硬币的两面：物理与艺术.pdf

3 7卷第 9期 2 0 1 5年 9月 物理教学 PHYS I CS TEACHI NG Vo 1 3 7 No 9 Se p 2 0 1 5 硬 币的两面 物理与艺术 王 丽 萍 昆明市第一中学西山学校云南6 5 0 1 0 6 马贤 荣 昆明市明德民族中学云南6 5 0 0 3 2 摘 要 不少人惯 于把物理 和艺术看成是 毫无 内在 联 系的完全 不同的 东西 物 理学 家相 当冷静 擅 长理性 逻 辑 思维 艺术家富于情感 直觉 形象 思维是其特长 物理学发现靠的是智慧 艺术创作依赖于情感 物理与艺术是风马牛不相及的 两个领域 二者各行其道 各谋其 事 而在物理 学的发展 的背后 有一大枇 的物理 学家们在热 爱着 艺术 在 艺术 的启迪 下完成 了伟 大的物理 学研 究 本 文主要探讨物理 与艺术的联 系 其体现为一枚硬 币的两 面 关键 词 物理 艺术音 乐 文章编 号 1 0 0 2 0 7 4 8 2 0 1 5 9 0 0 7 8 中图分类号G6 3 3 7 文献标识码B 2 0 0 5年 5月 2 1日下 午 首 都 博 物 馆 多 功 能 厅 的弧形舞 台上 温暖朦胧的灯光投射在两位 身着黑 色西装的外国人身上 他们斜偏 的下 巴夹着闪烁木 器光泽 的小 提琴 一 张 一 弛 的右 手拉 出饱 满 圆 润 的 莫扎特降 E大调 小提琴奏 鸣曲 这里 即将开始 的 并非是一场音乐会 而是一场将爱因斯坦的现代物 理学理念与他最喜爱的乐器小提琴结合在一起 的主 题为 超弦之音 琴迷爱因斯 坦 的科学讲座 演 奏会 主讲人是牛津大学实验物理学教授布莱思 福斯特 B r i a n F o s t e r 小提琴演奏家杰克 理贝克 J a c k L i e b e c k 演 奏 的 乐 曲正 是 爱 因斯 坦 最 喜 爱 的 巴赫和莫扎特的小提琴曲 1 讲座 演奏会上 时 而物理 时而音乐 巧妙地将爱因斯坦的现代物理学 理念 与他最 喜爱 的乐 器 小 提琴 结 合 在 一 起 双 方 互 相阐释 凑出了一场别样的科普 让艺术与科学进行 了一次 成 功的联 袂 一 物理学 家 的艺术情 怀 1 作为 物理 学 家的 艺 术 爱 好 者 爱 因斯 坦 普 朗克 玻 尔 在影 响整个 人类 文 明进 程 的科学 伟人 中有 三 个 人不能不提 他们分别是 在整个 2 O世纪 相对论光 环之下由人而神 长相奇特 性格古怪 的科学天才爱 因斯坦 Al b e r t E i n s t e i n 第 一个站 出来肯定 爱 因 斯坦 相 对 论 的普 朗 克 Ma x Ka r l E r n s t Lu d wi g P l a n c k 和被普朗克赞叹为勇于开拓 富有综合艺术 天 才 的 物 理学 家 玻 尔 Ni e l s He n r i k D a v i d B o h r 他们在物理学体 系的构建上颇有建树 却也对艺术 有着热爱与追求 78 爱 因斯坦 5岁开始学习小提琴 小 提琴是他最 喜欢的乐器 形影不离地伴随着他 爱因斯坦是物 理学 家 的同时 也是 一位 全心投 入 的音 乐家 他 不仅 擅长小 提琴 而 且会 演奏 风琴 和钢琴 经 常在 世 界各 地义务 演 出 1 8 7 4 年 普朗克中学毕业 时在选择今后 的努力 方向时却陷入了踌躇 因为除物理学之外 他还对音 乐有着非同一般的兴趣 他在音乐方面的才能甚至 比他对物理学 