20世紀20年代初，尼爾斯·玻爾還在為物質的結構而困惑。以前的物理學家認為，原子的內部結構應該像壹個微型的太陽系，原子核是太陽，電子像行星壹樣圍繞原子核旋轉。這是關於原子結構的經典理論。
但當時玻爾已經開始研究電子輻射，他認為只有新的模型才能解釋他的發現。電子的活動似乎與經典理論格格不入。正如玻爾所說:“當涉及到原子層面時，只能用詩意的語言來表達。”普通的文字已經無法描述他的數據。
玻爾壹直癡迷於立體派繪畫。歷史學家阿瑟·米勒(Arthur Miller)曾回憶說，玻爾的書房裏擺滿了抽象的靜物畫，他願意向參觀者解釋他對這種藝術的理解。對玻爾來說，立體主義的魅力在於，它打碎了物質的確定性，向人們展示了包含在壹切事物中的裂縫，把物質的物質性變成了超現實的模糊性。
玻爾非凡的洞察力在於他相信看不見的電子的世界其實是立體主義的。1923年，德布羅意已經證明了電子具有波粒二象性。但玻爾堅持認為，電子的形狀取決於人類如何觀察它們。也就是說，電子與想象中的“迷妳行星”完全不同。它們更像是畢加索解構的吉他，壹個用畫筆勾勒出來的朦朧的東西，只有妳盯著它看，它才能被賦予意義。
普通人很難想象抽象的藝術作品能影響科學史，立體主義藝術似乎與現代物理學無關。當我們思考科學過程時，壹些特定的詞總是浮現在腦海中，如客觀性、實驗、事實等等。科技論文中經常使用被動語態，讓我們覺得科學所描述的世界是現實世界的完美鏡像。然而，繪畫可以非常深刻，但它們往往不描繪真實的東西。
上述觀點把科學作為衡量壹切的唯壹尺度，其實是基於壹個不言而喻的假設:藝術總是隨著時尚潮流在循環，而科學知識是線性遞增的。人們認為科學史的發展應該遵循壹個簡單的等式，即時間+數據=掌握知識。我們相信有壹天科學可以解決壹切。
但是科學的實際過程並不那麽簡單。我們對真理了解得越多，真理的悖論就變得越明顯。正如小說家弗拉基米爾·納博科夫所說，“科學做得越好，科學就越神秘。”
我們可以看看物理學的歷史。物理學家不止壹次認為，他們已經搞清楚了宇宙是怎麽回事。他們壹直認為宇宙的基本結構是清晰的，除了壹些模糊的細節。然而，相對論的誕生壹舉粉碎了這種幼稚的幻想，從本質上改變了經典理論中的時空關系。然後，海森堡的測不準定律出現了，量子物理超現實地揭開了自己的面紗。弦論者開始試圖調和從未如此不同的理論流派，也提出了11維理論。科學家仍然不了解暗物質。現代物理學家對宇宙了解了這麽多，但他們不了解的東西還是太多了。最後，壹些科學家公開表達了他們的自我懷疑:人類真的有能力理解宇宙嗎？
大腦額葉中有壹個被稱為brod man 44區的地方，專門按照時間順序預測口語、符號語言和音樂中的事件。當預測符合現實時，神經回路會得到獎勵和強化；當預測與現實不符時，另壹個被稱為前扣帶回的大腦區域被激活，接管處理突發事件。德沃夏克《第七交響曲》的尾聲是對神經回路的微妙協調進行藝術探索的傑作，就像管弦樂壹樣。在這部偉大作品的結尾，觀眾已經習慣的音樂片段的順序被巧妙地替換了，這讓我們感到驚訝，也享受到了神經系統的獎賞。而下次聽到類似的音樂，我們會從碎片化的記憶中提取這些感受。
我們再來看看神經科學。僅在幾十年前，科學家們就提出了各種關於“架橋原理”的假說。“橋接原理”是解釋神經活動如何創造“意識”的主觀體驗的神經事件。他們提出了不同種類的“橋”，從大腦皮層的40 Hz振蕩到微管中的量子相幹。這些據說是可以把大腦的“水”釀造成意識的“酒”的生物過程。
