它是個雕塑作品，雕塑沒有實用功能，所以它的斷臂不是缺陷，我從來沒有見過一個女孩子為了追求更美而去斷臂。我曾經與一個藝術家溝通這個問題，他堅持認為缺陷能帶來美。我問，為什麼沒有一個女孩子把臉上弄個傷疤來追求殘缺美？他給我的回答非常有趣，他說因為她沒有神經錯亂。

這說明，可能只有神經錯亂了才會真的追求殘缺美，因為神經錯亂之後人的價值觀變了，這種狀態下的人認為的沒缺陷與我們正常人認為的沒缺陷已經不一樣了，在他看來那已經不是缺陷了。

所以，雕塑的斷臂不是缺陷，當然也不是缺陷美的佐證。

在東方美學中，也有一個很重要的所謂的殘缺美的代表，就是宋代汝瓷上的裂紋。但是如果我們在網上訂了一套精美的瓷盤，來做為餐具，結果打開一看，上面全是裂紋，你是高呼殘缺美、還是立刻跟客服打電話要求退貨？必然是退貨。

宋代汝瓷的裂紋在當時其實是燒制工藝的缺陷，所以沒有生產多少就停止了，因此宋代流傳下來的帶裂紋的汝瓷非常少，這使得汝瓷成為稀有的收藏品，並沒有使用價值。

所以作為收藏品而不是實用餐具，宋代汝瓷的裂紋就不是缺陷，加上它非常不常見，所以你會覺得它美。而你家盤子上的裂紋就不美！因為作為餐具的瓷盤是裂紋那就真的是缺陷了，當然不美！

我剛才提到的那兩個條件中沒有「距離」，但傳統的美學史有很大一部分是講距離產生美的，其中大部分是講「距離」的各種心理學效應。這是否違背了「沒缺陷、不常見」的判斷條件？實際上，「距離」能產生美的本質是，距離掩蓋了缺陷（這一點與化妝會「使人變美」是一個道理），而且在遠處看不清，就有了產生各種「不常見」的想像的空間。

「情人眼裡出西施」也是常見的現象，貌似也和「沒缺陷、不常見」沒有關係。事實上，因為愛，使你忽略ta的缺陷，又使你發現ta的不常見。

再如，自己家的孩子再調皮，在爺爺奶奶眼裡都是聰明的表現，就是沒缺陷；自己家的孩子的一舉一動、成長過程的任何變化，在父母的眼裡都和人家的孩子不一樣，就是不常見。在「情人」眼裡也是如此。

通過問這個問題，我們發現了傳統美學的第一個誤區：只羅列「美」 的表象，不追問表象背後的原因。

斷臂維納斯美、有裂紋的宋代汝瓷美、距離產生美和情人眼裡出西施都是事實，但是美不是因為斷臂和裂紋、也不是因為距離和情人，而是因為沒缺陷、不常見。

同時，我們也發現了傳統美學的第二個誤區：混淆審美對象和藝術品的對象。

我們審美的對象應該是藝術品，非藝術品的對象。所以藝術品的對象有缺陷不等於藝術品有缺陷，這是兩件不同的事情。舉例來說，描述戰爭的作品可以很美，描述死亡的藝術品、描述疾病的藝術品也可以很美。但是戰爭、死亡、疾病都不美。所以混淆審美對象是傳統美學的第二個誤區。

有很多傳統美學理論認為對稱為美，也有很多傳統美學理論認為真實為美，現在認為簡潔為美的似乎特別多。事實上，我們可以很容易舉出很多反例說明有時候對稱不美、不對稱反而美，真實可以很醜陋，有些情況下複雜也很美。

這就說明這些美學理論都是把個例作為了普遍現象，不但沒有做任何「證偽」，就連「證實」也是很不完全的。因此我們就發現了傳統美學的第三個誤區是：個例作為普遍，無證實無證偽。

