艺术与科学散论

作者/出处:   日期:2004-09-01


  

艺术与科学的关系,是极微妙地既矛盾、又统一的。从较低层次看,两者是矛盾的;从
较高层次看,艺术和科学发展是相通的,两者是统一的。科学是人类在把握自然的前提下一步一个台阶,后浪推前浪,先进淘汰落后,逐步走向更高文明;艺术则不同,艺术是人类文明过程中带有个性情感的创造性思维和物质的造化物,新艺术产生,旧艺术仍然有永恒的魅力。艺术的想象、梦幻、留下了与科学的对驳接口,并联与启迪科学,而科学又不断扩充着艺术的内存,同时消弥二者的矛盾和断痕。艺术与科学的结合,将会弥补艺术与科学技术本身的缺陷,互为补充,相得益彰。
    一、文学、艺术不解之缘
    太阳在几何学和数学中可能是个点和圆,在天文学学中可能是一个巨大的星球;对艺术家来说,太阳是光明,是火炬,是一切欢乐生命。这些定义中哪一个是正确的?都是正确的,它们之所以正以正确,是由于人们从不同的角度、以不同目的去描述太阳的某些方面和特征。科学与艺术就是对一个事物的不同表述与研究。
    在人们眼里,艺术与科学是两个相距甚远的学科。一个讲逻辑,一个讲形象,一个令人高深莫测,一个让人赏心悦目。然而,无论在古代还是当代,真正的科学家或艺术家都在这两个领域里有很深的造诣。艺术不仅是科学家应当具有的素质,而且是科学创造中所必备的因素。于是,科学家便自然地与文学、艺术结下不解之缘。并自然形成这样规律,越是卓有成效的大科学家,他就越热爱和靠近艺术,他从艺术宝库中受到启发和获取的营养越多、越丰富。   

 

    对于艺术与科学的关系,处理得最好的,是列奥纳多·达·芬奇。他不仅以《蒙娜丽莎》倾倒世界,而且又是把科学与艺术贯通起来的物理学家、工程师、数学家。达·芬奇的才情汪洋恣肆,他以画家之名为世人所知,他绚丽的 艺术家的光芒掩去了作为科学家、哲人的达·芬奇的形象。
    他在艺术创作中所表现的,对于事物形象的审美感受,莫不皆有科学认识为基础;然而,却又并未尝以科学代替、吞没艺术。正因如此,他的作品,全都是极富科学性,又极富艺术性的。极科学又极艺术、极艺术又极科学。堪称把科学与艺术天衣无缝地统一起来,溶于一炉!他画彩霞时注意到朝霞和晚霞有所不尽同:前者明净而后者昏沉,原因乃在于清晨空气中

     达·芬奇自画像

悬浮着的尘埃较少,黄昏时空个气中悬浮着的尘埃较多。而尘埃是有重量的,所以,前者轻清,后者重独。
    达·芬奇,他怀有神灵般的无限理想,试图重新创造世界的美,量度世界的广大无垠,解释世界的奥秘。他的抱负是发现一切、研究一切、创造一切。在哥白尼之前,他就知道太阳并不绕地球转,地球不是太阳系的中心,地球象月球一样,也是一颗星。达.芬奇还认为月亮自身并不发光,他只是反射太阳的光辉。甚至在当时,达.芬奇就幻想利用太阳能了。
   工业革命前,没有人知道螺旋,他却设计制造了活动板钳、链轮、绞盘、曲柄、甚至车床。他发明了滚珠轴承,是第一个真正对空气动力学有研究人。河面的水总比河底快,这是他首先观察到的事实。他设计和监督建造的围绕米兰全城的运河,至今仍被誉为建筑史上杰作。
    作为 数学家,在数学理论和微积分方面他开拓了新的疆域和思路,是这一研究的先驱,至今还值得在西方数学史上专书一笔。 在物理学方面, 达.芬奇重新发现了液体压力的概念,同一液体的液面高度是相同的,不同液体的液面高度不同,液体的高度与密度成反