然而現在，再也沒有人討論這個所謂的“搭橋原則”了。雖然神經科學在大腦細節的研究上取得了很大的進步，發現我們只是壹個由壹些激酶和突觸組成的奇怪回路，但這些進步讓我們越來越難以忽視壹個問題:我們無法體驗細胞層面的生理細節。真理總是充滿了諷刺:只有壹種現實是科學無法分解的，那就是我們唯壹知道的現實。
現代科學的瓶頸在於，我們無法統壹壹切，產生壹種普適的理論。我們的未知並沒有減少很多，但在很多情況下，它們增加了。最基礎的科學籠罩在神秘之中。不是不知道答案，而是不知道問什麽問題。
很多基礎科學都遇到過這樣的問題，比如物理學，神經科學。物理學家研究的是“現實”的基本結構，也就是定義我們物理世界的看不見的規律和粒子。神經科學家研究我們對世界的感知。為了研究人類，他們壹層壹層地解剖大腦。這兩種科學問的是最古老、最宏大的謎團:萬物是什麽？我們到底是誰？
在我們解開謎團之前，科學必須擺脫現有的桎梏。我該怎麽辦？我的回答很簡單:科學需要藝術，在論證的過程中，我們需要給藝術家留有壹席之地，我們需要重新發現玻爾在立體派繪畫中看到的東西。目前，科學的局限性清楚地表明，科學與藝術的分離不僅是壹個會使雞尾酒會上的聊天變得冷淡的學術問題，而且是壹個會阻止科學的實用主義問題。想要得到終極問題的答案，就必須在科學和藝術之間架起壹座橋梁，通過傾聽藝術的智慧，科學可以獲得更多的靈感，而這恰恰是科學進步的源泉。
我相信了解世界和觀察世界有很多相似之處。人眼的視錯覺程度是對人腦認知錯覺程度最精妙的比喻。當妳第壹次看到埃舍爾的《相對論》時，妳不會覺得有什麽問題。但是當妳仔細看的時候，妳會突然意識到妳看到的東西是不可能存在的。畫的每壹部分都是自洽的，但它們被拼湊成壹個不可能的整體。埃舍爾的作品表明，我們的大腦可以出色地欺騙我們——也就是我們稱之為“現實”的神經魔術表演。
自20世紀初首次亮相以來，神經科學就與大腦“密不可分”。科學家將我們的感知簡化為壹系列獨立的神經回路。他們收集了“思考”大腦皮層的圖像，計算了離子通道的形狀，並將其分解到亞原子水平。
雖然我們收集了這麽多關於“物質”的知識，但我們對這些“物質”創造了什麽幾乎壹無所知。我們知道突觸，但我們不了解自己。事實上，還原論的邏輯暗示，自我意識只是壹種微妙的錯覺，只是額葉皮層發出神經電信號時的附帶反應。機器沒有靈魂，只有機械振動。妳的大腦包含了1000億個帶電細胞，但沒有壹個是妳，對妳壹無所知。其實妳並不存在。大腦只是物質的無限回歸，可以歸結為壹堆冰冷的物理定律。
這種“還原法”的問題在於，它拒絕承認的恰恰是它應該解決的謎團。神經科學很擅長自下而上的拆解人的思維，但需要自上而下的方法來分析自我意識。就像小說家理查德？波爾斯說，“如果我們只通過突觸認識世界，我們怎麽認識突觸呢？”神經科學的悖論在於，其驚人的進展恰恰暴露了其研究範式的局限性，即還原論無法解釋意識的產生。人類的很多經歷都無法用現有的神經科學方法來解釋。
人類經驗的世界是藝術的世界。小說家、畫家和詩人所選擇的例子不能被簡化、剖析或用壹個科學縮寫的活動來表現。藝術家試圖捕捉的是生活的原貌。正如弗吉尼亞·伍爾夫所說，小說家的任務是“觀察壹個平凡的日子裏閃現的壹個平凡的思想？(追溯)看似不相關、支離破碎的表象下的格局，是每壹個畫面或事件給意識留下的痕跡的格局。”她試圖用內心的語言來描述意識。
