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  • 严加安院士:科学与艺术有共性也有交融

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-12-30
    作者:严家安资料来源:科学时报发布日期:2011年

    名字的选择:萧中院士

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    严家安:科学与艺术有相似之处,融合

    《辞海》,科学定义为“关于自然、社会和思想的知识体系”什么是艺术?到目前为止,似乎还没有公认的定义。《辞海》将艺术定义为“一种通过塑造形象具体反映社会生活并表达作者思想感情的社会意识形态”不满足于这个定义,我搜索了互联网,发现托尔斯泰在《艺术论》中把艺术定义为“一种可以与他人分享情感的表达”。诗人、作家或画家通过诗歌、文学作品和绘画来表达他的感情,这样其他人就可以分享他的感情。这就是艺术。“艺术是怎么产生的?”?人类的感觉器官是眼睛、耳朵、鼻子、舌头和身体。追求美好的感觉是人类的天性。从遗传学的角度来看,它也是人类生存和繁殖的遗传本能。人类首先感受和理解自然赋予的一种“自然美”,然后模仿“自然美”,逐渐发展到自觉创造一种“人工美”,这样人们不仅可以欣赏自然的“自然美”,还可以随时随地享受自己创造的“人工美”,从而形成“艺术”。

    科学和艺术都源于人类的社会和精神活动。他们在人类历史上合作互动,共同构成了人类灿烂的文明。在人类早期,没有科学,只有技术和艺术,那么技术和艺术是不可分割的。例如,中国古代陶瓷工艺是技术与艺术的完美结合。后来,随着社会生产力的发展和技术的进步,科学即知识体系逐渐出现,科学与艺术逐渐分离。

    这里有三个问题:第一,科学和艺术之间的共性;第二,数学和诗歌的共性;第三,科学和艺术的相互融合。需要肯定的是,我们在这里谈论的科学只涉及自然科学,不涉及社会科学。

    第一个问题:科学和艺术有什么共同之处?

    科学与艺术之间最常见的是追求一种普遍性和永恒性,在创作中追求“真”和“美”。普遍性和永恒性是不言而喻的,科学中的“真”和艺术中的“美”没有什么可说的,下面是对“科学求美”和“艺术求真”的详细解释。事实上,“美”和“真”是分不开的。英国着名诗人济慈有句名言:“美就是真理,真理就是美。”一句希腊谚语说:“美是真理的荣耀。”真理常常隐藏在事物的背后,看不见,但它的光辉是美丽的,所以你可以通过美丽的光辉发现它背后隐藏的真理。真理的荣耀主要是和谐和简单的美。因此,一些杰出的科学家,从理论上的和谐和简洁的要求出发,有时可以通过审美直觉提出一个想法和猜测,这在后来往往被证明是正确的。杨振宁在一次公开演讲中讲述了狄拉克的“反粒子”理论,这是一个很好的例子。狄拉克在1928年发表了两篇短文,并写了一篇划时代的狄拉克方程。在文章发表后的几年里,由方程解引起的负能量现象引起了争议。1931年,狄拉克大胆提出“反粒子”理论,从数学对称性的角度解释负能量现象。这一理论在当时更不被同行接受。直到安德森在1932年秋天发现了电子的反粒子,每个人才意识到反粒子理论是物理学的又一个里程碑。至于“在艺术中寻求真理”,这个“真理”并不意味着狭义上的“真理”,而是指艺术家在创作艺术时,应该心灵纯洁、性情率直、情感真诚

    第二个共同点是科学和艺术的创造需要智慧和情感。很需要智慧去理解,为什么还需要感情?在艺术创作方面,如果一个艺术家想很好地表达他/她的感情,他/她必须首先有一个艺术基础,但他/她需要更多的激情。只有带着激情,他/她才能加深和扩大他/她的感情,然后突出他们,表达他/她的内心感受。只有这样,他/她才能打动和感染他人。这是“从生活出发,超越生活”的艺术创作原则。对于科学研究,真正有成就的学者充满激情。例如,伽利略,被称为“现代实验科学的先驱”,是一位对科学充满热情的学者。当他在父亲的商店当店员时,他仍然没有忘记学习数学和物理。后来,他被罗马宗教裁判所残酷迫害了20多年,因为他在书中表达了哥白尼的日心说。另一个例子是布鲁诺,他比伽利略更早公开哥白尼的日心说,在被罗马宗教裁判所折磨了八年后被判处死刑。他说:“高加索的冰川不会冷却我心中的火焰。即使他们像塞尔维特一样被烧死,他们也不会食言。”他还说:“为真理而奋斗是人生最大的乐趣。”这些致力于科学的科学家不仅热情洋溢,他们对科学真理的追求也进入了痴迷的境界。

