从前的物理学家认为原子的内部空间看起来就像微型太阳系统，原子核是其中的太阳，快速移动的电子是轨道上的各个星球。
上世纪二十年代早期，丹麦物理学家Niels Bohr努力对物质的结构进行重新想象，并意识到“科学”需要引申出新的含义。
Niels Bohr：我们一提到原子，只能用诗的语言来描述。电子所在的看不见的世界属于立体派艺术家。
Bohr长久以来都迷恋立体派艺术家的画作，在他随后的研究中充斥着抽象静物。对Bohr来说，立体派的魅力在于其粉碎了物体的确定性。艺术揭开任何事物的裂缝，将物质的可靠性转变为超现实的模糊一片。
到1923年，Louis de Broglie已确认电子既可以是粒子形式，也可以是波的形式。Bohr坚持认为电子存在形式取决于我们如何看待这些电子。它们的根本性质等于人们的观察结果。这意味着电子完全不像微小星球，而像毕加索解构后的吉他画作，笔法模糊到仔细看才能看出端倪来。看上去如此奇怪的艺术其实诉说着真相。
人们很难相信一件抽象艺术作品实际上可能影响了科学史。立体派似与现代物理毫无共通之处。人们一想到科学进程，脑子里就会立刻闪现出以下特定词汇：客观、实验、真相。我们在科学论文的被动时态中想象真实世界的完美写照。而画作可以是深奥的，却永远佯装浅显。
将科学看作万事万物唯一的调解员是基于一条不成文的假设：艺术与时尚周而复始，而科学知识呈线性上升。科学史应遵从一个简单的等式：
时间+数据=理解。
人们相信总有一天科学将摆平一切问题。
不过现实中的科学轨迹还要稍微复杂一点点。我们知道越多的现实，关于其悖论就越明显。
物理学
以曾经很长一段时间内，物理学家以为自己把全宇宙的问题都解决了。虽有某些含糊难解的细节问题尚未解决，可对于整个宇宙的基本结构已了然于胸。走出天真后，相关理论的出现从根本上改变了时间及空间关系的经典理论。随后有了Heisenberg的“不确定性原理”，量子物理学也呈现出超现实主义风格。
唯有连科学都不能改变的现实才是我们所知的现实，这句话很讽刺，却真实。根本点在于现代科学在事物的任何共识上进步甚少。人类的未知领域并未显著减少。在大量实例中均有反例出现，以致人们将大多数基础科学归入彻底的奥秘。倒不是说我们对答案一无所知，而是我们根本不知道问题是什么。
上述表达适用于人类大多数基础科学，比如物理学和神经科学。物理学家研究现实的构造，研究构成物质世界的微粒及其无形的规律。神经系统科学家研究人类对于世界的感知能力，他们解剖大脑来理解“人”这种动物。这两种学科共同致力于解决一个最古老最宏大的未知提问：何为万事万物？我们是谁？
在我们能够揭开这些谜团之前，科学必须摆脱自身的限制。如何做到这点呢？我的答案是:科学需要艺术。
乍看之下，物理学似乎离艺术的主观世界特别遥远。其理论提取于各类晦涩的方程式和超级对撞机的亚原子碎片。这个学科在不断地强调：我们对现实最基本的直觉其实是错觉，是感觉的虚构。艺术家依赖于想象，但现代物理学超越了想象。为了解析《哈姆雷特》，天地间的事物多于人能想象出的事物，像暗物质、夸克和黑洞。面对这般奇怪的宇宙只能去发现，不能去感受。
然而物理学的超现实主义性质正是其需要艺术家帮助的原因。这门学科的发展已超出我们的理解能力，至少其字面意义超出了我们的理解能力。
Richard Feynman：我们的想象力延伸到了极致，我这样说，不是指沉迷在小说中想象那些虚构的事物，而是去领会那些实际存在的事物。
