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支持分享活動之：物理與藝術(shù) —————————————————— 分割線 ——————————————————
一般而言，科學，或者準確的說是自然科學，特別是自然科學之基物理學，與屬于人文科學的藝術(shù)有著巨大的區(qū)別。 因筆者為理論物理專業(yè)學生，對東西方美術(shù)有一定的了解，所以本文將主要探討物理學與藝術(shù)的相互交融，本文所指的藝術(shù)以美術(shù)作品，特別是以西方美術(shù)為主。 具體來說，科學的本質(zhì)就是觀察和探究我們周圍的世界，試圖從已知事物中確定某些潛在的秩序和模式，以客觀的語言描述世界，不帶任何主觀的臆測。特別是物理學，作為科學的一部分，主要研究無生命的世界，而且力圖確認最基本的原理和統(tǒng)一的規(guī)律，對人生，對喜怒哀樂毫不涉及。 而藝術(shù)，作為人文科學的一部分，藝術(shù)是人的藝術(shù)，必然與人性有著千絲萬縷的聯(lián)系，或者說，藝術(shù)來源于人的思想，來源于人類主觀的一面，藝術(shù)的源泉是人類豐富的想象力，以藝術(shù)的獨特手法表現(xiàn)精神世界。 一般而言，藝術(shù)創(chuàng)作幻象以表達情感，其語言是圖形和比喻；物理學是一門嚴格意義上的實證科學，根植于可觀測世界的清晰的數(shù)學關(guān)系，數(shù)字和方程是它通用的表達手段。 從這一層次，科學與藝術(shù)之間存在著巨大的鴻溝，兩者之間似乎毫不相干，科學家不需要去關(guān)注藝術(shù)，而藝術(shù)家也不需要去學習科學定律。 但是，另一方面，科學和藝術(shù)又同屬于人類文明，屬于人類偉大創(chuàng)造力的偉大成果。下面我們來分析兩個時代的藝術(shù)與物理學，我們將看到，藝術(shù)和科學有著密切的聯(lián)系。 首先是文藝復興時的科學與藝術(shù)。 真正的科學和藝術(shù)，或者說現(xiàn)代意義上的科學和藝術(shù)是從文藝復興開始的。 物理學方面。真正的物理學是從伽利略開始的，伽利略被譽為自然科學之父，或者物理學之父。伽利略的偉大貢獻之一是他確立了嚴格的、科學的物理學研究問題的方法，使物理學成為一個獨立的學科。這里，特別要提到他的兩個貢獻，其一是在物理學中引入?yún)⒖枷档母拍睿涠侵馁だ韵鄬π栽?，這兩個概念的重要性對任何一個熟悉經(jīng)典力學的人都不會陌生，這里，我們會看到它們在藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。 要精確描述一個物體的運動，我們必須尋找另一個物體作為參考，就像在空中高速飛行的飛機，對坐在飛機上的人來說，飛機是靜止的，但對地面上的人來說，飛機在高速飛行。這種作為參考的物體，在物理學中，被成為參考系或者參考物。同一物體的運動，選取不同的參考系，這一運動就會有不同的方程式來描述，通俗的講，就是在不同的參考系下，同一物體的運動情況是不同的，這叫做運動的相對性。 進一步的分析，我們還能得到另外一個事實，如果我們確定一個絕對靜止的參考系，不妨稱其為絕對系，那么，對于對絕對系做勻速直線運動的參考系，這種參考系被稱為慣性系，在描述力學過程時完全等效，就像我們坐在勻速行駛的火車中，如果我們不看火車外面且假設(shè)火車沒有顛簸，那我們是無法確定火車是運動還是靜止。用物理學的語言說，我們無法通過力學實驗區(qū)分慣性系。 伽利略逝世那年的圣誕節(jié)，經(jīng)典力學的集大成者牛頓出生，牛頓這一有史以來最偉大的科學家之一，建立起完整的經(jīng)典力學體系。牛頓繼承了伽利略的思想，并斷言：空間和時間是絕對的，獨立于一切物體之外?？臻g和時間是一個不變的舞臺，而所有的物體都是這個不變舞臺中的演員。參考系的選取是任意的，但是在所有的慣性系中，必然存在一個慣性系和絕對空間保持靜止，這個慣性系便是前面提到的絕對參考系或叫絕對系，絕對系具有絕對優(yōu)先的地位。 