馬 璐 洪正平

(山東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250014)

物含臻美總堪尋
——物理與藝術(shù)的交融

馬 璐 洪正平

(山東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250014)

物理與藝術(shù)是人類擁有的文化現(xiàn)象，是人類認(rèn)知自然的兩種不同手段或語(yǔ)言．藝術(shù)是對(duì)具有美感的事物進(jìn)行直觀想象，物理則是從各種紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象中，總結(jié)出簡(jiǎn)潔而又能揭示事物本質(zhì)的物理規(guī)律，它們?cè)趯?duì)自然本質(zhì)的揭示以及美的表達(dá)上具有相似性．從物理與藝術(shù)發(fā)展進(jìn)程的相似性以及物理中滲透的藝術(shù)美感兩個(gè)角度來(lái)說(shuō)明物理與藝術(shù)間的交融．

物理與藝術(shù) 科學(xué)與人文 人文滲透

物理與藝術(shù)的共同目的都是去構(gòu)建一幅自然圖景，在描述自然時(shí)就猶如“波”與“粒子”，它們是聯(lián)系密切的二元體系，是對(duì)自然進(jìn)行單一化描述的兩個(gè)不同但又平行互補(bǔ)的方面，都經(jīng)歷了從觀察自然，到描繪自然，進(jìn)而思考自然的平行發(fā)展史．雖然在發(fā)展過(guò)程中，物理學(xué)家很少關(guān)注藝術(shù)的發(fā)展，但是不得不承認(rèn)，縱觀整個(gè)物理學(xué)發(fā)展史，凡是前衛(wèi)型的藝術(shù)作品，它所印記出的對(duì)于真理的抽象表達(dá)，與前沿性物理學(xué)對(duì)于真理的認(rèn)知總有著驚人的相似．

1 學(xué)會(huì)看風(fēng)景——物理與藝術(shù)的獨(dú)特視角

畫(huà)家對(duì)于自然的描繪是一個(gè)“透視”問(wèn)題，物理學(xué)家對(duì)于運(yùn)動(dòng)的描述則是一個(gè)“參考系”問(wèn)題．透視法則為西方美術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，參考系則是物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中的里程碑．美術(shù)之父喬托借由感悟空間感悟出透視原理，物理學(xué)之父伽利略為準(zhǔn)確描述物體運(yùn)動(dòng)引入了參考系，從此人類才學(xué)會(huì)了“看風(fēng)景”．

1.1 伽利略的“參考系”與喬托的“透視原理”

要描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，首先要選擇一個(gè)參照物或者是建立一個(gè)坐標(biāo)系，這種被選作參照的標(biāo)準(zhǔn)就是參考系．對(duì)于同一個(gè)物體，所選擇的參考系不同，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的描述也就很可能不同．正是因?yàn)橛辛藚⒖枷担覀儾拍軐?duì)平拋、圓周運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，而這些對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確描述，在伽利略引進(jìn)參考系之前是無(wú)法做到的．可以說(shuō)，正是伽利略參考系的引進(jìn)，才為人們打開(kāi)了描述物體運(yùn)動(dòng)的大門(mén)，也正由此，人們才開(kāi)始學(xué)會(huì)領(lǐng)略物理學(xué)大廈的“科學(xué)風(fēng)景”．

“透視”即“清楚的觀察”，喬托對(duì)“透視原理”的感悟是西方藝術(shù)史上的一個(gè)革命性的里程碑．在他的畫(huà)法中，按照自然法則的規(guī)律，拉開(kāi)了人物之間以及人物與背景之間的距離，用線條透射的原理建構(gòu)起一個(gè)三維的空間，在扁平的畫(huà)面中開(kāi)拓出了第三個(gè)維度——深度，這也就是人們所熟知的“透視畫(huà)法”．于藝術(shù)而言，正是由于透視原理的引入，才使得畫(huà)家扁平的畫(huà)布變成了一扇通往立體視界的視窗，人們由此才有了領(lǐng)略“藝術(shù)風(fēng)景”的基準(zhǔn)．也正是因?yàn)橛邢駟掏?、伽利略這樣的先驅(qū)們不斷涌現(xiàn)，去引領(lǐng)各自領(lǐng)域的發(fā)展，人們才學(xué)會(huì)了“看風(fēng)景”，嘗試去“描繪風(fēng)景”，進(jìn)而“思考風(fēng)景”．

1.2 牛頓力學(xué)中的“絕對(duì)參考系”與透視畫(huà)法中的“優(yōu)先點(diǎn)”

任何一個(gè)相對(duì)伽利略系處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系，在描述力學(xué)過(guò)程方面是完全等效的，即伽利略的相對(duì)性原理．以這一原理為基礎(chǔ)，牛頓建立起他的“絕對(duì)空間”的概念．我們可以想象，如果存在一個(gè)能夠容納萬(wàn)物的“絕對(duì)空間”，它獨(dú)立于外界事物而永恒存在，在眾多可供選擇的空間中，它具有最優(yōu)的地位．那么當(dāng)我們?cè)谟^察宇宙運(yùn)動(dòng)的圖景時(shí)，在可供選擇的許多個(gè)慣性參考系中，與“絕對(duì)空間”相對(duì)應(yīng)的“絕對(duì)參考系”也同樣處于一種觀察的“最優(yōu)地位”．

