緒  論 ／001
1 靈光一現 ／033
發現的個人時刻 ／039
纏結的思想 ／046
奇特的星形分子 ／054
思想的暗流 ／060
新事物的創造力：在物理實驗室中研究生物學 ／066
一次關於科學創造力的談話 ／073
2 見人所未見 ／081
科學想像力中的視覺隱喻 ／089
數學理論與繪畫 ／092
主動觀察的古代美學 ／095
視覺項目的創造力與約束力 ／102
視覺想法的科學經驗 ／105
與視覺藝術家談創造力 ／111
宇宙模型與視覺想像力 ／115
視覺想像力與現代天文學 ／124
受到印像激發的想像力 ／129
音樂的藝術理論 ／137
3 把自然寫進存在 ／141
共同的早期歷史 ／149
小說與科學的早期軌道 ／153
牛頓與彌爾頓：天堂與行列 ／156
可能性的藝術與羅伯特·波義耳的解釋學立場 ／159
小說的藝術與科學 ／167
構思 ／169
孵化 ／171
頓悟 ／175
驗證與形式約束 ／180
科學與文學的糾纏 ／186
洪堡、愛默生、華茲華斯和浪漫科學之美 ／188
左拉、貝爾納和"實驗小說" ／197
20 世紀小說的創造力與約束力：《巴黎評論》和諾貝爾演講 ／201
科學發現和小說 ／208
4 創造輝煌 ／213
音樂的數字線索 ／219
音樂：中世紀的數學藝術 ／224
奧古斯丁論音樂 ／228
羅伯特·舒曼：創造性的張力、形式和體裁 ／232
音樂研讀：《F大調音樂會小品》 ／246
從音樂到數學 ／261
數學家的頭腦 ／265
數學研讀：漲落耗散定理 ／273
電子類比：約翰遜-奈奎斯特噪聲 ／280
一項普遍真理 ／283
音樂、數學和非語言創造 ／289
5 互為鏡像的世界 ／293
近代回音 ／310
對理念中的情感的科學證詞 ／316
以火滅火：創造性科學感情的專題研究 ／324
戴維·玻姆論創造力 ／333
畢加索和《格爾尼卡》：一項記錄在案的藝術之旅 ／335
6 來自旋風的聲音 ／339
創造性經歷的原始敘事 ／344
透過神學透鏡講述創造力與創造的故事 ／353
彩虹的所有顏色 ／357
創造的目的論 ／365
對於缺失的現代思考 ／376
圖片聲明 ／384
注  釋 ／386
參考文獻 ／406

序
這本書完全始於一次對學校的訪問--我記得它位於英國北約克郡的一座名叫哈羅蓋特的城鎮。我是前往該校訪問的一名大學學者，將面對一群聰明的高中生發表演講，以作為支持其通識課的活動。演講的題目我已經記不太清楚，或許是科學史，或許是塑料科學，甚至可能是關於宗教與科學的迷人故事，但真正對我有用的信息來自演講以後的討論。正如許多讀者所知道的那樣，英國16歲以上的專業教育繫統放到國際上來看是獨一無二的。換言之，17歲至18歲這個組別內的一些學生將不再學習任何科學或者數學課程。就他們在討論中發言的表現來看，其中許多人顯然極為聰明，並且有能力鑽研自己想選的任何課程，因此我詢問他們為什麼不繼續選擇研究科學。"因為我從科學中看不到任何為我的想像力或者個人創造力留下的餘地"--這是他們的共同反應。我仍然記得自己當時感受到的刺痛，並從那時起逐漸明白，我們的教育和媒體在談及科學時出現了極大的偏差。作為一名實驗科學家，我自身的經歷與此截然不同。在一代人之前，也就是我上高中的時候，當時學校特別允許我在上大學之前繼續學習法語，並同時學習自然科學和數學。這樣的學習經歷幫助我認識到，沒有創造性的步，科學是不可能開始的。我開始慢慢發現，這兩種能夠帶來好運的經歷並不是互不相關的。不知怎的，科學家未能將科學的創造性精髓告訴那些和我在一起的少年，也顯然沒有傳達給其他許多人。