事實上，我們如果仔細考察每一個所謂的對稱美、真實美或者簡潔美的例子，就會發現這些審美對象美的本質不在於對稱、真實或者簡潔，而是仍在於沒缺陷和不常見。

我們經常看到舞蹈演員的照片，這個畫面的左側和右側的姿態非常一致和對稱，讓人覺得特別有美感，事實上這就是作為對稱美的例子被用來「證實」對稱美理論的。實際上演員是做不到這樣的對稱的，這個照片是電腦合成的，形成了沒缺陷、不常見的美。既然這是合成的照片，當然就違反了所謂的「真實美」的理論。

如果對稱、簡潔、真實就很美的話，我可以在電腦上用軟體畫一些非常對稱和簡潔的圖，由於是我畫的，當然也是真實的。儘管滿足了對稱、簡潔和真實的所有條件，但是會有人覺得它美嗎？不會。雖然這樣的圖畫一點缺陷也沒有，但是因為很常見，誰都能做到，所以不會給人審美快感。

我們在這裡總結一下，什麼是審美觀與品位？審美觀就是判斷美的能力，由價值觀和見識組成，是審美者的個人能力。

價值觀判斷是否有缺陷：符合你的價值觀，對你來說就是沒缺陷；見識判斷是否不常見：你見得少就是不常見，和審美對象是否一直在那裡或者是否普遍存在無關。

品位就是展示美的能力，由價值觀和見識決定，是展示者的個人決定。價值觀決定展示什麼是沒缺陷，見識決定怎麼展示不常見。

為什麼不同的人有不同的審美觀？因為我們有不同的價值觀和不同的見識。對同樣的人、事、物，誰認為沒缺陷不常見誰就認為美，什麼時候覺得沒缺陷不常見什麼時候就覺得美。因此，從原則上來講，根本就沒有客觀美、絕對美、普世美、永恆美。

也就是說，這個世界上沒有脫離了審美者的「形而上」的美，這也是 「美是什麼」和「什麼是美」都是偽問題的原因。於是，我們找到了傳統美學的第四個誤區：越俎代庖，強加於人。

傳統美學一直想找到一個美可以令所有的人都承認，從蘇格拉底開始，就一直沒找到結果，所以最後只能答非所問：美是難的！

我們到這裡，通過對審美的「沒缺陷、不常見」兩要素的證實和證偽研究，不但進一步驗證了「沒缺陷、不常見」兩要素的確是美的充分必要條件，而且還找到了傳統美學的四大誤區。

既然做科學就要刨根問底，那麼我們必須問一個問題：為什麼美的判斷條件就是沒缺陷、不常見？這個問題仍然可以從大腦神經學的審美現象研究結果進行回答。

因為審美是以自我為中心的感性行為，沒缺陷符合自我價值觀或者是對自我的有用性，因此就是對審美者的獎賞，而不常見則提升自我價值或者體現自我優越感，因此會給審美者帶來快樂。而我們的大腦負責獎賞和快樂的區域就是情緒大腦，所以遇到沒缺陷、不常見的審美對象就會使得情緒大腦活躍，而這就是美感。

在這裡，我們簡要地總結一下審美要素的各種可能組合都會產生什麼審美判斷：沒缺陷不常見=美；沒缺陷很常見=俗；有缺陷很常見=丑；有缺陷不常見=丑哭；完全沒缺陷極端不常見=美哭。

四、從審美的角度看社會發展的動力與科技創新的本質

我們從另一個角度看美學，講一下進化和社會發展的動力，以及科學和技術創新的本質。今天的中國社會是個多元化的社會，是一個非常有生命力的社會。既然沒有普世美，那麼就只有多樣美，有多樣美才有生命力，這應該就是進化的一種自然選擇。

追求沒缺陷的進化才能生存，追求沒缺陷、不常見的進化才會成功，因此成功的進化本質上就是追求美的成功。在自然界中有很多動物的樣子很奇怪，這往往是它作為一個物種成功存活的重要因素。

