科学与艺术谁也离不开谁

作者:陈清秀

科学和艺术之间是什么关系?从表面上看,科学和艺术属于不同的学科,有很大的不同。科学是抽象的,艺术是视觉的。科学强调理性、严格的真理追求,并依赖归纳和推理。艺术强调感性,浪漫寻求美,依赖灵感和想象力。

然而,历史上,科学和艺术是不可分割的,共同描绘了人类灿烂的文明。正如诺贝尔物理学奖得主李政道所说:“科学和艺术是一枚硬币的两面,没有人能离开任何人而生存。”

追求真与美是科学与艺术的共性。

科学是寻求真理的探索,而艺术是寻求美的探索。科学家如艺术家追求美,艺术家如科学家追求真理,这是取得突破性成就的重要途径。

英国理论物理学家狄拉克在获得诺贝尔物理学奖时说道:“理论物理学家的工作是追求长久的美。”数学家丘成桐说:“数学美和艺术美是相通的...真理和美丽总是联系在一起的。这种对美的探索和追求是数学家继续学习的动力。”只有当我们对科学有一个宏观的、全面的理解和科学美感时,我们才能取得杰出的成就。对美的探索和追求使科学家愿意克服各种困难,不断攀登高峰,以获得美丽的体验和精神享受。

同样,艺术家对真理的追求也是获得精致成就的唯一途径。黄金分割比率0.618被认为是世界上最美丽的数字。如果符合黄金分割法则,宇宙中的一切都是美丽的。这个神奇的数字具有很高的审美价值,广泛存在于各种艺术作品中,如著名的蒙娜丽莎微笑和希腊的帕台农神庙。在艺术创作中主动运用黄金分割法则,无疑是艺术领域的绝佳秘密渠道。

从这个角度来看,科学与艺术更深层次的相似之处在于非功利的精神气质,这体现在对普遍性和永恒性的共同追求上,即追求真与美。在这一领域,所形成的科学研究成果和艺术作品往往具有里程碑意义。

在美的节奏中开辟创新的捷径

把握科学与艺术的共性,就能根据美的本质找到科学研究的新途径。这方面有许多例子。1996年,英国和美国的三位科学家因成功制备并揭示c60的特殊结构而获得诺贝尔化学奖。出人意料的是,c60结构的灵感来自艺术作品!1985年,三位科学家用激光轰击石墨,形成一种新的碳结构形式,即c60。如果他们想尽快发表论文和结果,他们必须给出他们的结构。然而,当时的样品数量太少,无法进行仪器分析。他们灵机一动,在1967年加拿大蒙特利尔世博会上,由艺术家巴克明斯特·富勒设计了美丽的球形美国馆。c60是相似的球形结构吗?十年后,人们制作了足够多的样品,并通过x光衍射分析证实了他们的想法。

追求实验美、理论美和方程美的非逻辑思维可以促进科学研究。爱因斯坦的助手霍夫曼(Hoffman)在分析爱因斯坦成功的秘密时说:“爱因斯坦的研究方法是基于深厚的物理知识,但本质上,它是审美和直觉的。”在科学史上,许多杰出的科学家采用了本质上是美学和直觉的研究方法。这是一种没有完整的分析过程和逻辑程序,而是依靠灵感或顿悟来快速理解并做出判断和结论的思维,即灵感思维。钱学森将思维分为三种形式,即逻辑思维、形象思维和灵感思维。他认为科学创新离不开这三种思维方式。

当然,艺术思维并不否定科学思维。当科学家面对毫无头绪的复杂现象时,他们不能从现有的方法和手段开始。然而,基于审美直觉提出简洁的想法或理论往往是有建设性的。这样做的前提是专业素养和科学基础,但仅靠美感不能解决科学问题。

美是自然和法律的表现。

艺术审美思维能为科学研究开辟一条捷径的根本原因在于,自然界是根据最基本的美来设计的。当用和谐、简单、有序、高度概括等美学元素来审视时,自然本身是非常美丽的,美是自然和规律的表现。然而,揭示自然真理和规律的实验、方程式和科学原理是以美的形式呈现的,就像让自然顺其自然一样。源自爱因斯坦狭义相对论的质量能量方程:e=mc以极其简洁的形式呈现自然界中普遍存在的质量和能量,成为美学史上和美学教科书中科学美的经典。

另一个例子是著名的理论,如欧拉公式和牛顿力学三定律,它们也是最简单和最美丽的。科学公式或理论越简单,概括自然现象就越普遍,应用范围就越广,审美价值就越高。

科学和艺术有同样的效果。遵循科学规律也是艺术创作的重要方法。从文艺复兴时期画家使用的透视法到21世纪艺术作品的算法建模,以及在电影《阿凡达》和《盗梦空间》中使用计算机技术进行艺术创作,都是基于科学的真理来寻求美。

比利时科学史专家乔治·萨顿认为,理解科学需要艺术,理解艺术也需要科学。早在19世纪中叶,法国著名作家福楼拜就预言:“你走得越远,科学艺术就会越多,艺术科学也会越多。”两人在山脚下分开,在山顶又相遇了。“艺术和科学之间,无论在山上还是山下,它们之间总是有联系的。

简而言之,科学之美是客观的,而艺术之美离不开人类。在主客观的相互发展中,它能产生异常绚丽的花朵和奇异的果实。这是科学家运用形象思维、艺术家想象力和重大科学突破给世界的启示。

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