比。他发现了惯性原理,后来为伽利略的实验所证明。他认为一个抛射体最初是沿倾斜的直线上升,在引力和冲力的混合作用下作曲线位移,最后冲力耗尽,在引力的作用下作垂直下落运动。他的这一发现使亚里士多德的落体学说产生了动摇。他发展了杠杆原理,除推导出作用力与臂长关系外,还算出了速度与臂长的关系。他指出了“永动机”作为能源的不可能性。
    达.芬奇还预示了物质的原子原理,形象生动的描述了原子能的威力。可以说,达.芬奇的研究涉及到自然科学的每一部门,他的思想和才能深入到人类知识的各个领域。他是世界上少有的全面发展的学者。除了艺术创作之外,对知识的追求激励他进行了大量的科学研究,在人体解剖、植物学、几何、天文、工程物理等领域都取得了令人称道的成就。在他身后留下的大量手稿中,人们发现了他关于轮船、直升机、降落伞、机动车和潜水艇等的构想和草图,可以说是这些现代发明的雏型。

    
   

    达·芬奇艺术以科学为基础,他研究了人类身体的各种比例,右面一张图画的是他对人体的详细研究,而且图中标明了黄金分割的应用。这是一张他为数学家帕西欧里的书《神奇的比例》所作的图解,该书出版于1509年。

    科学的职业状态,最佳的表现是美感。科学家们都是客串的艺术家。阿尔伯特·爱因斯坦曾经明确地说过,他是为寻找美感才从事科学的。他能拉一手小提琴,又会弹钢琴,喜欢读托尔斯泰的小说,他还探讨柏拉图、斯宾诺莎的哲学思想。
    伽利略,作为近代科学实验的开山祖,他喜欢绘画,音乐,还经常兴致勃勃也制作玩具。
俄国罗蒙诺索夫既是化学家,又是诗人,以致西欧一些人长时期认为俄国有两个罗蒙诺索夫,一是化学家,一为诗人。

      在中国古代也不乏这样大科学家和大艺术家系于一身人。屈原是《离骚》作者,又是《天问》的作者,但屈原也是一位音乐家,因为他又是《《九歌》和《国殇》的作者。
    张衡是东汉时期天文学家,他发明了天文仪器--水运浑象仪和地震预报仪器--候风地动仪。同时他又是著名文学著作《二京赋》的作者,并精心研究数学、地学、史学。
      南北朝科学家祖冲之,在数学、天文历法、机械制造等领域都有卓越的贡献。此外,他对音乐也有研究,还撰写过文学作品《异述记》十卷。
      北宋科学家沈括也是博学多才,在天文、地学、数学、物理、化学、生物、医药、水利、军事以及文学、绘画、音乐等许多方面都有精湛的研究和独到的见解。
    英国学者李约瑟博士的巨著《中国科学技术史.地学卷》中,提到中国古代绘画对地理学与地质学的作用,例如《图书集成.山川典》中的历山图、崂山图、广武山图;他并且强调

  汉代武梁祠石刻画像,描
绘人类始祖伏羲和女祸人首蛇
身的神奇艺术造型,二人分别
拿着矩和规,没有规矩无以成
方圆,这是古代科学审美观。

指出:“中国的画家能够对各种地质现象进行这么多的鉴别这一事实本身,充分表明他们具有运用画笔忠实地反映自然的非凡才能。”李约瑟在书中还引用了宋代画家李公麟的《龙眠山图》,并注明:“中国画中的地质学,安徽桐城附近龙眠山中的一个背斜露头,此山位于长江(汉口、南京之间这一段)的正北,李公麟绘。”显然,李公麟(号龙眠居士)对龙眠山地质结构的精确描绘,并不影响他的作品的绘画艺术性。
    我国隋代画家展子虔在山水画的创作中,吸收了地图绘制中的比例关系表现技法,使得人物与山水的比例关系更加和谐,为此唐代艺术评论家称赞其画“远近山水,咫尺千里”。事实上,如果我们翻开历代山水画家的作品,都可以从中获得或多或少的真实的地理信息,它们涉及到诸多场景之间的空间关系,具体来说即方向、距离、高度、角度、远近、大小、虚实,以及材质、纹理、色调等等。
    被誉为“现代派设计运用几何原理设计高层和复杂的建筑物,善于把中大师”的美籍华人贝聿铬,他在哈佛大学建筑系学习时不仅专业学习总有提前量,横向视野也很开阔,他不但钻研工程、自然科学,对文学艺术也有特殊的偏爱。他善于华民族传统文化与现代建筑灼融为一体。贝聿铭自己说:“建筑和艺术虽然有所不同,但实质上是一致的,我的目标是寻求二者的和谐统一。”事实证明对于建筑艺术的执著追求是他事业成功的一个重要方面。中国传统的建筑艺术在贝聿铭的心中留有极其深刻的印象苏州庭园的长廊曲径假山水榭尤其是建筑屋宇与周围自然景观相辅相承的格局以及光影美学的运用在他数十年的建筑设计生涯中,都有轨

