科学与艺术

作者/出处:   日期:2004-09-03

这种动力首先来源于科学家在探求自然现象的本质和运动规律过程中的社会责任感,即自觉地把科学创造的合目的性与合规律性统一起来,体现出人的社会性。使得科学创造能够认识世界,创造价值,满足人类社会进步发展的需要。培根曾说“科学的真正的、合法的目标不外乎是这样——把新的发现和新的力量惠赠给人类生活。”马克思也说过:“科学绝不是一种自私自利的享乐。有幸能够致力于科学研究的人,首先应拿自己的学识为人类服务。”当然也包括了为自己国家的富强和民族的振兴服务。这种动力还来源于科学家对理性的追求,对真理和知识永无止境的探索,体现人在仰视天象,俯察地理,观测四时运行,掌握自然现象,社会现象和人的精神活动规律的过程中,得到的对世界“真”的奥秘的满足,以及这种满足中的个人价值实现和人生的成就感。这种动力也来源于科学家在科学创造中对科学美的强烈追求,甚至形成一种挚热的“宇宙宗
教感情”,它超越人的社会性,人的价值实现的功利性,而成为科学创造内在逻辑发展的精神动力。下面仅就对美的追求成为科学创造重要动力的原因,再做一些深入的分析。也许是受古希腊毕达格拉斯学派的影响,也许受到中国传统哲学“天人合一”、“道法自然”、“判天地之美,析万物之理”的影响,科学家都有自然和谐统一的信念和追求及揭示这种
和谐统一美的强烈欲望。
   揭示自然的和谐统一规律,是科学理论的美学价值之一,科学理论统一性的适用范围越广,在科学家心目中的美学价值就越高。牛顿力学统一了宏观物体运动的规律,被赞美为具有宇宙和谐美的理论。麦克斯韦理论统一了电与磁的运动规律,预言了电磁波的存在,被誉为19世纪最美的方程组,最伟大的发现。爱因斯坦的相对论,使无数的科学家为之倾倒,它在理论上的和谐优美,崇高庄重,及逻辑上的严密合理,不仅适用于光速运动的电磁理论,也涵盖了低速运动的牛顿力学理论,有着更高的美学价值。有人说:如果狭义相对论以其完美性使人想起莫扎特的作品,那么他的引力理论则充满贝多芬作品的力度。爱因斯坦本人在庆祝普朗克60岁生日的会上曾说:“科学家渴望看到世界的安定和谐,不是
出于非凡的意志力和修养,而是来自科学信念产生的激情。”这种激情则产生于坚信世界内在的和谐性。他在纪念开普勒逝世三百周年的会上又说:“我们在赞美这位卓越人物的同时,又带着另一种赞赏和敬仰的感情,但这种感情的对象不是人,而是我们出生于其中的自然界的神秘的和谐。”它“永远是一切科学创造的根本动力。” 这就是爱因斯坦的“宇宙宗教感情”,最近杨振宁先生也在给学生的报告中提到这一观念。
   我们不要误解爱因斯坦的“宇宙宗教感情”,因为他表达的是对自然及宇宙秩序的信仰,而不是对宗教教会中上帝的信仰。他说:“我信仰斯宾诺莎的那个在存在事物的有秩序的和谐中显示出来的上帝,而不信仰那个同人类命运和行为有牵累的上帝。”这是对宇宙秩序和谐及因果律普遍性的深深敬仰和敬畏。他把上帝理解为理性在宇宙自然中的体现,是自然规律的内在联系和逻辑,是一种不可言说的美,它对科学家在追求知识理性中所具有的不屈不挠精神具有决定的作用。
    科学创造所展示的世界图景的和谐统一及秩序,是人的理性智慧和逻辑力量的表达,会回归到人的主体精神,呈现美的感受,使“真”融汇于“美”之中,用“美”来激励对“真”的追求,又在“真”中沐浴“美”。简洁性和逻辑严密性也是科学家所追求的科学理论的美学价值。关于逻辑性,爱因斯坦有另外一段深刻的分析,他说:“科学家的目的是要得到关于自然界的一个逻辑上前后一贯的摹写,逻辑之对于他,有如比例和透视规律之对于画家一样;而且我同意昂利、彭加勒相信科学是值得追求的,因为它揭示了自然界的美。”
   数学家对简洁性和逻辑性有超人的天才,早在两千多年前的雅典欧几里德就创造出用简洁的几何公式及演绎逻辑法,完成了举世闻名的《几何原本》,它的优美和逻辑力量是人类智慧的结晶。两千多年后希尔伯特又完美漂亮地把欧几里德几何学整理为从公理体系出发的纯演绎系统,他在1900年的世界数学大会上提出了23个著名的数学问题,甚至大胆建议用数学的公理化方法去演绎出全部的物理学。他的眼光和洞察力使人惊叹,他相信数学中的美蕴含在它的简洁性和逻辑系统中,因为“数学是一个不可分割的有机整体,它的生命力正是在于各个部分之间的联系”及它们的和谐。