    李政道先生曾指出:“科学与艺术的关系与智慧和情感的双重性密切相关。艺术审美和科学概念理解都需要智慧,情感的升华离不开情感。”正是因为这种双重性,科学家和艺术家有时可以融为一体。例如,欧洲文艺复兴时期最杰出的代表列奥纳多达芬奇就是一个光辉的例子。英国历史学家穆坦说,列奥纳多达芬奇是“一个画家、雕塑家、工程师、建筑师、物理学家、生物学家、哲学家,在每一个学科中都达到了顶峰”。达芬奇的名画《蒙娜丽莎》和《最后的晚餐》是世界绘画史上最杰出和不朽的作品。另一个鲜为人知的例子是海亚姆,11世纪的波斯数学家和天文学家。他的名字不仅因为给出三次方程的几何解和修改波斯历法而被记载在数学和天文学的编年史上,还因为他的《鲁拜集》(即《诗的四行》,有中文译本和郭沫若的译本)而在诗坛享有很高的地位。“四行诗”韵的第一、二、四行。有人在网上把《鲁拜集》年的一首诗翻译成了《沉默的皇帝的坟墓,玫瑰散发着芬芳》。红花凝结着蓝色的血液,看起来像一个美丽女人的灵魂。”这成了一首美丽的四行诗。

    科学和艺术的第三个共同特征是它们有共同的审美标准。首先,“创新”是科学与艺术共同的美学原则之一,但“创新”在艺术上被称为“艺术风格”,由于生活经验、艺术修养、审美取向和个体特征的差异,艺术家们在主题和表现手法以及作品的整体风格和艺术境界上都形成了独特的艺术风格。例如,李白和杜甫是两位着名的诗人。李白比杜甫大十多岁,但他们基本上是同时代人。

    让我们想象一下,因为李白的诗是第一位的,如果杜甫完全学习了李白的风格,杜甫绝对不会在诗歌史上占有一席之地。李白和杜甫都被称为伟大的诗人,因为他们有自己的风格。李白的诗“奔放、优雅、不朽”是一种浪漫的风格。杜甫的诗“深沉含蓄,曲折多变”,是一种现实主义风格。另一个例子是肖邦的钢琴音乐和李斯特的钢琴音乐风格完全不同。肖邦的钢琴音乐,被称为“钢琴诗人”,是“质朴美丽,充满诗意的”;李斯特的钢琴音乐被誉为“钢琴之王”,是“宏伟、直截了当、直截了当的”。判断一件艺术作品的成就主要取决于它是否具有独特的艺术风格。判断一项科学成就的价值主要取决于它是否具有创新性。如果没有创新,它肯定没有多大价值。

    就科学研究而言,并不是说任何新的东西都叫做创新。创新必须在一定的科学范围内具有重要意义。如何创新?首先,必须有长期的知识积累,这是基础。第二,我们应该有丰富的想象力。爱因斯坦认为“想象力比知识更重要”他还说:“问问题往往比解决问题更重要,因为解决问题可能只是一种数学或实验技能。要问新的问题、新的可能性,并从新的角度看待旧问题,需要创造性的想象力。”第三,一个人必须有敏锐的直觉。什么是直觉?它意味着在没有意识推理的情况下理解和判断某事。法国着名数学家庞加莱说:“我们依靠逻辑来证明它,但我们需要直觉来发明它。”在数学史上,有许多通过想象和直觉创造新理论的生动例子。例如,欧拉受到柯尼斯堡七桥问题解决方案的启发,开创了现代数学中拓扑学的研究。