可寻而座落在北京香山公园内新建的香山饭店更是他将现代建筑艺术与中国传统建筑特色相结合的精心之作。后花园是香山饭店的主要庭院,三面被建筑所包围,朝南的一面敝开,远山近水,叠石小径,高树铺草,布置得非常得体,既有江南园林精巧的特点,又有北方园林开阔的空间,既简洁又有一定传统园林的色彩。愈看就愈会感到她轻妆淡抹的自然美。他对中国文化的高深素养和艺术情操,便他再次创造出一座中西合壁,有文化韵味的现代建筑。
    科学与艺术互相影响渗透。较高的文化修养,与广泛的学识可以防止思想僵化、片面。正如达尔文所说:“我自知对于推度正确解释方面,以及设法于实地实验方面,都渐有进境,但这或许是单独实行和广蓄知识的结果。”

                                    北京香山饭店

      法国一位科学家说:“文学程度很低,而科学程度很高,怕是不可能的。”同是一个“电磁说”,早已碰到法拉第(学徒出身)的鼻子尖,可惜他茶壶煮饺子,有理倒不出,又缺乏数学证明,他的发现未引起人们的注意;而麦克斯韦综合前人成果,以行云流水般语言阐释,又加以数学证明,电磁学才不胫而走。  

    二、艺术对科学启迪
    在美术史上作出划时代贡献的印象派源于色彩学的启迪,现代造型艺术的奠基人塞尚当获益于几何学的普及。另一方面,文学艺术改变了科学家的气质,并给予科学家以启悟和灵感。大科学家根兹堡曾不止一次地表示过:我读到歌德的诗,无数的思绪一下子冒了出来。
    爱因斯坦在同德国政论家莫什科夫斯基谈话时,就坦率地承认,俄国作家陀思妥耶夫扬基的《卡拉玛佐夫兄弟》等小说,为他的科学事业提供了巨大的帮助,其价值不仅超过了任问一位思想家,该且也通过了作为他的同行、先师的大科学家高斯。这种现象的发生是很正常的,因为艺术可以用不合逻辑的、充满浪漫主义的精神和方法去讲述一切新的、充满了疑团的、被禁忌的思想和问题,这恰恰为善于进行严密逻辑思维的科学家提供了利用艺本开发其科学灵智和创造机制的便利条件.给科学家的心灵注入圣水,思想插上翅膀!另外,作家、艺术家的生活和创作天地的广阔性,也无疑能够给予科学家以积极的感染和影响。

    其实,现今早已成为辉煌的科学业绩,并已造福于人类的许多发明创造,都是按照复因斯坦所体验到的这种方式,一步一步地走向成功并充分实现自身巨大价值的。有相当多的杰出的作家、艺术家,在他们的作品中最早提出了这些发明创造的构想和雏形,并作了生动具体、富于艺术魅力的渲染与描绘,最终为科学家开辟道路。正如高尔基所说“在科学和文学之间有着很多共同点,无论是科学还是文学,其中起主要作用的是观察、比较、研究,艺术家也同科学家一样,必须具有想象和推测。”艺术家的想象和推则似乎比科学家更超前。