   简洁性和逻辑性同样也是物理学家追求的,相对论就是用光速不变原理和相对性原理,构造 出的一个公理化的演绎体系,从而推演出同时的相对性,运动物体的空间收缩和时间变慢,质量增加效应等。狭义相对论原始论文的题目是“论运动物体的电动力学”,它使麦克斯韦方程在洛伦兹变换下,具有相对论性的不变性,如果同样要求牛顿力学在洛伦兹变换下,也具有不变性,就是抛弃牛顿的绝对时空观,引入同时的相对性,从而修改能量与动量的表述形式,得出惊人的简洁的质能公式E=mc2,这里E是物质的能量,m是质量,c是光速。它所表现的自然奥秘竟如此简洁和震撼人心,所产生的美感也是科学家们意想不到的。
   对称性是科学家追求的科学理论的又一个美学价值。它也是科学创造的一种方法论原则。现代的对称性概念,不是一个简单的几何学的概念,它是变换中的不变性,如洛伦兹变换的不变性,规范变换的不变性等,从哲学思维上讲是包含差异的同一性,它们在相互依存中表现出来。所以黑格尔说:“平衡对称是和整齐一律相关联的。”
   从这一点出发就可以把物理学中运动的相对性看作一种对称性,即在同一个惯性系中,在没有其它参照物的情况下,不能区分物体静止,还是做匀速运动。宋代诗人陈与义曾用诗的语言描述过这种运动的相对性,其诗如下:
        飞花两岸照船红,百里榆堤半日风。
        卧看满天云不动,不知云与我俱东。
   对称性使狄拉克在研究相对论量子力学时,在理论上预言了正电子,即反物质的存在。不久即被安德森在实验中发现。麦克斯韦电磁理论除了简洁性外,它的美妙的对称性使无数科学家为之惊异,它的对称性中的缺陷,使后人预言可能有“磁荷”的存在,但至今还没有找到它单独存在的证据。
   宇宙反映了我们这个世界的左右对称性或镜像对称性,它的守恒性叫作宇称守恒,曾被认为是自然界的一条基本守恒原理。但杨振宁、李政道发现在弱相互作用下,空间的镜像对称将被破坏,宇称不再守恒,这是科学创造的一个范例。晶体的对称性及其结构的规律性,使科学家感到一种对称和秩序的美。最近发现的碳60的巴基球结构,也使科学家感到美不胜收。
杨振宁先生和李政道先生对对称性和美学都有深刻的理解。李政道先生在倡导科学与艺术的结合中,与一批著名画家结下了深厚友谊,在灵犀相通中,他们创作了许多意境深远的科学画,如吴作人的“无尽无极”,李可染的“超弦生万象”,吴冠中的“对称乎,未必,且看柳与影”等。90年代中,杨振宁先生应邀到中国科技大学担任理学院名誉院长时,曾做过一个“物理学与对称性”的精彩报告,其中例举了苏东坡回文诗的例子,来证明对称性与美的关系,使人耳目一新。现把苏东坡“题金山寺回文体”录于下,与年轻朋友共同赏析。
        潮随暗浪雪山倾,远浦渔舟钓月明。
        桥对寺门松径小,槛当泉眼石波清。
        迢迢绿树江天晓,霭霭红霞海日睛。
         遥望四边云接水,碧峰千点数鸿轻。
    这是一首从内容到形式都非常美的作品,无论顺读还是倒读都生动地描绘出金山寺外破晓与月夜的江上优美景色,它的对称性使人叹息不止。倒读则为如下诗句:
        轻鸿数点千峰碧,水接云边四望遥。
        晴日海霞红霭霭,晓天江树绿迢迢。
        清波石眼泉当槛,小径松门寺对桥。
        明月钓舟渔浦远,倾山雪浪暗随潮。
   综上所述,和谐统一,简洁逻辑,对称秩序等都是科学家在科学创造中追求的美学价值,它是存在于人的社会性、 人的价值实现的功利性以外的,一种自身精神的理性和情感的追求,即对科学真理及科学美的追求。如爱因斯坦所说:“我们认识到有某种为我们所不能洞察的东西存在,感觉到那种只能从其最原始的形式为我们感受的最深奥的理性和最灿烂的美。”当我们一但“从各种复杂的现象中认识到它们的统一性,那是一种壮丽的感觉。”正是科学家这种对美的追求,使得情感与理性得以交融,来构筑人类精神的大厦,使科学创造插上诗意和灵性的翅膀,也使科学的物 质对象,如马克思所言:“带着诗意的感性光辉对人的全身心发出微笑。

   科学家对美的追求的情感体验,以及渴望领悟世界本源和谐与规律性的冲动,对宇宙世界炽热的宗教感情,是科学探索中无穷毅力的源泉,是为科学献身的伟大力量。正因为这样科学与艺术在追求真理和审美中,有着永恒的不解情缘。



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