藝術(shù)方面，文藝復興的藝術(shù)是從喬托開始的，喬托被稱為西方繪畫之父，他奠定了文藝復興現(xiàn)實主義藝術(shù)的基礎(chǔ)。喬托的最大貢獻在于透視畫法的發(fā)明。繪畫是一個二維的平面藝術(shù)，但我們所生活的空間是一個三維空間，如何在二維的畫布上準確的表達我們所生活的三維空間是個重要的繪畫技法。喬托以前，藝術(shù)家不懂透視法，所畫作品缺乏立體感及真實感，但喬托改變了這一現(xiàn)象。 透視法利用在畫布上使用不同的比例，包括不同物體之間的不同比例與同一物體不同部分之間的不同比例，從而用自然的法則拉開了人物之間和人物與背景之間的距離，用線條的透視原則在平面畫布上構(gòu)起一個真實的三維空間，使我們能夠在二維的畫布上感受出深度這第三個維度，使繪畫充滿立體感與真實感。 透視法產(chǎn)生了景物由近至遠，按比例縮小并在“沒影點”消失的視覺效果。就像日常生活中，站在一個很長的馬路中時，我們會看到兩旁的樹在遠處交于一點。為達到這一效果，作畫者必須找到一個基準點，一個優(yōu)先的、最佳的觀賞點，稱之為優(yōu)先點。原因很簡單，仍以馬路為例，如果我們不是站在馬路中間，便不會看到馬路兩旁的樹交于遠方一點的景象。 從上面對物理學和藝術(shù)的敘述中，已經(jīng)很容易看出物理學和藝術(shù)在思想上的相互交融。如在透視法中，優(yōu)先點的選擇和經(jīng)典力學中絕對系在思想上可謂是如出一轍。 另外，藝術(shù)方面，喬托生于1267年，而文藝復興藝術(shù)的集大成者、被譽為文藝復興藝術(shù)三杰的達·芬奇、米開朗琪羅和拉斐爾生活在15至16世紀。而物理學方面，伽利略生于1564年，牛頓生于伽利略逝世那年，即1642年的圣誕節(jié)。均以兩方面的集大成者比較，二者相差了兩個世紀，也就是說，藝術(shù)家早于物理學家兩個世紀在他們的畫布上表達了對空間的理解。和現(xiàn)在的科學相比，牛頓的經(jīng)典力學和日常生活的聯(lián)系的比較密切的，而文藝復興發(fā)展起來的寫實主義藝術(shù)又正是對真實生活的準確表達，兩者在思想上的共通是必然的。特別的，藝術(shù)家早于科學家找到了我們這個世界的運行方式，并在畫布上表現(xiàn)出來讓大眾去理解、去品味，使我們從視覺角度、從感覺得到享受；而物理學家，用方程式精確的描述我們這個世界，這些方程式雖然不能為大眾所普遍理解，但是方程式所帶來的效應(yīng)使全人類收益無窮，幾次科技革命便是最好的證明。在這一點上，藝術(shù)和科學追求著同樣的目標。 其次是19世紀以來的近代物理學與近代藝術(shù)。 如前所述，藝術(shù)家早于物理學家找到了絕對空間的概念，在思想上，藝術(shù)領(lǐng)先于物理學。但物理學的發(fā)展同樣會對藝術(shù)的發(fā)展起到支配作用，這集中體現(xiàn)在近代藝術(shù)的誕生。 文藝復興后的西方藝術(shù)走的是寫實主義的路線，或者說，越能在畫布上準確地表現(xiàn)真實存在的，就越是一流的畫家，但19世紀早期，攝像術(shù)的發(fā)明敲響了寫實主義藝術(shù)的喪鐘。攝像術(shù)能在瞬間以無比精確的方式定格、記錄現(xiàn)實畫面，這一點是任何寫實主義畫家所無法達到的，并且可以說是永遠無法達到的。所以，攝像術(shù)的發(fā)明，必然迫使藝術(shù)家創(chuàng)造新的藝術(shù)形式，迫使藝術(shù)家從寫實向?qū)懸廪D(zhuǎn)變，或者說，迫使藝術(shù)家從畫眼睛看到的世界轉(zhuǎn)變?yōu)楫嬆X中思考的世界。這一轉(zhuǎn)變的實現(xiàn)，隨即宣告近代藝術(shù)的誕生。 19世紀中期，被譽為“近代美術(shù)之父”的馬奈首開先河，引發(fā)起一場場近代藝術(shù)的革命。1900年，普朗克提出量子化思想；1905年，愛因斯坦發(fā)表狹義相對論，引發(fā)20世紀物理學的兩大革命。兩大領(lǐng)域中的眾多天才們，讓我們再次感受到兩大領(lǐng)域在思想上的密切聯(lián)系。 物理學方面，普朗克首先在1900年提出量子化假設(shè)，使他成為量子論之父，此后，經(jīng)過大量科學家的天才工作，最終20世界20年代初步建立起系統(tǒng)的量子力學體系。