灵感：在科学与艺术中发现创造力

　　序
　　这本书完全始于一次对学校的访问--我记得它位于英国北约克郡的一座名叫哈罗盖特的城镇。我是前往该校访问的一名大学学者，将面对一群聪明的高中生发表演讲，以作为支持其通识课的活动。演讲的题目我已经记不太清楚，或许是科学史，或许是塑料科学，甚至可能是关于宗教与科学的迷人故事，但真正对我有用的信息来自演讲以后的讨论。正如许多读者所知道的那样，英国16岁以上的专业教育系统放到国际上来看是独一无二的。换言之，17岁至18岁这个组别内的一些学生将不再学习任何科学或者数学课程。就他们在讨论中发言的表现来看，其中许多人显然极为聪明，并且有能力钻研自己想选的任何课程，因此我询问他们为什么不继续选择研究科学。"因为我从科学中看不到任何为我的想象力或者个人创造力留下的余地"--这是他们的共同反应。我仍然记得自己当时感受到的刺痛，并从那时起逐渐明白，我们的教育和媒体在谈及科学时出现了极大的偏差。作为一名实验科学家，我自身的经历与此截然不同。在一代人之前，也就是我上高中的时候，当时学校特别允许我在上大学之前继续学习法语，并同时学习自然科学和数学。这样的学习经历帮助我认识到，没有创造性的步，科学是不可能开始的。我开始慢慢发现，这两种能够带来好运的经历并不是互不相关的。不知怎的，科学家未能将科学的创造性精髓告诉那些和我在一起的少年，也显然没有传达给其他许多人。
　　后来，我有幸在英国杜伦大学担任主管研究工作的副校长，这让我有了一个绝妙的机会，我每天都能接触到学术界同仁的创造性见解，从人文科学到社会科学，再到这所大学里那些伟大科学家的天才畅想。我当然读过C.?P.?斯诺（C.?P.?Snow）的著作《两种文化》（Two Cultures），并认识到了他所关切的那种人类从未真正做到的跨文化交流，但我越来越坚信，各学科相互间的共同点远远超过了我们能够认识到的程度。虽然很多学校（包括大学在内）并没有设立支持跨学科对话的机构，但无论何时，只要我们创造了交流的空间，碰撞出宝贵的思想火花就是自然而然的事情。一些火花将能持续保存，变成至今仍在成长的严肃课题。
　　因此，我要把我的份感谢送给杜伦大学的机构和个人，尤其是那些为某种跨学科观点付出了时间、精力和热忱的学者。杜伦大学高级研究院的执行院长维罗妮卡·斯特朗（Veronica Strang）教授是一位跨学科研究的发起者，她满怀热忱地主持了一次入门研讨会，启动了让这本书得以诞生的项目。贾尔斯·贾斯珀（Giles Gasper）教授是有序宇宙特别合作项目富有远见的领导者。为了研究13世纪的科学，这个项目把中世纪学者与科学家的互补观点综合到一起，并通过迷人的方式让我们看到，科学通常会向世人讲述它所拥有的更悠久、更深刻的故事。它也以一种让人感觉得到的方式说明了科学家和人文学者之间的许多共同点，进而向我们介绍了13世纪的杰出博学家罗伯特·格罗斯泰斯特（Robert Grosseteste）。这个人物将在本书多次出现，以佐助阐述我们的观点。为了用新的方式搭起神学与科学的共同框架，杜伦大学圣约翰学院的院长戴维·威尔金森（David Wilkinson）以睿智、可靠的方式不断鼓励我，我将永远感谢他。帕特里夏·沃（Patricia Waugh）向我指出科学研究与小说撰写之间的关联；朱利安·霍顿（Julian Horton）和我一样热爱罗伯特·舒曼（Robert Schumann）的音乐作品，并对《F大调音乐会小品》（Konzertstück for Four Horns and Orchestra）进行了专业分析；马丁·卡恩（Martin Cann）与我长期在生物学与物理学上耐心合作：在此，我向他们表示诚挚的谢忱。
　　美国印第安纳州圣母大学高等研究学院曾邀请我担任2017至2018年度访问学者，这是一次极有帮助的经历，特别是有关本书第4章的研究，同时也为全书的写作提供了支持。感谢院长布拉德·格雷戈里（Brad Gregory）用"知识统一性"的观点启发了我，同时感谢该院其他学者和教职人员与我进行研讨、阅读和评论，尤其是劳拉·达索-沃尔斯（Laura Dassow-Walls）、西莉亚·迪恩-德拉蒙德（Celia Deane-Drummond）、史蒂夫·法伦（Steve Fallon）、玛戈特·法斯勒尔（Margot Fassler）、帕特里克·格里芬（Patrick Griffin）、克里斯·科尔达（Chris Kolda）、戴维·本特利·哈特（David Bentley Hart）、伊莱恩·斯特拉顿·希尔德（Elaine Stratton Hild）、亨利克·兰格（Henricke Lange）、伯尼·麦金（Bernie McGinn）、理查德·泰勒（Richard Taylor）、埃米丽·杜姆勒·温克勒（Emily Dumler Winckler）、董欣宇（Xinyu Dong），以及我的两位出色的本科生研究助手索菲亚·卡罗扎（Sofia Carozza）和杰里米·卡佩洛·李（Jeremy Cappello Lee）。如果没有唐·斯泰卢托（Don Stelluto）和卡罗琳·谢尔曼（Carolyn Sherman）具有创造性的支持，上述一切就不可能发生。