心理学上有个残忍现实：人类思想不可能理解弦理论的双位维度，或平行宇宙的可能性。我们的思想植根于一个简明的世界，在这儿，要紧的是确定性，时间永远向前流动，只存在三维空间。如果我们要超越这些固有的直觉，就只能求助于隐喻。现代物流学的反讽之处在于：一方面它试图寻找现实的最基本形式，并用数学来表示，另一方面我们却对这些超越了数学的基础完全无法理解。认识宇宙的唯一方法是借助类比。
因此，物理学的历史充斥着跳跃性的类比。爱因斯坦在思考移动的火车时得出了“相对论”。Arthur Eddington将宇宙的膨胀比作一只胀气的气球。James Clerk Maxwell将磁场想成是太空中的小漩涡，他称之为“旋涡”。“大爆炸”只是在宇宙中放了回鞭炮。 陷入宇宙炼狱的实验——“薛定谔的猫”有助于解释量子力学的悖论。若没有“橡胶水管”的类比，“弦理论”将变得难以想象。
这些比喻可能太过简化，但确实意义重大。正如身兼物理学家和小说家的Alan Lightman写下的那样：“科学中出现的隐喻不仅是一种教学手段，还帮助了科学的发现。我们在开展科学工作时，虽为准确表达含义而借助文字和方程式。但要进行分析的话，很可能需要依靠物理模拟，建立心理图像，想象球的反弹和钟摆的摆动。”隐喻的力量在于它可以让科学家们透过具体事物想象抽象概念，这样来领会出数学方程式的内在含义。这个我们所知的唯一世界圈定了人类的思维。
然而，借助隐喻也可能不安全，因为所有的隐喻都不完美。如Thomas Pynchon所说：“隐喻与真相背道而驰，隐喻是谎话。”存在于宇宙的弦可能的确像是橡胶水管，但也只是相像而已。太空也不是塑料球。理论一旦和平常话语相连，方程式的纯正便受到了污染。借助类比来思考，就像行走在“准确”的悬崖边上。
这便是现代物理需要艺术的原因。一旦接受“隐喻对科学进程很重要”的观点，我们就可以想一想怎么让这些隐喻变得更好。诗人当然属隐喻高手，他们的艺术力量在于将各种含义压缩进韵律，他们还将模糊的感觉转化成生动的描绘。20世纪许多最伟大的物理学家皆因其清晰而浪漫的思维方式而闻名，如爱因斯坦、 费曼、玻尔这样的杰出人士。这可不是巧合，这些伟大的科学家借用隐喻看到了他人永远无法看到的事物，所以有了用铁路比喻相对论，用液体的下落比喻原子核。诗人能帮助物理学家创造新隐喻，改进旧隐喻，以此推动本学科的发展速度。也许我们能创造出比“橡胶水管”更好的比喻。也许明喻将有助于我们解开暗物质的谜团。正如研究“弦理论”的专家Brian Greene最近所写的那样，艺术有能力“强势颠覆我们对真实的固有判断”，促使科学想象力的触角延伸至新的事物。
然而，艺术家还可以为宇宙对话提供另外一种途径：在他们的帮助下，科学隐喻可以变得有形有状。
如将抽象方程式变成实体，物理学家便可以从全新的角度探索数学的意义。比如看看Richard Serra的雕刻作品吧。他用弯曲的金属造出迷宫，人们可因此从全新的角度想象空间与时间之前的奇异曲线。立体派绘画与先锋派物理学有许多共通点，前者那支离破碎的形状同样向人们提供了一个全新的角度。毕加索通过时代思潮运用的几何学远非欧几里德式的，他永远理解不了那些方程式，却坚决用画作来表现这种思考空间的新方式。一个世纪之后，物理学家仍将他作品中那些破碎的静物作为科学的有力符号。抽象艺术使我们理解了那些难以理解的事物，哪怕只有一点点。