    科学和艺术的另一个共同的美学原则是“境界第一,技术第二”。无论是科学研究还是艺术创作,境界都是第一位的。对于艺术品,我不在乎你有多熟练。关键是看看你作品的领域。王国维在《人间词话》中说:“语言的最高层次是境界。有一个国家有它自己的特点和一个着名的句子。”一首诗的水平一点也不高。它主要取决于领域,而不是它包含多少华丽的词语。科学领域是学者的学术品味和问题的深度,而不是论文中使用的技巧,后者总是第二位的。

    最后,“和谐与简单”是科学与艺术的另一个共同美学原则。在这一点上,我们将在后面讨论数学与诗歌之间的共性。

    下一个问题是:数学和诗歌有什么共同之处?

    在前一节中,总结了科学和艺术之间的相似之处。现在,特别关注的是一类科学“数学”和一类艺术“诗歌”,看看它们有什么更详细的共同特征。英国伟大的数学家哈代说数学家和艺术家的活动非常相似。他说:“画家结合颜色和形式,音乐家结合音阶,诗人结合词汇,数学家结合某些类型的概念。”因此,无论是艺术家还是数学家,他们的作品都是组合的,但组合的对象是不同的。因此,数学家维纳简单地认为“数学是一门精致的艺术”。更具体地说,我认为“数学是创造和结合数学概念的艺术。”当然,许多数学概念非常抽象,是数学家们自由创造的产物,而不是在自然界中直接感受到的。

    数学和诗歌有什么相似之处?首先,数学研究的理念与诗歌创作非常相似。宋代诗人陆游警告他的儿子:“如果你想学诗,功夫就超越了诗歌。”这首诗之外是诗人对日常生活和自然的仔细观察、体验和感知,这是诗歌创作的源泉。学习数学类似于写诗。数学史学家克莱恩认为,“对自然的深入研究是数学发现最丰富的源泉。”数学家庞加莱(Poincare)指出:“一个抛开外部世界的纯粹数学家就像一个知道如何和谐地组合色彩和形式的画家,但是没有模型,他的创造力很快就会耗尽。”丘成桐在公开演讲中说,他的研究工作深受物理和工程的影响,物理和工程为数学提供了重要材料。他说:“没有物理视角,很难想象仅仅依靠几何结构就能获得深入的结果。”当然,学习数学的人不必去自然和社会亲身体验。数学中提出的问题也可以指导数学的一些发明和创造。然而,如果一个人对所研究的学科领域没有宏观和全面的理解,对该学科的研究背景没有深刻的理解,那么仅仅通过在数学中推广局部问题是不可能取得真正的创造性成果的。

    其次,数学和诗歌都追求和谐和简洁。诗歌是所有文学艺术作品中最追求和谐与简洁的部分,尤其是古诗词和古歌都是关于水平和韵律的,所以容易背诵,这就是诗歌的和谐。此外,古诗非常简洁,有明确的字数限制。诗歌试图通过简洁的语言和节奏来表达诗人的情感和深刻的哲理。例如,苏轼的诗《我不知道庐山的真面目,只因为我在这座山里》和刘禹锡的诗《渡千帆在船边,万木春在病树前》言简意赅,却表达了深刻的哲理。数学的和谐是不言而喻的,例如,数学各个分支中的公理系统必须是和谐的。至于数学的简洁性,主要表现在数学家们追求在更少的条件下得出尽可能广泛而深刻的结论,或者试图简化现有结果的证明。

    第三,数学中的“对仗”和诗歌中的“对仗”是一样的。诗歌中的“对仗”可以使意境更加优美,抒情更加感人,哲理更加深刻。数学中的“二元性”使数学理论更加深刻和美丽。对偶理论存在于数学的每个分支。数学中的“二元性”不仅是数学的结构和框架,也是一种思维方式和重要的证明工具和技巧。如果数学家对诗歌中的“对偶”有深刻的理解,将会影响他更自觉地挖掘数学理论中的对偶关系,更好地理解和应用对偶理论。