　　这本书的另一个重要背景是我在约克大学的学术新环境。事实已经证明，开创新的自然哲学的跨学科教授职务，让一个在英国蛰伏了两个世纪左右的传统重见天日，这一极富想象力的决定令人乐在其中。很快，新同事就开始汲取这本书的营养，特别是玛丽·加里森（Mary Garrison）、基思·艾伦（Keith Allen）、凯文·基林（Kevin Killeen）、珍妮·纽霍特兰（Jeanne Nuechterlein）和伊丽莎白·泰勒（Elizabeth Tyler）。
　　能够倾听艺术家、艺术策展人、音乐家、科学家和教育工作者率直诚恳地谈论他们的工作是一种巨大的荣幸，也是获得智慧的重要源泉。在这里，我要向有序宇宙特别合作项目的常驻艺术家和合作者致谢，特别是亚历山德拉·卡尔（Alexandra Carr）、科林·伦尼（Colin Rennie）、凯特·沃特金森（Cate Watkinson）、瓦妮莎·钱柏林（Vanessa Chamberlin）、珍妮特·格雷厄姆（Janet Graham）、杰里米·梅奥尔（Jeremy Mayall）、格雷姆·威尔森（Graeme Willson）、贝里·比林斯利（Berry Billingsley）、迈克尔·瑞斯（Michael Reiss）、斯蒂芬·布伦德尔（Stephen Blundell）、卡尔·冈布里奇（Carl Gombrich）、朱莉·康菲尔德（Julie Kornfield）、卡蒂·刘易斯（Katie Lewis）、阿尔德·路易斯（Ard Louis）、威尔森·蓬（Wilson Poon）、斯科特·米尔纳（Scott Milner）、克里斯托弗·索斯盖特（Christopher Southgate）和汉娜·史密森（Hannah Smithson）。感谢大英博物馆的吉尔·库克（Jill Cook），她策划的"与神同存：超越人类、空间和世界"展览为我带来了灵感；同样感谢美国费城艺术博物馆的珍妮弗·汤普森（Jennifer Thompson），她带领我欣赏了莫奈的《日暮松树下》，并与我进行了讨论。想象力研究所于2016年在剑桥大学国王学院举办的研讨会也具有极大的价值，为此我要感谢罗伯特·斯腾伯格（Robert Sternberg）、詹姆斯·考夫曼（James Kaufman）、马丁·里斯（Martin Rees）、阿什利·扎德雷（Ashley Zauderer）、迈克尔·贝里（Michael Berry）、迈克尔·凯茨（Michael Cates）、梅莉莎·富兰克林（Melissa Franklin）、菲利普·鲍尔（Philip Ball）、娜奥米·伦纳德（Naomi Leonard）、乔恩·基廷（Jon Keating）、约翰·潘德瑞（John Pendry）和赫伯特·于佩尔（Herbert Huppert）。
　　非常感谢我的朋友和同事，他们格外认真地阅读与评论我的草稿，经常提出连我都未曾想到的至关重要的新课题与资源，同时也会善意地挑出许多小错误。如果本书还有其他尚存的错误，那都是我自己的责任。特别感谢卡尔·冈布里奇、玛丽·加里森、迈克尔·瑞斯、安德鲁·斯特恩（Andrew Steane）和阿德里安·萨顿（Adrian Sutton），他们对书稿进行了全面修订；感谢马克·米勒（Mark Miller）、朱莉·麦克利什（Julie McLeish）、玛丽莲·斯特拉森（Marilyn Strathern）、维多利亚·罗里马（Victoria Lorrimar）和伊恩·麦克吉尔奇里斯特（Iain McGilchrist），他们为本书做了特别评论。感谢罗西·麦克利什（Rosie McLeish），她非常高效地打下了第5章中引用的每一段音乐。我的家庭成员也在感谢名单之中，他们用比想象还要多的爱和耐心来支持我所做的必要劳动。胡安妮塔·卡莱基·罗思曼（Juanita Kalerghi Rothman）始终启发着我将科学与艺术相联结，并在工程学与各种创造力的沉思中寻找美学。这本书开篇的献词就是献给她的。
　　我非常享受与牛津大学出版社的编辑团队一起工作，特别是与阿尼亚·隆斯基（Ania Wronski）和桑克·阿德隆（Sonke Adlung）的合作，衷心感谢他们给予我的鼓励和耐心。这是一段非常美好的经历。