後來，我有幸在英國杜倫大學擔任主管研究工作的副校長，這讓我有了一個絕妙的機會，我每天都能接觸到學術界同仁的創造性見解，從人文科學到社會科學，再到這所大學裡那些偉大科學家的天纔暢想。我當然讀過C.?P.?斯諾（C.?P.?Snow）的著作《兩種文化》（Two Cultures），並認識到了他所關切的那種人類從未真正做到的跨文化交流，但我越來越堅信，各學科相互間的共同點遠遠超過了我們能夠認識到的程度。雖然很多學校（包括大學在內）並沒有設立支持跨學科對話的機構，但無論何時，隻要我們創造了交流的空間，踫撞出寶貴的思想火花就是自然而然的事情。一些火花將能持續保存，變成至今仍在成長的嚴肅課題。
因此，我要把我的份感謝送給杜倫大學的機構和個人，尤其是那些為某種跨學科觀點付出了時間、精力和熱忱的學者。杜倫大學高級研究院的執行院長維羅妮卡·斯特朗（Veronica Strang）教授是一位跨學科研究的發起者，她滿懷熱忱地主持了一次入門研討會，啟動了讓這本書得以誕生的項目。賈爾斯·賈斯珀（Giles Gasper）教授是有序宇宙特別合作項目富有遠見的領導者。為了研究13世紀的科學，這個項目把中世紀學者與科學家的互補觀點綜合到一起，並通過迷人的方式讓我們看到，科學通常會向世人講述它所擁有的更悠久、更深刻的故事。它也以一種讓人感覺得到的方式說明了科學家和人文學者之間的許多共同點，進而向我們介紹了13世紀的傑出博學家羅伯特·格羅斯泰斯特（Robert Grosseteste）。這個人物將在本書多次出現，以佐助闡述我們的觀點。為了用新的方式搭起神學與科學的共同框架，杜倫大學聖約翰學院的院長戴維·威爾金森（David Wilkinson）以睿智、可靠的方式不斷鼓勵我，我將永遠感謝他。帕特裡夏·沃（Patricia Waugh）向我指出科學研究與小說撰寫之間的關聯；朱利安·霍頓（Julian Horton）和我一樣熱愛羅伯特·舒曼（Robert Schumann）的音樂作品，並對《F大調音樂會小品》（Konzertstück for Four Horns and Orchestra）進行了專業分析；馬丁·卡恩（Martin Cann）與我長期在生物學與物理學上耐心合作：在此，我向他們表示誠摯的謝忱。
美國印第安納州聖母大學高等研究學院曾邀請我擔任2017至2018年度訪問學者，這是一次極有幫助的經歷，特別是有關本書第4章的研究，同時也為全書的寫作提供了支持。感謝院長布拉德·格雷戈裡（Brad Gregory）用"知識統一性"的觀點啟發了我，同時感謝該院其他學者和教職人員與我進行研討、閱讀和評論，尤其是勞拉·達索-沃爾斯（Laura Dassow-Walls）、西莉亞·迪恩-德拉蒙德（Celia Deane-Drummond）、史蒂夫·法倫（Steve Fallon）、瑪戈特·法斯勒爾（Margot Fassler）、帕特裡克·格裡芬（Patrick Griffin）、克裡斯·科爾達（Chris Kolda）、戴維·本特利·哈特（David Bentley Hart）、伊萊恩·斯特拉頓·希爾德（Elaine Stratton Hild）、亨利克·蘭格（Henricke Lange）、伯尼·麥金（Bernie McGinn）、理查德·泰勒（Richard Taylor）、埃米麗·杜姆勒·溫克勒（Emily Dumler Winckler）、董欣宇（Xinyu Dong），以及我的兩位出色的本科生研究助手索菲亞·卡羅扎（Sofia Carozza）和傑裡米·卡佩洛·李（Jeremy Cappello Lee）。如果沒有唐·斯泰盧托（Don Stelluto）和卡羅琳·謝爾曼（Carolyn Sherman）具有創造性的支持，上述一切就不可能發生。