    最后,数学和诗歌的创作需要直觉和想象力。当然,任何科学和艺术的创造都需要直觉和想象力,但数学和诗歌在这方面更为突出。例如,李贺的诗《梦天》,“向前看周琦的九个打火机和一杯海水倾泻而下”,李白的诗《望庐山瀑布》,“直线下降三千英尺,怀疑银河系已经下降了九天”是非常直观和富有想象力的。这种直觉和想象源于诗人的形象思维。数学史学家克莱因说:“数学也是一门需要创造力的学科。在预测可以证明的东西时,数学家使用高度的直觉和想象力,就像构思证明方法一样。”也就是说,数学家在创造数学时不可能离开直觉和想象力。数学家维尔说:“数学家必须有诗人的气质。”数学家不必写诗,但他的气质应该像诗人一样,也就是说,他应该有丰富的直觉和想象力,以便做好数学研究。

    所谓想象力就是在头脑中创造一个想法或画面的能力,也就是用图像思考的能力。创新理念不是来自逻辑思维,而是来自形象思维。形象思维能力取决于一个人的文化素质。一个文化素质高的人思想相对开放,能够有长远的眼光,充满联想,能够绕过班级,因而具有很强的形象思维能力。爱因斯坦喜欢拉小提琴,是一名大师。根据他的回忆录或其他人关于他的传记,爱因斯坦的许多物理发现都与他拉小提琴有关,也就是说,他在拉小提琴的过程中突然想出了一个灵感,然后记录下了对进一步研究的灵感。因此,他曾坦率地说:“物理给了我知识,艺术给了我想象力,知识是有限的,艺术发展的想象力是无限的。”他认为“想象力比知识更重要”是根据他的个人经验总结出来的。

    既然想象力如此重要,我们必须找到利用它的方法。如何发展想象力?英国思想家培根说:“读历史使人明智,读诗使人明智”。智慧是智慧和敏感,在很大程度上是富有想象力的。德国诗人歌德说过:“想象力只能通过艺术,尤其是诗歌来激发。”如前所述,想象力与文化素质有关。从培根和歌德上面所说的来看,想象力似乎与一个人的艺术修养更密切相关。

    数学史学家克莱恩(Klein)认为,“数学创造最重要的驱动力是对美的追求”。庞加莱还说:“美学是一种美感和优雅感,这是数学成功的重要因素。”在他的文章《数学创造》中,他更生动地描述了数学美感在数学创造过程中的作用。他说:“在潜意识里,各种数学概念相互冲突。数学直觉从它们中筛选出有意义的组合,然后创造它们.当潜意识做出选择时,使用的标准是数学美感、数字和形状的和谐以及几何的优雅。”

    数学最基本的美是和谐、对称和简洁。如何培养数学美感?我认为这是阅读数学大师经典作品的有效方法。如果你理解数学大师的作品和文章,你就能欣赏到数学的美。正如我们经常去博物馆和美术馆欣赏书法和绘画大师的作品一样,提高我们对书法和绘画作品的欣赏是事实。

    第三个问题:科学和艺术应该相互融合。

    如前所述,随着社会的发展和进步,科学和艺术逐渐分开。当今,科学与艺术的融合越来越受到人们的关注,成为世界科学文化发展的特征之一。法国着名作家福楼拜早在19世纪中期就预言,“你走得越向前,艺术就越科学,艺术科学就越多。”两人在山脚下分开,在山顶再次相遇。“可以说,是时候到山顶会合了,而且正朝着会议方向前进。事实上,古代就有科学和艺术融合的例子。例如,爱国诗人屈原的《天问》是科学与艺术的融合,在这首长诗中,他先后提出了170多个问题,涉及宇宙、自然、社会和生活等未知领域。另一个例子是唐朝的《步天歌》(作者有疑问),它也是一个混合体。这是一本以诗歌形式介绍中国古代天星官员的书。然而,科学与艺术的融合已成为当今的发展趋势,“融合”一词的含义更广。众所周知,李政道先生一直倡导科学与艺术的融合,他邀请了许多艺术家和画家用画笔来展示物理学的一些基本理论,甚至微观粒子的运动规律。后来,他编辑出版了一本大画册《科学与艺术》,其中包括中国当代着名画家吴作人、李可染、黄州、吴冠中的作品。