　　汤姆·麦克利什
　　英国约克
　　2018年6月11日

　　科学发现与艺术创造需要哪些人类素质？很多人认为，艺术需要"想象力"和"创造力"，而科学则不然。本书就挑战了这样一种假设，即科学在任何意义上都比绘画、音乐、小说或诗歌更具有创造性，并在创作过程中走上了现当代的道路。
　　视觉思维与隐喻、音乐与数学的超越、英国小说与实验科学的当代兴起、美学与渴望在创作过程中的作用……如果我们能够静下心来跟随作者倾听一位艺术家或科学家的坦白讲述，纵观从初的想法到创作完成的整个过程，便不难发现他们身上有许多共性--对目标的渴望、突然顿悟的时刻、经历挫折和失败的体验，以及撷取成果后的喜悦。艺术和科学之间并没有不可跨越的鸿沟，在创造的表面之下，思维的浪潮汹涌澎湃。

　　科学发现与艺术创造需要哪些人类素质？很多人认为，艺术需要"想象力"和"创造力"，而科学则不然。本书就挑战了这样一种假设，即科学在任何意义上都比绘画、音乐、小说或诗歌更具有创造性，并在创作过程中走上了现当代的道路。
　　视觉思维与隐喻、音乐与数学的超越、英国小说与实验科学的当代兴起、美学与渴望在创作过程中的作用……如果我们能够静下心来跟随作者倾听一位艺术家或科学家的坦白讲述，纵观从初的想法到创作完成的整个过程，便不难发现他们身上有许多共性--对目标的渴望、突然顿悟的时刻、经历挫折和失败的体验，以及撷取成果后的喜悦。艺术和科学之间并没有不可跨越的鸿沟，在创造的表面之下，思维的浪潮汹涌澎湃。

　　汤姆·麦克利什（Tom McLeish）
　　英国物理学家、约克大学自然哲学教授。他曾任杜伦大学副校长（2008-2014）、英国皇家学会教育委员会主席（2015-2020），现任英国皇家学会理事会成员、哈佛大学诺克斯奖主席。
　　他与大学和工业界的化学家、生物学家和工程师合作，将材料特性与分子结构联系起来。他还致力于研究科学与政策、历史（如对中世纪科学论文的跨学科重新审视）和人文科学之间的联系，出版了《科学中的信仰与智慧》等书。

绪  论 ／001
1 灵光一现 ／033
发现的个人时刻 ／039
缠结的思想 ／046
奇特的星形分子 ／054
思想的暗流 ／060
新事物的创造力：在物理实验室中研究生物学 ／066
一次关于科学创造力的谈话 ／073
2 见人所未见 ／081
科学想象力中的视觉隐喻 ／089
数学理论与绘画 ／092
主动观察的古代美学 ／095
视觉项目的创造力与约束力 ／102
视觉想法的科学经验 ／105
与视觉艺术家谈创造力 ／111
宇宙模型与视觉想象力 ／115
视觉想象力与现代天文学 ／124
受到印象激发的想象力 ／129
音乐的艺术理论 ／137
3 把自然写进存在 ／141
共同的早期历史 ／149
小说与科学的早期轨道 ／153
牛顿与弥尔顿：天堂与行列 ／156
可能性的艺术与罗伯特·波义耳的解释学立场 ／159
小说的艺术与科学 ／167
构思 ／169
孵化 ／171
顿悟 ／175
验证与形式约束 ／180
科学与文学的纠缠 ／186
洪堡、爱默生、华兹华斯和浪漫科学之美 ／188
左拉、贝尔纳和"实验小说" ／197
20 世纪小说的创造力与约束力：《巴黎评论》和诺贝尔演讲 ／201
科学发现和小说 ／208
4 创造辉煌 ／213
音乐的数字线索 ／219
音乐：中世纪的数学艺术 ／224
奥古斯丁论音乐 ／228
罗伯特·舒曼：创造性的张力、形式和体裁 ／232
音乐研读：《F大调音乐会小品》 ／246
从音乐到数学 ／261
数学家的头脑 ／265
数学研读：涨落耗散定理 ／273
电子类比：约翰逊-奈奎斯特噪声 ／280
一项普遍真理 ／283
音乐、数学和非语言创造 ／289
5 互为镜像的世界 ／293
近代回音 ／310
对理念中的情感的科学证词 ／316
以火灭火：创造性科学感情的专题研究 ／324
戴维·玻姆论创造力 ／333
毕加索和《格尔尼卡》：一项记录在案的艺术之旅 ／335
6 来自旋风的声音 ／339
创造性经历的原始叙事 ／344
透过神学透镜讲述创造力与创造的故事 ／353
彩虹的所有颜色 ／357
创造的目的论 ／365
对于缺失的现代思考 ／376
图片声明 ／384
注  释 ／386
参考文献 ／406