這本書的另一個重要背景是我在約克大學的學術新環境。事實已經證明，開創新的自然哲學的跨學科教授職務，讓一個在英國蟄伏了兩個世紀左右的傳統重見天日，這一極富想像力的決定令人樂在其中。很快，新同事就開始汲取這本書的營養，特別是瑪麗·加裡森（Mary Garrison）、基思·艾倫（Keith Allen）、凱文·基林（Kevin Killeen）、珍妮·紐霍特蘭（Jeanne Nuechterlein）和伊麗莎白·泰勒（Elizabeth Tyler）。
能夠傾聽藝術家、藝術策展人、音樂家、科學家和教育工作者率直誠懇地談論他們的工作是一種巨大的榮幸，也是獲得智慧的重要源泉。在這裡，我要向有序宇宙特別合作項目的常駐藝術家和合作者致謝，特別是亞歷山德拉·卡爾（Alexandra Carr）、科林·倫尼（Colin Rennie）、凱特·沃特金森（Cate Watkinson）、瓦妮莎·錢柏林（Vanessa Chamberlin）、珍妮特·格雷阨姆（Janet Graham）、傑裡米·梅奧爾（Jeremy Mayall）、格雷姆·威爾森（Graeme Willson）、貝裡·比林斯利（Berry Billingsley）、邁克爾·瑞斯（Michael Reiss）、斯蒂芬·布倫德爾（Stephen Blundell）、卡爾·岡布裡奇（Carl Gombrich）、朱莉·康菲爾德（Julie Kornfield）、卡蒂·劉易斯（Katie Lewis）、阿爾德·路易斯（Ard Louis）、威爾森·蓬（Wilson Poon）、斯科特·米爾納（Scott Milner）、克裡斯托弗·索斯蓋特（Christopher Southgate）和漢娜·史密森（Hannah Smithson）。感謝大英博物館的吉爾·庫克（Jill Cook），她策劃的"與神同存：超越人類、空間和世界"展覽為我帶來了靈感；同樣感謝美國費城藝術博物館的珍妮弗·湯普森（Jennifer Thompson），她帶領我欣賞了莫奈的《日暮松樹下》，並與我進行了討論。想像力研究所於2016年在劍橋大學國王學院舉辦的研討會也具有極大的價值，為此我要感謝羅伯特·斯騰伯格（Robert Sternberg）、詹姆斯·考夫曼（James Kaufman）、馬丁·裡斯（Martin Rees）、阿什利·扎德雷（Ashley Zauderer）、邁克爾·貝裡（Michael Berry）、邁克爾·凱茨（Michael Cates）、梅莉莎·富蘭克林（Melissa Franklin）、菲利普·鮑爾（Philip Ball）、娜奧米·倫納德（Naomi Leonard）、喬恩·基廷（Jon Keating）、約翰·潘德瑞（John Pendry）和赫伯特·於佩爾（Herbert Huppert）。
非常感謝我的朋友和同事，他們格外認真地閱讀與評論我的草稿，經常提出連我都未曾想到的至關重要的新課題與資源，同時也會善意地挑出許多小錯誤。如果本書還有其他尚存的錯誤，那都是我自己的責任。特別感謝卡爾·岡布裡奇、瑪麗·加裡森、邁克爾·瑞斯、安德魯·斯特恩（Andrew Steane）和阿德裡安·薩頓（Adrian Sutton），他們對書稿進行了全面修訂；感謝馬克·米勒（Mark Miller）、朱莉·麥克利什（Julie McLeish）、瑪麗蓮·斯特拉森（Marilyn Strathern）、維多利亞·羅裡馬（Victoria Lorrimar）和伊恩·麥克吉爾奇裡斯特（Iain McGilchrist），他們為本書做了特別評論。感謝羅西·麥克利什（Rosie McLeish），她非常高效地打下了第5章中引用的每一段音樂。我的家庭成員也在感謝名單之中，他們用比想像還要多的愛和耐心來支持我所做的必要勞動。胡安妮塔·卡萊基·羅思曼（Juanita Kalerghi Rothman）始終啟發著我將科學與藝術相聯結，並在工程學與各種創造力的沉思中尋找美學。這本書開篇的獻詞就是獻給她的。