神經科學尚未領會這種第壹人稱視角的好處。它采用的還原論方法不會把“我”放在觀察的中心。它還在苦苦思考“感覺”的問題。像伍爾夫這樣的藝術家研究了幾個世紀的“湧現現象”，收集了很多關於意識之謎的知識。他們構建了人類意識的美好模型，將生活細節提煉為散文和故事，成功展現了人類經驗的風格。這就是這些藝術家的作品經久不衰的原因——因為它們給人壹種真實的感覺。這些作品之所以給人真實的感覺，是因為他們把握了某種程度的“真實”，而這正是還原論所缺乏的。
對我來說，這幅鉛筆素描是證明科學和藝術相互呼應的絕佳例子。科學和藝術都力求以簡單、經濟的方式表現和表達壹個物體的內在真實。我創造的方程式和圖表並不比達芬奇描述的女人更現實。他的這幅畫讓我們知道畫家可以擺脫畫筆限制的境界。幾筆壹劃，這仙女仿佛脫下紙，直視妳的靈魂。為了把握宇宙的本質，我不能把我的方程式和現實混淆。自然的真理將從我的方程中升華，從數學中浮現，成為有血有肉的生命。
如果神經科學家仔細研究這些藝術創作，他們可以更好地理解他們想要分析的東西的整體特征。在妳解構壹個東西之前，妳最好知道它是如何被整合的。從這個角度來說，藝術為科學提供了豐富的數據庫，科學可以從中窺見自己的盲點。神經科學要想知道大腦皮層術語之外的東西——發現意識的神經聯系，發現自我的起源，或者找到具有主觀存在性的細胞，就必須對這些高級的心理事件有深刻的理解，而今天的科學方法無法突破這壹限制。
神經科學需要新的方法，這些方法不是自下而上的，而是可以用復雜的方式來表示精神。有時候，從整體上理解整體更好。威廉·詹姆斯(美國哲學家和心理學家，美國心理學之父)首先又意識到了這壹點。他在1890出版的巨著《心理學原理》的前八章中，描述了以第三人稱視角進行研究的實驗心理學家的心理學。但在第九章，他改筆用了“意識流”這個名字作為標題，還“告誡”讀者:“我們現在開始從心靈內部研究心理學。”
詹姆斯試圖通過這句簡單得如同現代主義小說般極端的話，來改變心理學的研究主題。不管他的感知或突觸，他不承認任何將精神分裂成基本單位的科學方法。他認為這些科學方法是還原論的，忽視了真實的現實。
但是，現代科學並沒有沿著詹姆斯指引的道路走下去。《心理學原理》出版後，“新心理學”誕生了。這個嚴謹的學派不接受詹姆斯的模糊描述，而是想從心理學中去除壹切無法測量的東西。例如，對經驗的研究從實驗室消失了。
但是藝術家們仍然用他們的方式來詮釋復雜的意識。他們從不回避“體驗”，因為它很難表達。他們壹頭紮進了意識的汪洋大海。在這方面，沒有人比詹姆斯·喬伊斯做得更好。在《尤利西斯》中，喬伊斯試圖把握意識的現在時態。小說不是通過作者的“上帝視角”來寫的，而是通過那些人物“自己”的視角來寫的。當布魯姆、史蒂文和莫莉在思考美麗與死亡、床上的雞蛋和數字八時，我們在默默地偷聽他們內心的自白。用喬伊斯的話來說，這就是“思想的濃湯”，標點符號之前的頭腦，寫在紙上的意識流。尤利西斯可以說是接過了威廉·詹姆斯的衣缽。
同樣，塞繆爾·泰勒·柯勒律治(英國詩人和評論家，英國浪漫主義文學的創始人之壹)也癡迷於鴉片。在腦科學出現之前，他寫過壹首詩，關於“思維過程中心靈的自我體驗”。還是視覺藝術，神經學家Cemir？賽奇曾寫道:“藝術家(畫家)在某種意義上是神經科學家。他們以自己獨特的方式研究大腦。”莫奈的《幹草堆》之所以吸引人，是因為他對色彩感知的獨特理解。波洛克的滴畫讓我們唱歌，因為它們激活了視覺皮層中的壹些特定回路。這些畫家從相反的角度操縱大腦，他們找到了可以吸引眼睛的視覺規律。