　　科学发现与艺术创造需要哪些人类素质？很多人认为，艺术需要"想象力"和"创造力"，而科学则不然。本书就挑战了这样一种假设，即科学在任何意义上都比绘画、音乐、小说或诗歌更具有创造性，并在创作过程中走上了现当代的道路。
　　视觉思维与隐喻、音乐与数学的超越、英国小说与实验科学的当代兴起、美学与渴望在创作过程中的作用……如果我们能够静下心来跟随作者倾听一位艺术家或科学家的坦白讲述，纵观从初的想法到创作完成的整个过程，便不难发现他们身上有许多共性--对目标的渴望、突然顿悟的时刻、经历挫折和失败的体验，以及撷取成果后的喜悦。艺术和科学之间并没有不可跨越的鸿沟，在创造的表面之下，思维的浪潮汹涌澎湃。

　　汤姆·麦克利什（Tom McLeish）
　　英国物理学家、约克大学自然哲学教授。他曾任杜伦大学副校长（2008-2014）、英国皇家学会教育委员会主席（2015-2020），现任英国皇家学会理事会成员、哈佛大学诺克斯奖主席。
　　他与大学和工业界的化学家、生物学家和工程师合作，将材料特性与分子结构联系起来。他还致力于研究科学与政策、历史（如对中世纪科学论文的跨学科重新审视）和人文科学之间的联系，出版了《科学中的信仰与智慧》等书。