   蜜蜂是自然设计师,蜂巢十分完美,其结构材料重量轻,强度太,底边三个平面的锐角都是7032’,体积几乎都是0.25立方厘米。仿生学发现自然美,推动科学发展。

    机器人是现代科学的新成就,但是从十八世纪中叶开始。十八岁的英国女作家雪莱在其长篇小说。〔《弗朗肯什坦》中,就已经描绘了机届人构造和功能。她之后,凡尔纳、威尔斯、恰佩克等作家则也都在自己的作品中描写了机器人。这比科学上的机器人的出现,至少早了一个世纪。卫星是现代科学的新成就,但是,早在一个世纪以前,俄国作家陀恩妥耶夫斯基在其长篇小说《卡拉玛佐夫兄弟》中,就已写到伊万,卡拉玛佐夫同精通魔法的小鬼在谈话时,谈到了卫星。小鬼说,如果把一柄斧头抛上天空,抛得很远,很远,这就会像一颗卫星那样绕着地球飞行。在真正的卫星出现的一百多年前,作家竟写出了这样神奇的话,能说它对百年之后的卫星发明者没有作用吗?
    核能发电和火箭发射,是现代科学的新成就,但是,阿,托尔斯泰早已在其小说《加林工程师的双曲面》和《阿艾利塔》中,便对之作了具体的描绘。前者的主人公加林,竟提出一个建设原子能电台针状波束的技术方案;后者对火箭发射竟作了这样惊人的描绘:火箭离开了平台,悬挂在空中,而后就骤然加快,消失在天空中了。在世界上还根本没有火箭的时候,作家就对火箭发射作出了如此准确,真实,具体,生动的描述,能说不是个奇迹么?   

    其他如画家达,芬奇,丢勒等从绘画实践中对影射几何学的创立所作的巨大贡献。巴尔扎克在他的小说中最早提出激素,小说家史特林堡在《科尔船长》中竟然提出直接从空气中制取氮气的可能性,特别是法国作家凡尔纳,在一个多世纪以前,他就津津乐道地向人们描述了实际上当时并不存在潜水艇,飞机,电动汽车,宇宙火箭,彩色摄影,有声电影和电视。凡尔纳一生写了57部关于科学的小说,谁又能说得清他的创作给 了科学家多少启发和灵智呵!正是在这个意义上,契诃夫说过:“艺术家的一个感觉,有时可以等于科学家的几个大脑。”我们必须承认:艺术天生就是科学的依托,先导和伙伴!
    三、大自然是按美来设计的
    美国著名物理学家阿·热在其《可怕的对称》中写道。其实,审美事实上已经成了当代物理学的驱动力。物理学家们已经发现了某些奇妙的东西:大自然在最基础的水平上,是按美来设计的。我希望与读者们分享的正是这种奇妙的感觉。
    科学揭示.形按一定的比例关系排列和组构,最容易产生美感,如三角形、圆形、方形和流线型等,各有自身的艺术审美功能。如圆具有很高的对称性,

      桂林山水画倒影绝对对称是不美
    的。上图是不绝对对称的,下图是
    绝对对称的。

自然中的许多形态都是圆形的。圆既是美的,又是善的,故有完美、圆满、完善之类的说法。大自然本身似乎就是按照某种美的法则来生成和营构的。我们地球的球体现这种自然本身的完美。说一个东西美,对称与不对称是其中一条法则,一片树叶.你会惊叹按照卜数学上对数形状排列,也就是最美的形式排列着。人以鼻梁的中线垂直延伸,可以相当精准地分成左右两半均等的对称体。这种生理的决定,人视觉上有基本的审美要求,不合对称原理的东西就会引起人的脑垂体的不良反映,而出现不舒、反感。自然界按照诸如此类的原则,把人调适成了一类无时无刻需要美的生物。但自然界,绝对对称基本上是没有的,只有对称中的不对称才有艺术效果。绘画如果完全对称,就成了图案,桂林山水倒影绝对对称是不美的。门神一边一个是对称,两个门神图形一样就不好看。现在大宅院门前一对石狮是对称,但只有一雌一雄不完全对称,才和谐。

  树叶.美妙对称关系  
 “建筑是凝固的音乐”,这句话颇有哲理性。建筑虽然是纯物质的,但如果我们把一首交响乐的时间流动过程“凝固”起来,就会惊奇发现,交响乐的内部结构与建筑艺术中的对称、均衡是相通的,建筑物的功能与技术通过表现而转化为艺术。在现代建筑中,技术的表现己被看作一种艺术,一种创造牲的表达。意大利工程师,联合国科教文组织总部的设计者奈尔维,他主张充分利用结构技术美,把技术与艺术融为一体。他从贝壳,昆虫和花序的形态结构中获得灵感,把仿生学运用到建筑创作中。
    坚固、实用和美观,这是作为建筑学上经典公式,它最初是