量子力學告訴我們，我們的世界不是無限可分的，世界存在著最小的微觀單元，宏觀世界由最小單元組成，在微觀世界，連續(xù)性不再存在，取而代之的是量子。通俗的講，最小的微觀單元，是組成我們這個宏觀世界的磚塊，它們是不可分的，是基本的。早期量子力學對我們熟知的光及一般的可觸摸物質(zhì)進行了量子化，或者說，對他們進行了分解，它們不再有連續(xù)的性質(zhì)，而是由一個個基本單元組成。量子力學的進一步發(fā)展，進一步對所認為的物質(zhì)運動的舞臺，空間和時間進行了量子化，這時，空間和時間也不再連續(xù)，而是空間具有組成它的最小磚瓦，時間也成了一段段時間段的組合。 相對論從另一個角度重塑了我們對時空的理解。他告訴我們，時間和空間不是獨立的，而是相互關(guān)聯(lián)，形成所謂的時空統(tǒng)一體。光速不變原理告訴我們，時空不是根本的、基本的舞臺，而基本的是光，光速是永恒不變的，而時空會因運動而改變。狹義相對性原理再到后來的廣義相對性原理告訴我們，所有的參考系是平權(quán)的，不存在優(yōu)越的絕對參考系，我們必須用同等的方式對待所有的參考系，在任一參考系中得到的結(jié)果都是正確的、真實的。 作為20世紀兩大物理學基本理論的量子力學和相對論，它們的內(nèi)涵是及其豐富的，帶給人們的思想沖擊也是空前的，但限于篇幅，本文不打算對其進行進一步的評析，但從上述簡單內(nèi)容，我們已經(jīng)能清楚地看到它們在思想角度和近代藝術(shù)的共通之處。 藝術(shù)方面，從馬奈開始，我們走過以莫奈為代表的印象派，以喬治·修拉為創(chuàng)始人的新印象主義，以高更、塞尚為代表的后印象派，以畢加索為代表的立體主義……。隨著前衛(wèi)藝術(shù)家們的腳步，我們品嘗到一個個藝術(shù)盛宴，從這些藝術(shù)盛宴中，我們進一步思考和理解空間與時間的本質(zhì)。 印象派是對色彩的第一次解放，印象派之前的畫家，從不會在畫布上過多的表現(xiàn)色彩，但印象派畫家把色彩在繪畫中作為一個重要點來表達。他們以色彩為基礎(chǔ)，用色彩直接表達畫家對世界的認識。這樣，藝術(shù)中第一次將物體的色彩看的比物體本身重要。 印象派用光譜色作畫，將色彩的重要性突出，而新印象派更進一步，他們進一步重視構(gòu)圖，按照可觀而科學的原理，從每一個細節(jié)出發(fā)來組織作品。修拉以及其他新印象派的代表人物，創(chuàng)造了點彩畫法，即用未經(jīng)調(diào)和的原色繪畫，避免在調(diào)色板上混合顏色。他們用細小的各原色的色點來塑造形象，用畫筆的筆尖直接繪畫，或者叫點畫，造成一種異樣的效果，如修拉的杰作《大碗島星期日的下午》。 再之后的后印象派、野獸派、立體主義等都從不同角度對色彩在畫布上的表現(xiàn)形式進行了探索，或者我們可以說他們是在進行藝術(shù)實驗，甚至可以叫做科學實驗，他們開始和物理學家一樣，也用實驗來證明他們思想的對錯。 除了對色彩的探索，近代藝術(shù)家也在思考著空間，這突出表現(xiàn)在后印象派的大師塞尚和立體主義的代表人物畢加索的作品中。 我們說過，透視法是藝術(shù)史上最偉大的發(fā)明之一，在塞尚之前，藝術(shù)家們遵從著一直以來單點透視的準則，但塞尚向這一準則提出了挑戰(zhàn)。塞尚創(chuàng)造了藝術(shù)中對空間的新的表現(xiàn)形式，即多點透視。在塞尚的畫布上，我們找不到單一的透視點，而是多重視點，塞尚的畫中，他將從多個視點觀察到的景象表現(xiàn)在同一張畫布上，或者說，塞尚的畫，不是我們一次看到的圖景，而是我們多次、從多個角度看到的景象的組合，這中畫法在以畢加索的立體主義畫派中得到了進一步的體現(xiàn)。 總體而言，從馬奈開始的色彩革命，對色彩的突出重視體現(xiàn)著狹義相對論的光速不變原理。在藝術(shù)技法中，空間或者物體的分界可以用線條來凸顯，同樣可以用色彩來表達，而藝術(shù)中，對色彩和線條的不同對待方式正體現(xiàn)著藝術(shù)家對光和空間的理解，因為色彩直接用來表達光，而線條直接用來表達空間。