當蒙德裏安研究“關於形狀的永恒真理”時，直線成了他的個人標簽。他認為直線是所有形狀的基本組成部分。多年後，生理學家發現了“方向選擇性細胞”，這是壹種對直線有選擇性反應的細胞，被認為是形狀感知的基石。當圖像離偏好越來越遠時，定向選擇細胞的反應會越來越弱；當圖像與優選方向正交時，細胞反應完全消失。
當然，科學對上述論點的標準反應是:藝術對於科學研究來說太混亂，太不準確；審美不代表真理，莫奈只是幸運；虛構就是虛構，這是實證主義的對立面。藝術如果不能畫成散點圖，不能壓縮成變量，那就根本什麽都不是。但混沌不正是人類精神的本質嗎？我們的內心體驗不就是充滿了跳躍的、不合邏輯的、不可言說的感受嗎？從這個角度來說，小說的復雜，繪畫的抽象，就像壹面鏡子，可以照出我們自己。正如詩歌評論家蘭德爾·傑裏所說，“能象征我們的是藝術中的矛盾，而不是邏輯的、有組織的歸納。我們的世界和我們自己都充滿了矛盾。”
任何關於精神的科學模型都是不完整的，除非它包括了精神中無法恢復的東西。當然，科學應該遵循嚴格的方法論，並依賴實驗數據和可測試性，但科學也可以受益於額外的“輸入”。藝術家具有藝術特征的假設可以啟發重要的科學問題。如果科學不能從整體的角度研究大腦，科學理論就會與我們對自己的認知脫節。
神經科學自然認為它沒有固有的局限性。總有壹天，會有科學家能夠解釋人類意識的問題；架橋原理最終會解決；最終，人類會發現，經驗的問題只不過是另壹個物質問題——這樣的科學樂觀主義也許是對的，只有時間才能證明。這裏需要指出的是，並不是所有的科學家都這麽樂觀。阿夫拉姆·諾姆·喬姆斯基曾說，“很可能有人會猜測，我們從小說中了解到的人類生活和人格，會比從科學心理學中了解到的更多。”無論如何，要解決大衛·查默斯所說的“意識最困難的問題”，我們需要壹種新的科學方法，壹種可以從藝術中汲取智慧的方法，壹方面，我們可以創造夢壹般的“東西”；另壹方面，我們只是壹個“東西”。如果分開看科學或藝術，兩者都不能解決意識的問題，因為真理是多樣的。
乍壹看，物理和藝術的距離似乎特別遙遠。物理理論是從晦澀的方程和超導對撞機的亞原子碎片中提取出來的。物理理論堅持認為我們對現實的直覺其實是錯誤的，是感覺的虛構。藝術家靠的是想象力，而現代物理學是超越想象力的。正如哈姆雷特所表達的，天底下的事是不可思議的。這樣奇特的宇宙只能被發現，不能被想象。
但是物理學的超現實本質是藝術家可以幫忙的地方。科學確實發展到了人類無法理解的地步。正如理查德·費曼所說，“不像小說家，我們的想象力已經枯竭，別說想象不存在的東西，就連理解存在的東西都非常困難。”這是人類心理無法理解兩位數維度的弦理論或平行宇宙可能性的赤裸裸的寫照。我們的心靈在壹個簡單的世界裏進化，物質是確定的，時間向前流動，世界只有三維。而當我們進入超越先天直覺的領域，隱喻就成了救世主。這就是現代物理學的諷刺之處:壹方面是人類探索真理的最根本形式，另壹方面，人類除了它們的數學表達式之外，無法理解這些基本原理。我們理解宇宙的唯壹方法是類比。
因此，物理學的歷史充滿了隱喻性的飛躍。愛因斯坦在思考行駛中的火車時，對相對論有了頓悟。亞瑟·愛丁頓把宇宙的膨脹比作壹個膨脹的氣球。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋將磁場視為空間中的小漩渦，稱之為“渦流”。BIGBANG就像宇宙中的鞭炮。薛定諤的困在宇宙“煉獄”裏的貓，說明了量子力學的悖論。而且，沒有軟管似乎很難理解弦理論。