由古罗马建筑师维特鲁威作了阐述的,然而还有一种观点,创造建筑的不是物质上的需要,而是精神上的需要,在他们看来,实用是某种从属的和次要的东西。埃及的金字塔,他的实际用途是什么?作为法老的陵墓。为此,十万奴隶在二十年间兴建了这个奇怪的建筑物,而欣赏它的雄伟的人们已经有多世纪。埃菲尔铁塔一开始设计就不是考虑什么实用,它是法国政府为了庆祝法国革命100周年,建造一座高塔作为博览会象征的。埃菲尔铁塔从塔基到塔顶1710级阶梯,全部由钢材制作,总重量有8000多吨,气势磅礴,直冲云端,它成为巴黎的象征。中国古代所有寺塔无不体现实用从属于美的观念。澳大利亚的悉尼歌剧院象海边礁石上巨大的贝壳,又象是海湾中片片白帆,富有诗意画境。丹麦设计师伍重当年设计它时,首先考虑的是整体造型美。要从四面八方

都能看到这座建筑的美,不仅从海面上,陆地上、大桥上、甚至从飞机上看到它,要是采用一般现代剧院的形式,免不了方方正正,单调的台箱。因此,将整个剧院的上方覆盖三组既象贝壳,又象白帆似的屋顶,取得了预思的效果。一般的音乐厅、歌剧厅的观众是先进入观众厅,然后才是舞台。而悉尼歌剧院不同一般。观众进门以后就正对着舞台的处背后,他们必须绕过舞台从两侧进入观众厅。据伍重说,这样安排也是为了使屋顶的薄壳排列有最好、最完美的造型艺术效果。悉尼歌剧院体现了艺术与建筑科学的完美

                悉尼歌剧院

结合。
    在视觉艺术中,韵律是任何物体的诸元素成系统重复的一种属性,韵律是一个广泛渗透于整个生活之中的事实。从原子里的电子旋转,乃至行星在巨大轨道上的运行,到处都存在着韵律。罗马大角斗场拱连拱的重复,希腊神庙优美的廊柱,哥特式教堂尖拱和垂直线的重复,北京故宫以长达3.5公里为中轴线的层层递进,都具有韵律。建筑中有许多韵律形式特别重要,贝聿铭在设计香山饭店的一大胆手法,就是重复使用两种最简单的几何图形,主要利用正方形和圆形,大门、窗、漏

       北京故宫中层层递进的韵律美

窗,窗两侧和漏窗的花格、墙面上的砖饰,壁灯,宫灯都是正方形,连道路脚灯的楼梯栏杆灯都是正立方体,又巧妙地与圆组织在一起,圆则用在月洞门、灯具、茶几、宴会厅前廊墙面装饰,南北立面上的漏窗也是由四个圆相交构成的,连房间门上的分区号也用一个圆套起来,这种处理手法显然是经过深思熟虑的。

    科学行为,在某种意义上讲,就是科学的艺术化过程。换言之,人类行为的高级状态,都是艺术的状态。种菜会成为园艺,做饭会成为厨艺,就连玩泥巴也会升华成各类陶艺、雕塑。一切符合真善美的理想的境界,都会殊途同归,通往艺术的境界。 
    
   四、探求科学与艺术的深层次沟通 

    随着人类社会的发展,科学与艺术的交融,越来越受到人们的关注,并已成为当今世界科学文化发展的特征之一。 物理学家玻尔认为:“事实上,当在越来越大的程度上放弃逻辑思维分析而允许弹奏全部感情之弦时,诗、画与乐就包含着沟通一些极端方式的可能性,那些极端方式常被表征为实用主义的和神秘主义的。”著名华裔物理学家李政道致力探讨科学与艺术的沟通关系,打通了横亘于艺术与科学之间的壁垒。他一直有一个基本思想,即科学与艺术是不可分割的,就像一枚硬币的两面。它们共同的基础是人类的创造力,它们追求的目标都是真理的普遍性。1987年,李政道匠心独具,策划、邀请一批艺术大师举办艺术与科学研讨会,李政道在北京这次研讨会上作了关于《艺术和科学》的演讲,阐述这一思想。该文在1997年由上海《科学》杂志上发表后,更引起海内外科学文化界的关注。 
    以李政道博士为主任的中国高等科学技术中心成立后,在举办重大国际学术研讨会时有一个惯例,即都要以会议内容作出一幅主题画。每次都由李政道博士根据科学主题提出一个初步艺术构思,并分别约请著名艺术大师与科学家磋商,藉以沟通科学和艺术的创意,十多年来,参与泼墨挥毫画家有:李可染、吴作人、黄胄、华君武等人,绘画主题涉及高温超导、重离子碰撞、量子引力、粒子物理等尖端科学专题,艺术与科学本身就有重叠部分,以艺术为载体科学则容易被人们理解和认识。吴作人创作的《无尽无极》,以“现代太极图”的形式,表达了一个重要的科学思想:世界是动态的,宇宙的全部动力、所有物质和能量都产生于静态的阴阳两极的对峙中;吴冠中《简单与复杂》的抽象画,画面上布满浓淡相间杂乱无章的“点”和深浅不一变化莫测的“线”,由这些点和线构成了一幅千变万化、化静为动的动感盎然的画面。吴冠中还题了一首诗,作为对这幅画的“解题”:
      