同樣，我們在社會上也會見到很多很奇怪的、和其他人不一樣的人，往往是這樣一類人，獲得了成功。追求沒缺陷、不常見就是追求卓越、追求傑出。我們經常評選的「最美教師」「最美警察」和「最美清潔工」，實際上和他們的顏值無關，我們評的就是最「沒缺陷、不常見」的教師、警察和清潔工！

技術創新的目的是彌補各種能力的缺陷，包括彌補人的能力缺陷和現有技術的缺陷。

比如，跑得不夠快，我們造高鐵、造飛機，技術創新的結果就是創造出不常見的各種技術，越是顛覆性的技術，其能力就越強、越不常見，所謂的「黑科技」就是你以前不但沒有見到，而且都沒有想到的功能強大的新技術。

而科學創新的目的就是彌補原有科學理論的缺陷，新的科學理論必須具有預言新的未知現象的能力，而發現不常見、甚至完全未知的新現象就是科學突破。比如相對論理論彌補了牛頓理論的缺陷，同時預言了很多新的現象；量子力學也彌補了經典物理的缺陷，同時預言了很多新的現象，這些預言絕大部分都已被觀測或者實驗證實了。

因此我們就得到結論：社會發展的動力和科技創新的本質都是對美的追求。

五、從審美的角度看天文學的發展

接下來讓我們看看2000多年來，天文學是如何通過對美的追求與研究達到了今天的成就，以及宇宙未來的命運與審美這件事情又有什麼聯繫？

我這次分享的標題——「宇宙未來的命運」，它其實與審美有著密切的關係，只有把這個問題理解清楚了，我們才可能對2000多年來的天文學研究有比較清楚的認識。

人類第一個宇宙觀是地心說，亞里士多德提出的地心說，認為地球是宇宙的中心。那麼亞里士多德是偶然建立了地心說嗎？不是。他這樣做有兩個原因：

首先，地心說符合當時的天文觀測知識，從人的角度看，太陽每天東升西落，月亮也是如此，它們在今天看起來都是繞著地球轉的。

第二，亞里士多德還基於當時的美學觀進行了思考。當時的美學觀點認為勻速圓周運動是最完美的運動，而球是最完美的幾何圖形。

但是地心說與後來的天文觀測不符合——我們觀測到了天體的逆行，比如火星在地心說的情況下應該是按照這個方向走的，但觀測到的卻不是這樣走的，地心說不能解釋這一點。

因此這個理論是有缺陷的，必須要修改。托勒密（羅馬帝國統治下的著名的天文學家、地理學家、占星學家和光學家。）對這個模型進行了修改。

托勒密說，既然天體只繞著地球做勻速圓周運動不行，那就讓這個天體在圍繞地球做勻速圓周運動的同時，也繞著自己的輪子做勻速圓周運動，這樣既符合觀測的結果，也滿足了當時的審美觀。

但是，如果要天體做勻速圓周運動，每個天體都要有一個「輪子」，輪子的參數還需要精密觀測，所以整個模型極為複雜，不但沒有道理，而且也不符合簡潔唯美的美學觀念。

那怎麼辦呢？改。哥白尼提出了日心說——所有的天體繞著太陽運動，地球也繞著太陽運動。由於它們的角速度不同，所以相當於地球有時正著跑，有時反著跑—這就是天體的逆行。這是哥白尼日心說的基礎。

哥白尼認為這個模型比托勒密的模型要簡潔得多，而且可以解釋觀測現象，他覺得很美。從沒缺陷的角度上講，它自然地解釋了天體的逆行；從不常見的角度上講，這是當時最簡潔而且全新的一個宇宙觀。

哥白尼用一個簡潔的理論解釋了複雜的天文觀測現象，這是用美指導科學理論模型的成功事例，也是人類歷史上第一次基於美學理論正確解釋天體運動。雖然日心說可以解釋天體的逆行，但是精度並不高，所以在有些人看來仍然是有缺陷的理論。