將色彩放在突出地位，弱化線條的作用，自然體現(xiàn)著藝術(shù)家將光放在了比空間更為優(yōu)越的地位，體現(xiàn)著光速不變原理的思想。 另一方面，新印象主義的點彩技法，以及立體主義對空間的重構(gòu)，表現(xiàn)了藝術(shù)家不再認為我們的周圍的世界，乃至空間是連續(xù)變化的，表達了他們認為空間以及物質(zhì)的組成方式有點類似于搭積木，這體現(xiàn)著量子化思想，并且，他們早早地在畫布上直觀表達了迄今仍在量子力學中應(yīng)用不多的空間量子化思想。 塞尚的后印象派、畢加索的立體主義，對單點透視法的拋棄，多點透視的發(fā)明，表達了我們應(yīng)該從各個角度觀察我們周圍的世界，并且每個角度的觀察都是平等的。這種思想，正是對相對論中相對性原理的形象表述，表明藝術(shù)家同樣認識到，宇宙中不存在絕對優(yōu)越的參考系，我們對所有事物都應(yīng)平等的處理。 這一時期，在表達對世界的進一步理解方面，前衛(wèi)性藝術(shù)略早于革命性的物理理論，或者與革命性的物理理論幾乎同時出現(xiàn)，再次表明藝術(shù)家和科學家在思想上的共通。而且，這一時期的藝術(shù)創(chuàng)作，他們常常稱之為藝術(shù)實驗，藝術(shù)家和科學家一樣，開始用實驗來證明他們思想的正確性，但是，這個實驗又與科學家的實驗不同，他們是在畫布上實驗，用圖像表達他們對世界的理解，用藝術(shù)品的效果來證明他們理解的正確與否。無論如何，這時候，藝術(shù)家開始學習科學家，用實驗來正面他們的思想，兩個領(lǐng)域在方法上開始統(tǒng)一。 上面我們分析了文藝復興藝術(shù)和近代藝術(shù)，我們已經(jīng)看到藝術(shù)和科學在思想上的交融，看到他們在追求著同樣的目標。20世紀以來的近代藝術(shù)，再次從新的角度，追求著世界的存在形式，如未來主義追求著時間的意義，分形藝術(shù)從更深的層次探索著空間的存在形式。但限于篇幅，本文不再詳細分析。總而言之，從藝術(shù)史和科學史的發(fā)展，我們可以得到一個確定的概念，藝術(shù)家和科學家在追求著同樣的目標，他們在用不同的方式探索世界的根本存在形式，并用不同的方式將他們的理解表達出來。在人類文明的發(fā)展史中，他們是兩條平行的軸線，一同為人類文明增添色彩。 而用1981年諾貝爾化學獎得主，日本科學家福井謙一的話，人類對未知世界固有的、淳樸的好奇心，以及真誠的探索之心，是人類偉大創(chuàng)造力的源泉。從這一角度，科學和藝術(shù)以一個共同的基本點緊密地關(guān)聯(lián)在一起，就是真理的普遍性和人類揭示真理的創(chuàng)造力。從上述科學史和藝術(shù)史中，我們已經(jīng)看到，凡是前衛(wèi)性的藝術(shù)創(chuàng)作，凡是革命性的科學研究，都會探究到宇宙間萬事萬物的本性，都追求對世界進行精確而細致地觀察和創(chuàng)新性地描述。 所以，從某種意義上說，科學家是表現(xiàn)宇宙真實存在的藝術(shù)家，而藝術(shù)家則是表現(xiàn)情感世界真實存在的科學家。正如著名物理學家玻姆所說：“就物理學充滿真知灼見而言，它實在是藝術(shù)?！睂W習玻姆，這里我也杜撰一句：就藝術(shù)對客觀世界的準確表達而言，它實在是科學！ 最后，以自己杜撰的三句話作為本文的結(jié)束語： 科學使我們更有知識，讓我們從方程式的角度、以精確的方式理解這個世界；藝術(shù)讓我們更有修養(yǎng)，讓我們從圖像的角度，從內(nèi)心敬畏這個世界。 科學使我們富于理性，讓我們以理性的方式去思考我們這個世界的本質(zhì)；藝術(shù)讓我們富于感性，讓我們用感覺去感受這個世界的多姿多彩。 我們需要科學，以便準確地理解我們周圍的一切；我們需要藝術(shù)，以便豐富我們的生活。 南京航空航天大學：物理與藝術(shù) 第15講 量子風云錄——走向... |
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