点、线、面,
      黑、白、灰,
      红、黄、绿,
      抽象画,
      道是无题却有题:
      最基本的因素,
      营造极复杂的绘画,
      流光——
      流光容易把人抛,
      求证于科学:
      简单与复杂。
      红了樱桃,
      绿了芭蕉。

  李政道将题诗译为英文时,还从物理意义出发,在第二段前加了一句话,译回中文是:它们结合在一起光也不能留时间。赞扬在吴冠中的“神笔描绘下,时间有出奇的变化,连光速也无法追上,超脱了相对论。”吴冠中题诗的上半首,应是画家对自己作品的主题阐述,下半首引宋人蒋捷的词句(《一剪梅.再过吴江》:流光,流光容易把人抛,红了樱桃,绿了芭蕉)可以说画家心境的自然流露,

 华君武则以充满情趣的漫画形象地揭示了碳60超导体的科学内涵,在华君武笔下,一些由60个碳原子组成的足球状的C60全碳分子,在三维空间排列成空间点阵,构成了一个蜜蜂巢,上面有一群成双成对的蜜蜂,结伴欢快地自由飞翔,而那些没有伴侣的蜜蜂却愁眉苦脸地困在下面,一副无可奈何的窘状。华君武先生在画上题曰:“双结生翅成超导,单行苦奔遇阻力”。
  2000年9月上海出版大型画册《科学与艺术》,画册中汇集的20余幅科学寓意中国画均出自吴作人、李可染、黄胄、华君武、张仃、吴冠中、常沙娜、袁运甫、刘巨德等13位当代中国画坛名家之手,也有李政道教授本人的画作。以中国传统艺术手法表现现代科学主题,从而使科学与艺术的交融表现得更加完美。李政道博士认为,这些画卷“绝非仅为追求一种用绘画手段描绘科学 特点领域的表面形式,而是探求在一个更深奥的意境中进行科学和艺术间的对话”。  
    李政道教授致力倡导科学与艺术结合,这是对文化发展的新贡献。多年来,他和我国画坛名家交流切磋,并鼓励画家们创作“科学画”,这不仅增进了科学家与艺术家的互相了解和友谊,也开拓了一个新的艺术领域。
     在科学和艺术中,我们不仅看到画家为科学述画,同时科学家也写诗,诗写科学,上穷碧落下黄泉,从宇观到微观,视野开阔,联想丰富。如旅美物理学家沈致远教授,他有一首《相对论》诗十分通俗:
        运动是相对的,坐在列车中,树林在飞弛,
        空间是相对的,缩地有妙方,夸父可追日,
        时间是相对的,洞中方七日,世上已千年。
还有一首诗,写《量子情侣》,拟人化了:
        量子态的重叠,你中有我我中有你,真正的心心相印,
        自旋的配对,一个向上一个向下,情侣们成双翩跹,
        量子态的相干,有波峰也有波谷,就像爱情的波折起伏。
    今天,人文科学与自然科学正走向相互启迪、相互渗透,走向融汇的更高境界,科学家与艺术家的相互合作,预示着法国文学家福楼拜说过,越往前走,艺术越要科学化,科学也要艺术化。两者在山麓分手,回头又在顶峰汇集。 

 

                           华君武超导态现象漫画

 



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