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大批思想家都无法解释这样的谜：为什么自然界中的大多数基本规律都可以如此便利地写成方程式？为什么那么多的定律可以被表示为一个绝对的规则，以致两个表面上看来是无关的量(方程的左边和右边)恰好相等？也不清楚究竟为什么会存在基本定律。一个通俗而言不由衷的解释是：上帝是一位数学家——这是一种构想，它以越发无法证实的命题来无用地替换深刻的问题。然而利用上帝来寻求解释，长期以来一直是对科学中方程功效的一种通俗的解释。请看一下陈列在布朗克斯美国名人纪念堂里的美国第一个职业女性天文学家米切尔(Maria Mitchell，1818～1889)半身纪念塑像上的一段引语：“每个表达自然定律的公式，都是赞扬上帝的一首圣歌”，这段话是由米切尔在1866年写下的。
比科学方程的起源会引起更多争论的是，这些方程是被发明的还是被发现的这一问题。印度裔美籍天体物理学家钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)钱德拉塞卡(1910～1995)曾经说起过，在他发现一些新的事实或见识时，这些发现对他而言似乎就是“它一直就在那里，我只是有机会把它捡起来”那么一回事。这种说法倒很可能说出了大多数伟大的理论物理学家的意见。根据这种观点，作为宇宙运转机理的方程，在某种意义上，是“就在那里”的，是独立于人们而存在着的。所以科学家们是宇宙的考古学家，他们试图去发掘出亘古以来一直隐藏着的种种规律。规律的起源仍然完全是一个谜。
在曾有过的成千上万研究科学家中，只有很少的几位以他们的名字命名了重要的科学方程。两位擅长于发现基本方程并且对数学在科学中的角色有特殊洞察力的科学家，就是爱因斯坦和几乎有同样才气的英国理论物理学家狄拉克(Paul Dirac)。两人本身虽然都不是数学家，但却都有写出新方程的非凡能力，这些能力如同诗人杰出的作诗技巧一样丰富。而且他俩还都迷恋同一个信念：物理学的基本方程必定是优美的。
这听起来也许有些奇怪，优美(beauty)这一出自于主观想法上的概念在高雅的知识分子中是不受欢迎的，并且理所当然地在高等艺术的学术评论中也无一席之地。然而当我们被微笑的婴儿、山岭的景色、赏心悦目的兰花这些景象所打动时，就是这个词常挂在我们所有人的嘴上——即便对最迂腐的批评家亦复如此。那么，说方程是优美的(beautiful)意味着什么呢？从根本上讲，这意味着这些方程能像我们中的许多人描述为优美的其他事物一样唤起我们的狂喜。一个优美的方程非常像一件不寻常的艺术品，远远不只以纯粹的吸引力为其属性——它会有其普遍性、简洁性、必然性和一种质朴自然的力量。想一想下列这些杰作：塞尚的《苹果和梨》，富勒(Buckminster Fuller)的网格球顶式建筑，登奇(Judi Dench)扮演的麦克白夫人，菲茨杰拉德(Ella Fitzgerald)录制的唱片《曼哈顿》。我在首次欣赏它们时，很快就意识到我与一些概念上浩瀚而不朽的事物同在，它们根本就是完美无瑕、丝毫没有赘余的，并且被精心制作以致一旦其内部有任何改变的话，它的力量就会被削弱。
一个优异的科学方程还有另一个品性，这就是实用上的优美性。它必须与每一个相关的实验结果吻合，更棒的是，它可以预言那些以前没有人做过的实验的结果。方程在这一方面的有效性，类似于一架精心研制的机械机器之美。当我们在库伯力克(Stanley Kubrick)的电影《全金属外壳》中听到海军新兵派尔(Gomer Pyle)开始对他的来复枪说话时，我们看到的就是那一类机器。这位痴迷的派尔赞扬其精密的设计，并以其极大地适合毁灭性功能的特性为乐。要是它不再工作，它就不会如此近乎完美。
对于爱因斯坦——这个20世纪科学唯美主义的典范来说，优美这个概念尤为重要。他的大儿子汉斯(Hans)曾说过，“他的性格，与其说像我们通常认为科学家应有的那种性格，倒还不如说更像艺术家所具有的那种性格。例如，他对一个好的理论和一项做得好的工作的最高评价并不是依据其正确性和精确性，而是其优美性。”他有一次竟然说“只有那些优美的物理理论才是我们愿意接受的”，而且认为一个好的物理理论必然符合实验结果，这是理所当然的。狄拉克相信数学之美是判断基本理论品质优劣的一个标准，在这一方面他比爱因斯坦有过之而无不及；他甚至还宣称这对他来说是“一种宗教”。在他事业的后期，他花了大量时间周游世界，做关于冠有他名字的伟大方程的讲座，这些讲座场场爆满。他不断地强调对美的追求总像北极星那样能给人以方向，让人得到灵感。1955年在莫斯科大学举行的一次专题讨论会上，有人要求他概括他的物理学哲学思想，此时他用大写字母在黑板上写下了这样的话，“物理定律应该具有数学上的优美。”这块黑板现在仍然陈列着。
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