的兴趣来得更早 他很小 的时候就 已 经具有专业音乐家的钢琴和管风琴演奏水准了 他 喜欢舒伯特的 摇篮 曲 美丽的磨坊女郎 勃拉姆 斯的小提琴协奏曲 还有 巴赫的 马太受难曲 等等 在大学读书时 他曾经是大学合唱团的指挥 经过 激烈 的思 想斗 争 他 选择 了物理学 但 音乐仍 然是 他 终 生爱 好 索末菲 S o mme He l d 在他 的名著 原子结构和 光谱线 一书中所说 今天我们从光谱语言 中所听 到的 是原子所奏出的真正的天体音乐 是全部关系 的协奏 在纷然杂陈的诸现象 中 它越来越呈现出了 一 种和谐 光谱线理论将在永世万代刻上玻尔的英 名 光谱线的全部定律 以及原子学说 的全部定律归 根 到底 均渊 源于 量子论 量 子论 是一 架 最神 秘 的管 风琴 大 自然在它上 面奏 出光谱音 乐 按 照它 的节 奏 大 自然支配着原子和原子核 的结构 1 在这 当 中被高度赞扬的物理学家 玻尔 不但在物理学 研究中才华横溢 钢琴和大提琴的水准也令人 叹为 观止 爱因斯坦的小提琴 普朗克的钢琴 玻尔的大提 琴 成为 探索 物质 世界结 构 早期 的一 次最 美妙 的 三 3 7卷第 9期 物理教学 重协奏曲 爱 因斯坦 普 朗克 玻尔都不谋而合地 把艺术当作生命 中不可缺少 的部分 而又 同时在物 理体系的构建上做出了巨大的贡献 2 爱因斯坦 普朗克 玻 尔把 艺术 当做 终 身爱 好 的 原 因 1 9 2 8年 1 O月 有 一 人 给 住 在 柏 林 的爱 因斯 坦 写信 询问他的音乐爱好对 他所从事 的那项与音乐 风马牛不相及的主要工作是否有什么影 响时 爱因 斯坦于这样 回信 音乐并不影响研究工作 它们两者 都从同一个渴望之泉摄取营养 而它们给人们带来 的慰藉也是互为补充的 他曾说 真正的科学 和真 正 的 音乐需 要 同样 的 思 维 过 程 他 经 常从 书房 站 起身 走到钢琴边 敲几个和弦 再 回到书房 音乐 帮助爱因斯坦思考他 的理论 完成他著名的思想实 验 福斯特在 超弦之音 讲座上说 如果没有小提 琴 爱因斯坦便不再是爱因斯坦 普朗克是一个典型的德国人 德意 志民族是一 个外表严谨但追求内心 自由和思想解放的民族 对 于家教甚严 办 事循规蹈矩 一丝不 苟的普朗克来 说 音乐是他唯一能放纵 自己的感情 使 自己的思想 不受任何约束的领地 他渴望在音乐的殿 堂里纵横 驰骋 就连牛顿也承认 自己的物理思维深受音乐艺术 的启迪 他的音乐素养 音阶的对称美促使他努力寻 求宇宙布局的和谐统一 他在研究 白光分光实验后 说 每 种颜 色正 好 出现 在 它 相应 的位 置 上 匀 称 地 排成分列 的一串 仿佛构成声乐 中的一个个音阶 似乎物理学大师们都喜欢欣赏用长笛和单簧管 将严肃而深沉 的自然哲学原理像 田园牧歌一样吹奏 出来 1 3 历史上把艺术 当终生爱好的科学家 美国人罗伯特 鲁特一 伯恩斯坦 B e r n s t e i n R R 在研究了 1 5 0位科学家的传记后发现 几乎所有 的大科学家 发明巨匠都 同时是诗人 提琴手 或者 是作家 业余画家 德 国哲学家斯宾格勒 曾明确表 示 他从精确优美 的古希腊人体雕像 中看到 了毕达 哥拉斯 欧基米德 从西方配位 重组群乐旋律 中听 到了笛卡尔 牛顿 莱布尼茨等 科学史学家沙利文 曾经说过 引导科学家的动力 归根结底是美学冲 动的表示 他指出数学家创立的优美公式犹如但 丁 神曲 中的诗句 黎曼几何与钢琴协奏 