是时候让科学和艺术这两种文化的交流成为科学方法的一个标准了。大学校园可开设“物理学家的诗歌”这门课程作为开端。但同时还有关键的一点：使科学隐喻超越其隐喻的范围，这样一来我们就可以更好地理解那些理论得出的结论。让人目眩的弦理论和爱因斯坦-波多斯基-罗森悖论应该布满艺术画廊。每个物理系都应邀请一位艺术家的加入。现代物理学常常摆一副疏离的面孔，其提出的推测太奇怪，结果沦落成毫无意义。艺术可帮助我们将物理学重新接上地气。
散文作家C.P. Snow：我们需要“第三种文化”，以缩短科学家和艺术家之间的“交流隔阂”。通过互相理解，双方都将受益，因为作家可因此而了解热力学的第二法则，而科学家也因此而阅读到了莎士比亚的作品。
如今的确有新生的第三种文化，却偏离Snow所持的观点。他所说的第三种文化基于互动，而实际的第三种文化，基本上就是说科学家直接向公众谈话。这种文化的创立者John Brockman写道：“传统所说的‘科学’到了今天变成了‘公共文化’......新闻唯一的内容变成了科学。”当然，科学家们切断“中间人”，并向公众解释他们的研究，这样的做法是很有意义的。实践这种第三种文化的大量科学家大大提升了公众对先锋派科学的理解。不管是Richard Dawkins还是Brian Greene，Steven Pinker还是 E.O. Wilson，这些人不仅从事重要的科学研究，还写出优美的散文。这些人教给我们很多东西。
但是科学与艺术之间的协作到底指什么？我们真的准备活在永久的文化分歧中？如果我们真想联合人类的各类知识，那就需要与第三种文化和谐共处的新运动，然而它却故意侵犯我们的文化边界，试图将艺术和科学联系起来。管它第三种文化还是第四种文化，运动的前提是：艺术与科学这两种文化均无法孤立存在。运动的目标是：发展积极的反馈，其中艺术作品引导新的科学实验，科学实验引导新的艺术作品，如此等等。科学和艺术要真正地彼此影响，而不是采用肤浅幼稚的方式彼此忽略、竞争或挑选。旧有的智力边界将会消亡。神经科学将获得新的工具来对付意识的谜团，现代物理学将改善其用到的隐喻。艺术将变成科学思想的重要来源。
这样一来我们最终将对真实拥有更加广阔的视野。如今，科学被认作是真实的唯一来源，其中“真实”两字用简称代替。那些无法用简称和方程式来说明的事物，可能让人误以为是漂亮的小说而忽略掉，这样就与科学真相背道而驰。
但是现代科学必须解答的宏大问题科学是无法单独解决的。融合两种文化可以使我们通过有用性来判断我们的知识，而非通过其起源。这本小说，这个经历，或这首诗在认识自我方面教给了我们什么呢？又是怎么帮助我们了解自己，了解宇宙的？它长期面临的问题是什么？已解决的问题是什么？如果我们以开放的心态面对这些提问，会发现诗歌和绘画有助于丰富我们的体验和理论。艺术可以让科学变得更好。
但是这样的局面还没有出现，这两种现存的文化必须调整自身的习惯。
一
人文学科必须与科学真诚合作。Henry James将作家说成是百宝箱，艺术家必须听从自己内心的声音，同时也要重视科学对现实那激动人心的描述。
二
科学必须认识到自己的真实并非唯一的真实。没有哪个知识领域垄断得了整个知识。
Karl Popper这位科学的拥护者所写：“放弃‘知识的终极来源’这种想法，承认所有的知识都是以人为本，这点很重要；承认知识混合了我们的失误、偏见、梦想和希望；承认我们所能做的就是探索真相，即使其超出我们的能力范围。”追寻科学真相的过程既漫长又艰苦，而且永无止境。我们是谁，一切事物是什么，这是人类最深沉的问题，如果我们想知道答案，就需要同时借助科学和艺术，这样一来两者才能互为补充。
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