    科学与艺术的相互融合首先是指艺术的科学化和科学的艺术性。艺术的科学本质现在已经开始被认识到。在当今高度发达的计算机技术中,许多科学艺术品显示出巨大的魅力。电影《阿凡达》和《盗梦空间》的巨大商业成功是利用计算机技术进行艺术创作的典型例子。另一个例子是,计算机音乐制作软件培训现在几乎已经成为一种职业。另一个例子是去年上海世博会匈牙利馆展出的“钢靴”(即“球体”)。它高1.5米,最大3米宽,重约2吨。它可以被称为匈牙利馆的瑰宝。它是一个齐次凸体,只有一个稳定平衡点和一个不稳定平衡点,由两位匈牙利数学家设计。两位数学家在2006年首次从数学上证明了阿诺德1995年关于这个凸体存在的猜想。

    此外,“分形艺术”是运用数学理论进行艺术创作的另一个典型例子。数学中有分形几何的一个分支。在分形中,除了大小和位置之外,每个成分在特征上都是相似的。现在你可以用计算机软件从分形几何中的数学公式生成图像,然后用计算机技术给图像着色,从而把它们变成美丽的艺术图案,这就是所谓的“分形艺术”。普通艺术家很难自己构思出这种艺术品。许多精美的“分形艺术”图案可以在网上找到,它们都是由数学公式产生的。因此,艺术的科学性相对容易被每个人接受。

    科学也应该是艺术的。所谓的科学应该以艺术的方式书写。我的理解是,首先,科普作品应该是艺术作品,一些科技知识应该通过艺术方法向大众普及。如果一部通俗作品只是干巴巴地介绍科学思想和技术知识,普通人是无法接受的,也很难引起人们的兴趣。科学的艺术性是用通俗幽默的方式写一些科普作品。最好是幽默,以便吸引更多的人去看和学。《昆虫记》是19世纪法国着名科学家法布尔的作品。它真实地记录和描绘了昆虫的生活。这项工作可以被视为科普工作的典范。它的写作流畅,情节生动。它就像一首优美的散文诗。

    20世纪50年代,雷切尔卡森写了一本名为《寂静的春天》的书。这本书首先描述了杀虫剂是如何对人类环境造成危害的。虽然当时还没有成为现实,但作者通过科学分析预测了农药对人类环境的危害,并写了一些令人震惊的例子。这本书后来成为促进全球环境保护事业的重要着作。另一个例子是科学和教育电影,霍金的《宇宙大探索》,不久前在北京电视台播出。霍金是我们时代最伟大的理论物理学家之一,他研究宇宙的起源和天体的演化。霍金写了许多科普作品,如《时间简史》。这部电影花了三年时间才完成。"科学如何才能更受公众欢迎?"记者在拍摄后采访霍金时问道。霍金回答说:“人们必须被激起好奇心和好奇心,就像我们小时候一样。”也就是说,一部作品必须引起公众的兴趣,好的巫师可以受到公众的欢迎。科普作品要想影响公众、兴趣和好奇心,就必须有艺术加工。没有科普作品的艺术普及,就不可能真正向公众普及科学。

    此外,科幻和科幻电影和电视作品在某种意义上也是艺术科学。众所周知,在19世纪中叶,法国小说家儒勒凡尔纳写了几部着名的科幻小说,如《海底两万里》和《八十天环游地球》。在这些小说中,他做出了许多大胆的假设和预测,其中一些后来成为现实。例如,潜艇发明家莱克承认他的发明是受小说《海底两万里》中对“潜艇”的描述启发的。凡尔纳有句名言:只要有人想出它,别人就能做到。因此,一部好的科幻作品不仅要想象现有科学技术的魔力,还要大胆地想象和预测科学技术未来可能的趋势。这样的科幻作品对激发青少年的想象力很有价值。

    科学要成为艺术还有很长的路要走,需要广大科技工作者和艺术家的合作来探索。我希望我的这篇文章能作为有价值的参考。

    (严家安是中国科学院院士,在中国科学院数学与系统科学研究所工作)

    《科学时报》 (2011-04-01 B1科学与文化周刊)

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