我非常享受與牛津大學出版社的編輯團隊一起工作，特別是與阿尼亞·隆斯基（Ania Wronski）和桑克·阿德隆（Sonke Adlung）的合作，衷心感謝他們給予我的鼓勵和耐心。這是一段非常美好的經歷。

湯姆·麥克利什
英國約克
2018年6月11日

緒論
創造力與約束力
藝術受到了限制；每幅畫的精髓是其框架。
--吉爾伯特·基思·切斯特頓（G.?K.?Chesterton）
創造力、靈感、熱情、形式、想像力、作品、表現--這份強有力的術語清單不可避免地將我們的思緒引入藝術世界。或許，這將在我們的腦海中召喚出一塊石頭的原形，它要麼幻化出靈活的四肢和軀干，要麼在畫布上層層填塗顏色暗淡的油彩以挑逗我們的視覺，並由此讓人聯想到月光照耀下的深夜叢林。其他人或許會想像一位正在創作交響樂高潮部分的作曲家--她從遙遠的群峰之巔喚來圓號，讓它完美地加入正在上升的弦樂低音和弦。一位正在書桌旁與格律和韻律角力的詩人此時腦海中過濾著川流不息的詞句、隱喻和暗示，這些小家伙似乎吵鬧著要在紙頁上得到屬於自己的一席之地。藝術的雙重奇跡不僅在於它能讓人類從世界中汲取意義，還在於它能夠流入聽眾、觀眾和讀者的心田，使其再次創造出獨屬於自己的全新回應。無論是通過言語還是影像，我們都經歷了改變，為之心神激蕩，並在微小或者宏大的藝術方式中豐富自我，感知更多的東西。從事直接創作或者以接受為前提的二度創作，是歷練我們作為人類所擁有的基本能力的途徑之一。的確，有關藝術作品和過程的學術研究往往被歸入我們稱之為"人文科學"的學術範疇。
實驗、設計、規劃、方法、理論、觀察、假說、計算、測試、誤差--這是另一份術語清單，可以引導我們進入一個完全不同的行為世界。這些術語與我們稱之為"科學"的領域關繫更為密切。它們的能量似乎屬於不同的類型：我們的情感極少會因為這些術語而受到激蕩；它們不會像另外那些術語那樣，導致狂野且無法預測的結果。我們會不會受到它們的鼓勵去思考一間實驗室中的場景，比如小心地混合液體並測量溫度？我們心中想像的圖景會不會是一個觀察者正在認真地準備一臺顯微鏡，或者正在用計算機來推測一顆遙遠行星的軌道？如果說與藝術的結合可能會產生令人激動的困擾，那麼與科學的結合則會讓人更加冷靜［法國立體派藝術家喬治·布拉克（Georges Braque）認為，藝術制造麻煩，而科學解決問題］。不過，科學會不會以另一種方式令人困擾？答案是非常可能。這是一個我們不熟悉的奇特世界，這裡不像藝術世界那樣宜居。而且，如果我們敢於承認的話，科學世界在某些方面的確缺少人情味（畢竟，我們將科學和人文科學劃分為兩個類別）。
但同時也有持不同意見的人，他們選擇以同樣的語言，甚至同樣的口氣來談論藝術和科學。科學哲學家卡爾·波普爾（Karl Popper）曾經這樣寫道："就像偉大的科學理論一樣，偉大的音樂作品也是在混亂之上建立秩序，即使對於它的創造者來說，其中的衝突與和諧也永遠不會枯竭。" 這是一個關於音樂和科學的層次豐富且鞭闢入裡的評論，我們需要做一些背景工作，纔能發掘波普爾話語中藏在深處的含義--其中的暗示未能立即讓兩套截然不同的術語清單交叉，人們在談到藝術或者科學時通常還是使用其中的一種，但它讓人產生了懷疑。藝術與科學之分裂真的符合我們的歷史、能力和需要的實際情況嗎？這真的源於我們對這兩個人類課題本質意圖的深刻理解嗎？我們甚至質疑，這真的忠實於二者的目的嗎？如果不是這樣，那麼我們在問及孩子時提出"你學理科還是文科"的問題是否正確呢？或者說，我們支持C. P. 斯諾的老生常談，認為現代世界中存在毫無重疊、相互不能理解且注定會發生衝突的"兩種文化" 的觀點又是否正確呢？如果我們對文化的分類是錯誤的（更不要說用這種方法為人本身進行分類了），那麼我們以這樣一種分裂的假設為基礎所做出的二選一教育決定則將會讓這些孩子發展失衡，致使其中一個方面萎縮，並在他們成年後關閉某個需要表達、思索、創造力和豐富度的世界，這將讓他們失去作為人類的互補方式。