這些科學明喻看似過於簡單，但其意義卻非常深遠。物理學家和小說家艾倫·萊特曼(Alan letterman)寫道:“科學中的隱喻不僅具有教育功能，還能啟發科學發現。做科研的時候，即使文字、方程式沒有超出字面意義的引申意義，也不可能不做物理類比，不可能不在腦子裏畫圖，不可能不去想象彈跳的球和擺動的鐘擺。”隱喻的力量在於，它使科學家能夠具體地想象抽象的概念，理解數學方程之外的含義。總之，我們認識的世界定義了我們思想的世界。
但盲目依賴隱喻也是有風險的，因為沒有壹個隱喻是完美的。正如托馬斯·品欽(美國作家，以晦澀復雜的後現代小說聞名，曾多次獲得諾貝爾文學獎提名)所說，“隱喻可以讓妳更接近真理或謊言，取決於妳在哪裏。”宇宙的弦可能像水管，但不是。宇宙不是氣球。當我們把日常語言和理論聯系在壹起時，等式的純粹性就被玷汙了。類比思維就像走鋼絲，叫正確。
人眼在水平方向上存在視距偏差。視覺系統利用這個來計算景深。當眼睛註視壹個物體時，它的圖像在每個視網膜上處於相同的位置。包含許多相似物體的視野將在雙眼中留下相似的圖像。這些圖像有時兩只眼睛都能正確匹配，所以人們會看到壹幅平面圖；有時候壹只眼睛裏的圖像在另壹只眼睛裏是不匹配的，所以人們會看到不同景深的圖片。我想印象派和後印象派的藝術家已經明白了這壹點。他們說他們可以通過創造虛假的立體線索來吸引空氣，這是壹種操縱景深感知的方法。所以當妳用眼睛而不是用眼睛看安格朗的畫時，它們看起來是立體的。
這就是為什麽現代物理學需要藝術，壹旦我們認識到隱喻對科學的重要性，我們就可以思考如何讓這些隱喻變得更好。詩人當然是隱喻的大師，他們的藝術力量在於充滿意象的格律。模糊的感情被他們轉化成恰當的形象。20世紀很多偉大的物理學家，比如愛因斯坦、費曼、玻爾等等，都以他們的浪漫主義思想而聞名，這不是巧合。這些著名的科學家用他們的隱喻技巧理解了別人無法理解的東西，於是鐵路成了相對論的隱喻，水滴成了原子核的隱喻。詩人可以加快科學進程，幫助科學家更新隱喻。也許我們可以發明壹個比軟管更好的比喻。也許壹個比喻可以解開暗物質的秘密。正如弦理論學家布萊恩·格林(Brian Green)所寫的那樣，藝術可以“震撼我們的感官，讓它們明白什麽是真實的”，這推動了科學想象力的進步。
但是藝術家們還有另壹種方式來給宇宙對話帶來新鮮元素——他們可以讓科學隱喻變得有血有肉。如果壹個抽象的方程可以變成真實的東西，物理學家可以從不同的角度探索數學的意義。以理查德·塞拉的雕塑為例。他的金屬迷宮讓我們親身參與到物理理論中，讓我們以壹種新的方式去想象時空的優美曲線。立體主義中的破圖形也起到了同樣的作用，他們與當時的前沿物理學進行了卓有成效的對話。盡管畢加索無法理解非歐幾何的方程，但他決定用自己的繪畫來展示關於時間和空間的新思潮。壹個世紀後，物理學家仍然引用他支離破碎的靜物畫來象征現代物理學。抽象藝術讓我們對那些令人困惑的想法有了壹些理解。
現在是時候讓科學與藝術的對話成為科學方法的標準配置了。我們大學可以開設“物理學家的詩歌”這門課。然而，為了讓我們更好地理解該理論的外延，也有必要讓科學隱喻超越隱喻的局限性。美術館裏應該擺滿能讓人想起令人咋舌的弦理論和EPR佯謬(愛因斯坦-波多爾斯基-羅森佯謬，壹種以佯謬形式對量子力學哥本哈根解釋的重要早期批評)的作品。所有的理論物理系都應該雇壹個駐校藝術家。對於普通人來說，現代物理學總是顯得過於空靈和不切實際，它的假設似乎過於離奇而沒有意義。藝術可以把物理帶回我們感官所知的世界。