　　绪论
　　创造力与约束力
　　艺术受到了限制；每幅画的精髓是其框架。
　　--吉尔伯特·基思·切斯特顿（G.?K.?Chesterton）
　　创造力、灵感、热情、形式、想象力、作品、表现--这份强有力的术语清单不可避免地将我们的思绪引入艺术世界。或许，这将在我们的脑海中召唤出一块石头的原形，它要么幻化出灵活的四肢和躯干，要么在画布上层层填涂颜色暗淡的油彩以挑逗我们的视觉，并由此让人联想到月光照耀下的深夜丛林。其他人或许会想象一位正在创作交响乐高潮部分的作曲家--她从遥远的群峰之巅唤来圆号，让它完美地加入正在上升的弦乐低音和弦。一位正在书桌旁与格律和韵律角力的诗人此时脑海中过滤着川流不息的词句、隐喻和暗示，这些小家伙似乎吵闹着要在纸页上得到属于自己的一席之地。艺术的双重奇迹不仅在于它能让人类从世界中汲取意义，还在于它能够流入听众、观众和读者的心田，使其再次创造出独属于自己的全新回应。无论是通过言语还是影像，我们都经历了改变，为之心神激荡，并在微小或者宏大的艺术方式中丰富自我，感知更多的东西。从事直接创作或者以接受为前提的二度创作，是历练我们作为人类所拥有的基本能力的途径之一。的确，有关艺术作品和过程的学术研究往往被归入我们称之为"人文科学"的学术范畴。
　　实验、设计、规划、方法、理论、观察、假说、计算、测试、误差--这是另一份术语清单，可以引导我们进入一个完全不同的行为世界。这些术语与我们称之为"科学"的领域关系更为密切。它们的能量似乎属于不同的类型：我们的情感极少会因为这些术语而受到激荡；它们不会像另外那些术语那样，导致狂野且无法预测的结果。我们会不会受到它们的鼓励去思考一间实验室中的场景，比如小心地混合液体并测量温度？我们心中想象的图景会不会是一个观察者正在认真地准备一台显微镜，或者正在用计算机来推测一颗遥远行星的轨道？如果说与艺术的结合可能会产生令人激动的困扰，那么与科学的结合则会让人更加冷静［法国立体派艺术家乔治·布拉克（Georges Braque）认为，艺术制造麻烦，而科学解决问题］。不过，科学会不会以另一种方式令人困扰？答案是非常可能。这是一个我们不熟悉的奇特世界，这里不像艺术世界那样宜居。而且，如果我们敢于承认的话，科学世界在某些方面的确缺少人情味（毕竟，我们将科学和人文科学划分为两个类别）。
　　但同时也有持不同意见的人，他们选择以同样的语言，甚至同样的口气来谈论艺术和科学。科学哲学家卡尔·波普尔（Karl Popper）曾经这样写道："就像伟大的科学理论一样，伟大的音乐作品也是在混乱之上建立秩序，即使对于它的创造者来说，其中的冲突与和谐也永远不会枯竭。" 这是一个关于音乐和科学的层次丰富且鞭辟入里的评论，我们需要做一些背景工作，才能发掘波普尔话语中藏在深处的含义--其中的暗示未能立即让两套截然不同的术语清单交叉，人们在谈到艺术或者科学时通常还是使用其中的一种，但它让人产生了怀疑。艺术与科学之间的二元分裂真的符合我们的历史、能力和需要的实际情况吗？这真的源于我们对这两个人类课题本质意图的深刻理解吗？我们甚至质疑，这真的忠实于二者的目的吗？如果不是这样，那么我们在问及孩子时提出"你学理科还是文科"的问题是否正确呢？或者说，我们支持C. P. 斯诺的老生常谈，认为现代世界中存在毫无重叠、相互不能理解且注定会发生冲突的"两种文化" 的观点又是否正确呢？如果我们对文化的分类是错误的（更不要说用这种方法为人本身进行分类了），那么我们以这样一种分裂的假设为基础所做出的二选一教育决定则将会让这些孩子发展失衡，致使其中一个方面萎缩，并在他们成年后关闭某个需要表达、思索、创造力和丰富度的世界，这将让他们失去作为人类的互补方式。
　　如果我们采取一个极不寻常的步骤，倾听一位艺术家或者科学家的坦率讲述，纵观他从初的想法到作品完成的整个工作过程，那么我们对于这种一刀切的文化划分的怀疑就会有所加深，因为艺术与科学的语言开始碰撞、重叠。我现在还清晰地记得我与一位艺术家（他也是当时我所在的利兹大学的美术教授）之间的次长时间谈话，讨论我们各自在艺术与科学中为新工作寻找灵感的经历。 他谈到了他为实现一个原始理念而做的批实验性尝试，谈到了他的思想与感觉到的材料限制的冲突--绘画和摄影作品的冲突，谈到了必须重新构建原有的概念，还谈到了对于这些令人沮丧的实验的反复重复--不是一次，而是许多次。我发现，几乎可以用完全相同的词语来讲述我在每一个科学研究项目中所经历的故事。我们有共同的感觉：我对于他艺术项目中的实验元素感到惊讶，而他则完全没有预料到，想象力在我讲述的科学故事中扮演了如此重要的角色。同时，我们彼此也非常清楚地认识到，不但各自的项目在智力与技术方面的历史如此契合，而且我们在激动、希望、失望、信心重燃和终解决问题上的情感轨迹也有相同之处。我们在艺术或者科学方面的故事说得越真诚，情感与认知的经历就变得越发缠绕与关联。在我们的故事之下，思考与感觉更加接近。
　　与谈论终创作出的文章、乐曲、理论或者画作相比，人们对于艺术的长期实现过程的讨论要少得多，个中原因很难讲清楚。不过，一些著名的例外强调了这个问题，比如毕加索创作《格尔尼卡》的进展，或者亨利·詹姆斯（Henry James）在《小说的艺术》（Art of the Novel）中的直率反思。这可能与工匠和艺术家小心地保护自己行业"秘密"的传统有关，因为这种做法可以增加神秘感，同时让人们对于已完成的作品的吸引力深感赞叹。艺术也具有商业价值，它不断磨炼的制作技巧和理念公式是值得保守的秘密，尽管这些只是灵感的载体，而不是灵感的源泉。或许，人们并不那么想让艺术创作的周围蒙上一层神秘的古怪面纱，而只是自然而然地不想承认这一点：自己每天都会经历如此之多的错误的开始、谬误、胡乱抛洒的墨水、混乱的思维和死胡同，对