如果我們采取一個極不尋常的步驟，傾聽一位藝術家或者科學家的坦率講述，縱觀他從初的想法到作品完成的整個工作過程，那麼我們對於這種一刀切的文化劃分的懷疑就會有所加深，因為藝術與科學的語言開始踫撞、重疊。我現在還清晰地記得我與一位藝術家（他也是當時我所在的利茲大學的美術教授）之間的次長時間談話，討論我們各自在藝術與科學中為新工作尋找靈感的經歷。 他談到了他為實現一個原始理念而做的批實驗性嘗試，談到了他的思想與感覺到的材料限制的衝突--繪畫和攝影作品的衝突，談到了必須重新構建原有的概念，還談到了對於這些令人沮喪的實驗的反復重復--不是一次，而是許多次。我發現，幾乎可以用完全相同的詞語來講述我在每一個科學研究項目中所經歷的故事。我們有共同的感覺：我對於他藝術項目中素感到驚訝，而他則完全沒有預料到，想像力在我講述的科學故事中扮演了如此重要的角色。同時，我們彼此也非常清楚地認識到，不但各自的項目在智力與技術方面的歷史如此契合，而且我們在激動、希望、失望、信心重燃和終解決問題上的情感軌跡也有相同之處。我們在藝術或者科學方面的故事說得越真誠，情感與認知的經歷就變得越發纏繞與關聯。在我們的故事之下，思考與感覺更加接近。
與談論終創作出的文章、樂曲、理論或者畫作相比，人們對於藝術的長期實現過程的討論要少得多，個中原因很難講清楚。不過，一些著名的例外強調了這個問題，比如畢加索創作《格爾尼卡》的進展，或者亨利·詹姆斯（Henry James）在《小說的藝術》（Art of the Novel）中的直率反思。這可能與工匠和藝術家小心地保護自己行業"秘密"的傳統有關，因為這種做法可以增加神秘感，同時讓人們對於已完成的作品的吸引力深感贊嘆。藝術也具有商業價值，它不斷磨煉的制作技巧和理念公式是值得保守的秘密，盡管這些隻是靈感的載體，而不是靈感的源泉。或許，人們並不那麼想讓藝術創作的周圍蒙上一層神秘的古怪面紗，而隻是自然而然地不想承認這一點：自己每天都會經歷如此之多的錯誤的開始、謬誤、胡亂拋灑的墨水、混亂的思維和死胡同，對於任何創作而言都是如此。
如果說藝術羞於承認它在形成初想法時拋灑的汗水與淚珠，那麼科學則幾乎完全不會提及它的頓悟和靈感出現的時刻。在波普爾的《科學發現的邏輯》（Logic of Scientific Discovery）一書中，他本人因極為詳盡地闡釋了一種現代科學方法而聞名。不過，雖然他長篇論述了如何駁倒假說，但並沒有提及人們開始是怎樣想到這些假說的。盡管波普爾承認這種需要想像力的預先構思實際上非常重要，但他聲稱這並非有章可循，對此也沒有可以傳授之道。人們對於測試與評價某種科學思想已經形成了一定的邏輯和程序，但對於如何孕育這些思想卻沒有形成類似的"配方"。我們對於想像力在科學中扮演的角色視而不見。諾貝爾獎得主彼得·梅達沃爵士（Sir Peter Medawar）將我們的盲目性部分歸罪於約翰·斯圖亞特·穆勒（John Stuart Mill）的《邏輯體繫》（System of Logic）。因為穆勒認為，"科學家面前將會有一摞為他準備好的整齊有序的信息，而面對這些信息，他往往能夠應用自己的規律" 。如果科學本身彙聚為一個更偏重於方法的敘事，而藝術則更傾向於表達創意的起源，那麼對於這部分真理的復述將合謀驅使人們在二者之間劃出一段虛幻的距離。
要想追溯藝術與科學被隱藏的初的共同起源，我們就必須開展一項重大的歷史學工作，甚至連用於討論二者的詞語也帶有隱含的參考點。讓我們從"理論"（theory）一詞開始，它是一個很好的例子。17世紀的清教徒作家托馬斯·布朗（Thomas Browne）在他1643年出版的著作《醫生的宗教》（Religio Medici）中這樣寫道：
當我面對一具顱骨沉思默想時，我也無法聲稱自己掌握了死亡的真實理論。