藝術家早就知道色彩和光影是兩回事。景深(三維)感知、運動感知和空間組織都是由視覺系統中的子系統控制的。這三個系統都是“色盲”，只能看到黑、白、灰。它們是視覺系統中相對原始的部分。在沒有明暗對比的情況下，人們無法區分景深或運動。人們之所以能看到畢加索悲劇的景深，是因為這幅畫的色彩獨特，明暗恰到好處。藝術家的反饋也有利於神經科學。小說家可以在作品中模擬關於意識的最新理論。如果壹個理論不能讓人物形象生動，那它就行不通。畫家可以探索最新的視覺皮層理論。舞者可以幫助科學家找出身體和情感之間的聯系。通過傾聽藝術的智慧，科學和藝術之間可以進行對話，科學甚至可以成為藝術的壹個分支，另壹方面，通過藝術對科學理論和思想的闡釋，科學可以從新的角度審視自己。
創造了“雙重文化”這個耳熟能詳的詞的小說家查爾斯·珀西·斯諾，提出了壹個簡單的方法來解決科學與藝術之間的分歧，他認為我們需要壹種“第三種文化”，可以打破科學家與藝術家之間的“交流障礙”。如果作家能知道熱力學第二定律，科學家能讀懂莎士比亞，那麽雙方都會從中受益。
現在有這樣的第三種文化，但它與斯諾的想法不同。斯諾認為第三文化應該建立在科學與藝術的對話基礎上，但實際上第三文化已經完全變成了科學家對公眾的演講。正如第三種文化的創始人約翰·布羅克曼所說，“傳統意義上的科學已經成為大眾文化。當然，擺脫媒體，直接向公眾解讀數據的科學家是值得稱贊的。許多構成第三文化的科學家增加了大眾對前沿科學的了解。從達爾文到格林，從史蒂文·平克(美國實驗心理學家、認知科學家、科普作家。從許多科普書籍到艾德華·奧斯伯·威爾森，這些科學家不僅在科學研究方面做得很好，而且還寫了漂亮的論文。他們給了我們很多啟發。
但是科學和藝術如何合作呢？我們準備永遠生活在這種文化斷層中嗎？要想統壹人類的知識，首先要發起壹場新的運動，這場運動必須超越科學和藝術的界限，把它們聯系起來。這場運動(很可能是第四次文化)的前提是科學和藝術不能獨立存在。這個運動的目標是培養壹個正反饋循環，讓科學和藝術不斷相互促進。科學和藝術不應該互相排擠，互相忽視，或者選擇性地關註對方，而應該互相產生實實在在的影響。這樣，舊世界的智力差距就會消失；神經病學學會收獲解決棘手意識問題的新工具；現代物理學可以優化它的隱喻系統。藝術將成為科學靈感的源泉。
這場運動可以讓我們對真理有更廣泛的理解。目前，科學被認為是真理的唯壹來源。但那些不能用縮寫和方程式表達的東西，卻被鄙視，被視為華而不實的虛構和科學事實的對立面。
但是科學無法獨自解決它提出的重大問題。將兩者結合起來，我們可以通過實用性而不是來源來評估我們的知識。這部小說/實驗/詩歌告訴我們關於我們自己的什麽？它是如何讓我們明白我們是誰，宇宙是由什麽組成的？它處理什麽樣的問題？解決了嗎？如果我們足夠開明，我們可以發現，無論是詩歌還是繪畫，都可以促進實驗和理論的進步。藝術會讓科學變得更好。
但在此之前，科學和藝術必須糾正壹些陋習。首先，人文學科必須與科學真誠合作。亨利·詹姆斯(作家，哥哥是著名心理學家威廉·詹姆斯)曾把作家視為壹個無所不包的人。藝術家必須遵循這個建議，不要忽視科學對現實的精彩描述。
同時，科學必須認識到它所描繪的現實並不是唯壹的。任何壹種知識都不可能是任意的。正如卡爾·波普爾所說，“我們必須拋棄知識有終極來源的觀念。我們必須承認，所有的知識都有人類的特點，都摻雜著人類的錯誤、偏見、夢想和希望。我們能做的就是不斷追求真相，哪怕真相遙不可及。”人類對科學真理的探索源遠流長，但道路布滿荊棘卻從未停止。如果我們想得到終極問題的答案——我們是誰，壹切是什麽——科學和藝術都是必不可少的，而且是相輔相成的。