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“科学与艺术总在山顶重逢”
2019年09月26日  作者:张熙若   编辑:chunchun   审核:刘纯  版面:B1

  在许多人看来,科学求真,艺术求美。其实科学也求美。

  法国著名科学家庞加莱指出:“科学家研究自然是因为他从中得到快乐……我指的是根源于自然各部分的和谐秩序、纯理智能够把握的内在美。正因为简洁和浩瀚都是美的,所以我们优先寻求简洁的事实和浩瀚的事实。”

  追求对世界的秩序性、规律性、和谐性和统一性的理解,是科学探索的崇高目标。科学探索其实是一种审美活动,许多杰出的科学家都是科学臻美精神的代表。

  哥白尼深信宇宙具有简单性、和谐性和对称美,颠覆了地心体系,创立了宇宙的日心体系。开普勒发现行星运行的周期和其离太阳的距离存在有节奏的比例关系,推出了行星运行三大定律,奏响了优美的“行星协奏曲”。爱因斯坦追求自然的统一性和世界的和谐,他建立的狭义相对论把牛顿力学中分立的时间、空间、物质与运动统一起来;广义相对论把惯性质量与引力质量、非惯性系的运动和惯性系的运动统一起来。玻尔根据氢原子光谱线的比数有序、和谐变化的规律,提出了原子能级概念和电子轨道理论。海森堡发现原子定态的能级数可能排列成对称、优美的矩阵形式,建立了矩阵力学。狄拉克出于数学对称美的信念,预言了正电子的存在……

  著名物理学家杨振宁指出,科学中存在三种美:自然现象之美、科学理论描述之美和理论结构之美。

  自然现象之美。一是科学家用感官直接观察到自然现象蕴含的美,如看到彩虹时,会感受到彩虹形状和色彩的美。二是科学家用仪器和设备处理自然现象后得到的科学事实中蕴涵的美,如发现原子的谱线,觉得它美——具有独特光学性质,与原子所处的状态无关。

  科学理论描述之美。科学家在发现自然现象之美后,会进一步去研究自然现象美背后的规律,刻画自然现象美,并力图在理论表现上也呈现出美感。哥白尼觉得“天空是美好的,囊括了一切美好的东西”“宇宙的旋转和星球的运动是最美好和最值得研究的事物”,他认为托勒密在1300年前构建的“地心说”破坏了宇宙的和谐之美,是一个怪物。他在1543年建立起新的日心宇宙体系颇具理论描述之美,他指出“在这座最美的神庙里,太阳领着他周围的星体家族……这种顺序显示出宇宙具有令人赞叹的对称性,轨道运动的大小具有和谐性,这是其他的方法办不到的。”

  科学理论结构美。科学理论不是科学定理的简单堆砌,科学家在对科学定理整合时,力求科学理论的结构美:其一,科学理论自身是完备的,即本身不存在不一致之处,从一个概念到另一个概念,从一个定理到另一个定理,既不重复,亦无阻隔;其二,科学理论是简单的,这并非指内容的简单,而是在逻辑上的简单:所用概念和假设尽可能少,用公式描述客观规律尽量简洁; 其三,科学理论是对称的,即它所反映的规律,在经过某种科学操作(如物理学的坐标变换)后保持不变。

  科学与艺术在审美观念上是相通的。

  著名物理学家李政道经常邀请著名画家为物理科学的前沿学科专题作画,画家以生动形象的画作让艰深的科学知识变得通俗易懂,人们在欣赏艺术美的同时深刻领悟科学之美。

  大爆炸宇宙论是科学界关注的热点。科学家用相对性重离子对撞机(RHIC)使两个具有高能量的金核对撞,产生“真空激发”,这种激发与宇宙产生的最初瞬间,即100多亿年前“大爆炸”的情况相同。李可染绘了《核子重如牛,对撞生新态》的国画,形象地表达了RHIC实验中产生的“真空激发”的自然现象美。画面上,两头牛抵角相峙、尾巴高翘,象征核子高速相撞的震撼场景。

  艺术能够形象地再现自然现象之美,是因为它把自然现象之美典型化。艺术美并非对自然美的简单摹仿,而是基于自然美的再激发、再创造。艺术家在创作中,将自己的感情注入到事物之中,体现在激发美感的形式中,如色调的明暗、深淡,线条的粗细、造形等。艺术正是以其形式的结构、平衡和秩序感染人们,启示人们更好地欣赏和把握自然现象之美。

  艺术美也能形象地显示理论表述之美。20世纪后半叶,科学家从分数维形态中看到了非线性世界的结构美,从一到多的演变中看到了混沌现象的动态美,领悟到了世界深层次的和谐秩序:简单中蕴含着复杂,决定性中含着非决定性。画家吴冠中创作了《流光》的抽象画,以点、线挥洒神韵,化静为动,犹如乾旋坤转之千变万化,“墨之溅笔也以灵,笔之运墨也以神”,他在画上题诗:点、线、面、/黑、白、灰,/红、黄、绿,/最简单的因素,/营造极复杂的绘画,/它们结合在一起,/光也不能留时间,/流光——流光,/流光容易把人抛,/红了樱桃,绿了芭蕉。吴冠中以画与诗传奇般地映照出了“混沌”理论的神韵。

  科学与艺术似乎是在不同的平面上进行的,但它们并不是“老死不相往来”。科学力图追溯现象的终极原因、一般规律和原理,艺术专注于现象的直接外观及其丰富性和多样性。科学的抽象定律并不排斥艺术的直观表达,艺术教会人们将抽象定律形象化,给予概念性定律丰富且生动的缤纷形象,因而能使人们更深刻地洞见事物的形式结构。科学让人们理解自然现象的秩序;艺术则让人们通过对可见、可触、可听的外观的把握,体验自然现象的秩序。

  上月举行的第六届上海科博会奏响了科学艺术的交响曲,向市民和莘莘学子展示了法国作家福拜楼所说的“科学与艺术总在山顶重逢”的生动图景,它提醒我们:在科学教育中要加强美学教育,在人文素质教育中要加强艺术素质教育。

(作者单位:上海电机学院)

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