曲一样优 美 强调科学创造的艺术价值 也正是在这个意义 上 爱 因斯 坦称 赞 玻 尔 提 出 的原 子 中 电子 壳 层 模 型 及其定律是 思想领域 中最高的音乐神韵 玻尔兹 曼 L u d wi g E d wa r d B o l t z ma n n 把麦 克斯 韦 J a me s C l e r k Ma x w e l 1 关于气体力学的论文当作神奇壮美 的 交响乐来欣 赏 普恩 凯莱 H P o i n c a r e 指 出 科 学达不到艺术 的程度就是作为科学不完备的程度 艺术如不体现科学美就意味着艺术的不成熟 李 政道 Ts u n g D a o L e e 教授 于 1 9 5 7年 与杨振 宁一起 因发现弱相互作用 中宇称不守恒而获得诺 贝尔物理学奖 李政道教授在研究物理学的同时 对艺术和中国的历史文化有着强烈的兴趣 个人亦 喜随笔作画并积极倡导科学和艺术结合 这些科学家和艺术家 的共同特点是 对事业表 现出超乎寻常的执著 内心世界充满科学精神和艺 术魅力 惯于用艺术审美眼光来看待他们所发现 的 定律 公式和艺术成果 他们都从科学与艺术的融合 中获益 都达到了炉火纯青 超越 自我 的至高境界 艺术美感实质上是一种深刻 的思想 它常常能在整 体上一下子把握事物的本质 艺术美感在科学创造 中之所 以能起重要作用 这正是 因为真与美 之间存 在着统一性 肯定真的东西和肯定美的东西是一致 的 真 的就是 美 的 美 的就 是真 的 尤 其 在检 验评 价 科学创造成果时 对美 的考虑 的重要性有 时甚至可 能是决定性的 二 科学 物理 与艺术的关系 一 直以来人们都普遍认为 理性 的学科与感性 的学科 之 间没有 必然 的联 系 不少人 惯 于把 自然 科 学和艺术看成是毫无 内在联系的完全不 同的东西 两者各行其道 各谋其事 科学注意实在求问 其价 值标准与社会背景密切相关 科学家相当冷静 擅长 理性 逻辑 思维 而艺术 的起 源是人类 的社会生 产 劳 动实践 和人 类 思 维 能力 的分 化 艺 术 家 富 于 情感 创作依赖于情感 直觉 形象 思维是其特长 科学发现靠的是智慧 擅长于抽象思维 3 3 在古代 科学与艺术是 自然融合 的 中世纪时 期 在 自然科学本身 日渐细分化的状况下 科学与艺 术逐渐脱离 科学与艺术在人类的历史 长河 中分渠 而过 既近在咫尺又远在天涯 科学 与艺术恰似隔 有一层透明纸 相互辉映 却又难 以直接对话 长期 以来 人们对两者的关系探讨不够 对科学与艺术融 合的重要性认识不到位 众说纷纭 莫衷一是 直线 性的思维和模式单一化的教育 塑造了不少纯粹的 科学家或艺术家 也培养了不少 科盲 和 艺盲 使 两 者始终 存 在距 离 难 以携 手并 进 随着时代 的发展 科学 自身各学科交叉 渗透 3 7卷第 9 期 物理教学 融合加剧 法国著名作 家福楼拜 曾预言 越往前 走 艺 术越 要科 学化 同时科 学也 要艺术 化 两 者 在 山麓 分手 回头 又 在 顶 峰 汇 聚 著名 物 理 学 家 李政 道教 授认 为 科 学 和 艺术 的关 系 是智 慧 和情 感 的 二 元性 密切 关 联 的 科 学 与 艺术 是 一 枚 硬 币 的 两 面 他说 艺 术和 科 学 表 面上 看 是 两个 完 全 不 同 的知 识范 畴 但 是 进 一 步 思 考 就 会 发 现 两 者 是 有 联 系 的 它们都是人类 的创造 都在寻求真理 的普遍性 