後來，開普勒發現，天體並不是做勻速圓周運動，而是做開普勒運動，天體的運動軌跡不是圓，而是橢圓。但是開普勒運動和勻速圓周運動相比，好像沒有那麼美，因為要複雜很多，而且也沒有什麼道理，所以很多人不相信。

這時，科學家伽利略發明了天文望遠鏡，用天文望遠鏡觀測天體，證明了日心說是確鑿無疑的正確理論。

證據主要包含兩點：首先，伽利略觀測到木星有衛星，表明至少有一些天體是不繞地球運動的；第二，他還觀測到金星和月亮一樣有陰晴圓缺，這種情況只有用日心說才能解釋。

所以，伽利略找到了地心說曾經無法彌補的缺陷，日心說終於被大家接受。

但是，日心說在本質上仍然是有缺陷的，因為有天文學家觀測了銀河系內的恆星以及星團，發現儘管太陽是太陽系的中心，但是太陽系不處於宇宙的中心。因此，廣義的日心說不符合後來的人們對更多天體的觀測。

到這裡，我們完成了人類宇宙觀的第二次飛躍（第一次飛躍是哥白尼建立日心說，第二次飛躍是發現原來太陽系不是銀河系的中心）。

人類宇宙觀的第三次飛躍是哈勃發現了銀河系並不是整個宇宙。

以前，天文學家們認為銀河系裡面包含一些的點狀的恆星和一些星雲，這些恆星和雲漂浮在宇宙空間當中，銀河系就是整個宇宙，這就是所謂的「孤島宇宙」。

但是哈勃發現，這些星雲並不真的處於銀河系中，而是來自銀河系外的遠方星系，把哈勃發現的結果直接外推，整個宇宙就是巨大無邊。哈勃解決了「星雲」問題，但是又帶來了另外一個問題，這就是奧伯斯佯謬。

如果宇宙是無窮大的，宇宙中就存在無窮多的星系，那麼在我們地球上就會接收到無窮多的天體的光，那無窮多天體的光加起來就是無窮亮。於是，德國天文學家奧伯斯在1823年提出，若宇宙是穩恆態而且無限的，則晚上應該是明亮而不是黑暗的，甚至會亮瞎我們的眼睛！

但我們並沒有被亮瞎，夜晚也是黑暗的，所以哈勃的巨大無邊的宇宙模型仍然是有缺陷的，而且缺陷很大，當然這個模型就不美。

這時發生了人類宇宙觀的第四次飛躍：宇宙膨脹說。

哈勃沒有停止工作，他繼續研究這些星系，他發現這些星系在背對著我們地球跑，而且距離地球越遠的星系，跑的速度越快。於是判斷出宇宙在膨脹，那麼如果把時間退回去，宇宙就必然有個起源，所以宇宙是有年齡的。

所以宇宙中的天體也是有年齡的，而且那時候已經知道光速是有限的，而且光速是速度極限，那麼我們接受到的光線必定是有限的，於是就解決了「為什麼我們沒有被亮瞎？」的問題。

人類宇宙觀的第五次飛躍：發現宇宙大爆炸起源。

第二次大戰之後，用無線電天線做通訊變成了很主流的技術，有兩個無線電工程師發現，他們利用天線接收到的信號來自於宇宙的四面八方，不僅來自於人類、太陽，也不僅來源於銀河系，後來發現這是宇宙大爆炸殘留下來的輻射，於是找到了哈勃提出的「宇宙起源」是什麼。

在宇宙大爆炸被發現之後，天文學家的一個主要任務就是來測量宇宙到底是如何膨脹的（宇宙的膨脹到底是怎麼減速的？）。

我們知道，宇宙天體之間是有萬有引力的，我們在地球表面向上扔一個石頭，石頭向上的速度一定會越跑越慢；如果要讓它跑得越來越快，必定需要在石頭後加一個動力。

同理，宇宙大爆炸之後，這些天體就沒有動力推動了，膨脹速度應該變得越來越慢，而測量結果表明今天的宇宙的膨脹沒有變慢，而是在變快。那麼必定有一種力量在推動這些天體進行運動。