而且都是跨时间 跨空间的 所 以 我把艺术和科学 看作是一枚硬 币的两面 两者是相通 的 科学可 以 从艺 术 中寻求 创 新 思 路 丹 麦 科 学家 玻 尔 认 为 艺 术和科学的共 同基础是人类 的创造力 他们追求的 目标都是真理 的普遍性 艺术 例如诗歌 绘画 雕 塑 音乐等等 用创新 的手法唤起每个人的意识或潜 意识 中深藏着 的已经存在的情感 情感越珍贵 唤 起越强烈 反响越普遍 艺术就越优 秀 科学 例如 天文学 物理学 化学 生物学等等 对 自然界的现象 进行新的准确的抽象 科学家抽象的阐述越简单 应用越广泛 科学创造就越深刻 尽管 自然现象不 依赖于科学家而存在 它们的抽象是一种人为的结 果 这和艺术家的创造是一样的 在国内 科技 日报 在 1 9 8 7年设专栏发表了近 3 O位我 国著名科学家畅谈文艺的文章 钱学森 曾 说 艺术里所包含 的诗情画意和对人 生的深刻理 解 使 我 丰富 了对世 界 的认 识 受 到 了 这些 艺 术 方 面 的熏 陶 我 才能 避 免 死 心 眼 避 免 机 械 唯物 论 想 问题 能 够宽一 些 活 一 些 他一 直 大 力 倡 导科 学 与 艺 术 的融合 物理学给予艺术的最大奉献是为艺术家提供了 新的思维方式 新的创作手段和活力 使他们对科学 现象产生浓厚的兴趣 激起更大的创作欲望 从更加 理想的视角去创造更多更好的艺术作品 艺术则表 达了科学美 艺术给了科学以人格力量 艺术为科学 家的创造提供 了新 的启示 灵感和精神动力 这正 如 物理学 家海 森堡 We r n e r Ka r l He i s e n b e r g 所说 通 过原 子现象 的表 面 我窥测 到 了一个 异 常美 丽 的 内部 当想到现在必须探明 自然界如此慷慨地展示 在我面 前 的数 学 结 构 这 一 宝 藏 时 我 几 乎 眩晕 了 7 正是强 烈 的艺术 美感 的 冲动激发 了科 学 活 动 的巨大创 造性 艺 术美 感在科 学 创造 中往往 能 给人 们 意想 不到 的启迪 这 种观 点并 不是 空 穴 来 风 调 查研 究 表 明文 化 艺术背景决定 了科 学技术 的先进与否 美 国的文 学 音 乐 美术 三 大 门类 不 如俄 罗 斯 在 2 0世 纪 5 0 年代 美 国人 自己也 认 为 两 国科 技 人 员 不 同 的艺 术 素养导致美国空间技术 的落后 显 然 艺术 的差距 对于科学技术的竞争有着显著 的间接作用 美国人 认识到 缺乏基本 的艺术知识和技能 的教育决不能 称 为真正 的 教 育 从 1 9 6 7年 开 始 美 国花 了 2 O多 年 的研究 终 于 1 9 9 3年 3月 美 国国会通 过 了克林 顿 推出的 2 0 0 0年 目标 美 国教育法 在美 国历史上 第一次将艺术 与数学 历史 语言 自然科学并列为 基础教育核心学科 之后大力推进艺术教育 使其 与科 学教 育 比翼 双飞 8 j 科学需要艺术 艺术需要科学 高度发展的科学 与传统艺术文化隔绝的状况必须改变 科学与艺术 日益融 合 已成历史 的必然 三 结语 让物 理教 育与 艺术 相互 融合 曾有 人 说过 爱 因斯坦 如果 不会拉 小 提琴 可 能 不 会想 出相 对 论 小 提 琴 有 一 个 在 小 空 间 里 的 宇 宙 如果 事实 真 是这 样 就 目前 中 国物 理 教 育 营 造的几乎为零的艺术空间岂不是扼杀了许多原本有 可能像爱因斯坦一样杰出的物理