目前，我們認為這個力量就是暗能量。這是1998年三位天文學家的發現，他們發現宇宙當中充滿了暗能量，並在2012年獲得了諾貝爾物理學獎。這就是人類宇宙觀的第六次飛躍：宇宙正在加速膨脹。

六、宇宙的未來的5種可能

我們的宇宙是由137億年的一次大爆炸產生的，大爆炸之後，宇宙中產生了恆星、星系，這一段時間的宇宙膨脹是減速膨脹。

大約從50億年前開始，由於暗能量的存在，宇宙進入了加速膨脹階段，宇宙膨脹速度越來越快。那麼宇宙的將來究竟會是什麼結果呢？由於我們對暗能量的性質還不夠了解，只能對其結果的幾種可能性進行猜測：

可能性一：膨脹到一定的階段後進行收縮。也就是說，暗能量不起作用了，宇宙最後會收縮到一個點，然後再開始一次新的膨脹。這相當於一次新的大爆炸。

可能性二：臨界膨脹。指宇宙的膨脹經過無窮長的時間之後會停下來。

可能性三：滑行式膨脹。指宇宙的膨脹經過無窮長的時間後仍不會停下來，而是會像今天這樣一直膨脹下去。

可能性四：加速膨脹。雖然加速膨脹不會給我們帶來很多損害，但會使得我們在地球上最後只能觀測銀河系，銀河系以外的其它星系都看不見了。這時的宇宙看起來會很無聊。而這中間的三種可能性對人類生活的影響都不會太大，幾乎隻影響天文學家的工作。

可能性五：大撕裂。這最後一種可能性是最可怕的——在未來某個時候，暗能量的作用大到會使得宇宙當中的所有物質，包括我們的身體、我們身體中分子、原子都會被暗能量扯開，到時候對我們的影響就很大了。

七、科學研究的兩個重要途徑

我們最後還是回到對美的討論。我們對美的追求是永無止境的，因為美是沒缺陷、不常見的，但今天覺得沒缺陷的事物，可能明天我們的價值觀變化了，就會發現有缺陷；今天覺得不常見的，明天見多了就會覺得常見了。

所以未來我們做科學研究的2個重要途徑就是：

第一，繼續找缺陷。

科學的發展的過程往往是，當我們找到一個舊的理論缺陷，它才有突破的可能，我們才有辦法構建一個新的理論。

比如，我們很希望找到廣義相對論和量子力學理論的缺陷，這樣就有可能回答「廣義相對論能夠完全描述黑洞和宇宙嗎」「量子力學完全適用於宏觀世界？」等等這些問題。比如，我們國家的「墨子號」量子衛星證明了在上千公里的距離上也存在著量子糾纏現象。

一次我和潘建偉（量子通信科學衛星「墨子號」首席科學家）團隊的一個科學家聊天。我說，雖然你們這個衛星的科學實驗很成功，所有的科學目標都實現了，也獲得很多大獎，但是我對你們的實驗結果極為失望！

這位科學家很意外：難道張老師希望我們的實驗失敗嗎？我回答說，如果你們的實驗證明，量子糾纏現象在上千公里的距離上不成立了，絕對會獲得諾貝爾物理學獎，因為我們人類終於找到量子力學的一個毛病（缺陷）了，這樣就能夠突破現有的量子力學理論，找到更普適、更深刻的科學理論了！

第二，繼續發現新的不常見。

比如，我們還不知道暗能量是什麼，不知道暗物質是什麼，也不理解量子糾纏、引力與蟲洞之間到底有什麼關係？只有通過不斷發現新的觀測或者實驗現象，甚至發現廣義相對論和量子力學理論都沒有預言的現象，這些新的不常見，才能夠給我們帶來新的科學突破。

今天的終極大問題是宇宙未來的命運到底是什麼？我想如果我們可以理解暗能量的問題，距離解決這個終極問題，也就為時不遠了。

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