與此類比，喬托的透視原理認(rèn)為，在構(gòu)圖上，應(yīng)該把視點(diǎn)首先放在一個(gè)靜止不動(dòng)的點(diǎn)——作畫(huà)的“優(yōu)先點(diǎn)”上．然后本著這個(gè)優(yōu)先點(diǎn)引出一條水平軸線和一條豎直軸線，由此在扁平的畫(huà)面中開(kāi)辟出了第三個(gè)大而深的維度——深度，使得畫(huà)面具有了立體視感．而觀察這樣一幅根據(jù)透視原理所作的畫(huà)，觀察者的中心注意點(diǎn)位于畫(huà)布前方的畫(huà)外之處，為了獲得最佳的觀賞效果，同樣需要在眾多的參考位置中選擇一個(gè)觀賞的“優(yōu)先點(diǎn)”，此觀察點(diǎn)優(yōu)于其他所有參考點(diǎn)而存在，具有最佳的觀賞視角．可見(jiàn)，“優(yōu)先點(diǎn)”這一要素，無(wú)論是于畫(huà)家還是于觀察者，都具有重要的意義，在所有參考點(diǎn)中處于“超級(jí)地位”．

形象的說(shuō)，如果我們把自然比作一幅優(yōu)美的長(zhǎng)卷，如何來(lái)選擇一個(gè)有利于觀賞的基準(zhǔn)點(diǎn)——參考系是很重要的．其中“絕對(duì)參考系”則是我們觀測(cè)宇宙行為的一個(gè)最佳觀賞視點(diǎn)，處于觀賞的超級(jí)地位．其超級(jí)性與我們?cè)谛蕾p一幅根據(jù)透視原理所作的畫(huà)時(shí)，所選取的“優(yōu)先點(diǎn)”這一概念如出一轍．“絕對(duì)參考系”堪稱物理中的“優(yōu)先點(diǎn)”，只不過(guò)它的提出比藝術(shù)中晚了近300年．將我們的視角再遁著時(shí)間的巨輪回看，中世紀(jì)時(shí)哥白尼提出“日心說(shuō)”理論，他以一個(gè)全新的視角來(lái)重新審視太陽(yáng)和行星，將觀察行星的視角從地球轉(zhuǎn)為太陽(yáng)，這一閃念又與藝術(shù)中喬托感悟出透視原理，使得畫(huà)家視野增加的第三個(gè)維度——深度如出一轍．“日心說(shuō)”則是為科學(xué)界開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的觀察空間，使中世紀(jì)“低緯度”的世界觀獲得了一個(gè)全新的認(rèn)知，一個(gè)大而深的“第三維”誕生，實(shí)現(xiàn)了觀察視角的革新．

2 物含臻美總堪尋——物理模型的“速寫(xiě)”美感

在物理學(xué)中，許多物理問(wèn)題的形象化詮釋，本身就具有繪畫(huà)的意味．任何一個(gè)物理模型的建構(gòu)，最終要落實(shí)到一個(gè)具體的物理圖像中加以解釋，使得抽象的物理問(wèn)題變得可視化，它是物理簡(jiǎn)潔美的另一種展現(xiàn)．這些簡(jiǎn)潔明了的物理圖像，為我們提供了觀測(cè)復(fù)雜現(xiàn)象的可描繪的幕本，其對(duì)物理現(xiàn)象、概念和原理的形象化詮釋，具有一種可觀賞的藝術(shù)美感．如電場(chǎng)線、磁感線、光線、等勢(shì)線等物理線條，都是立足于事物本質(zhì)，為了描述問(wèn)題方便而抽象出的一些理想化的物理模型．在對(duì)物理現(xiàn)象的解釋上，這些直觀的物理圖像與文字解釋比起來(lái)，具有一種藝術(shù)上的傳神達(dá)意之效，猶如繪畫(huà)中的速寫(xiě)，畫(huà)家寥寥幾筆，一幅靜物的風(fēng)韻即躍然于紙上．藝術(shù)中這些簡(jiǎn)明突出的線條，雖出自于抽象且不具有色彩，但卻使得眼前景物的美感層次分明，而且這種美，是貫穿了事物本質(zhì)的深邃的美，其對(duì)于美的表達(dá)，與物理模型對(duì)于真理的揭示相得益彰．

于物理而言，電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光等都是不依賴于人們的感覺(jué)而客觀存在的物質(zhì)．而對(duì)它們的科學(xué)抽象——電場(chǎng)線、磁感線、光線、等勢(shì)線等卻屬于人類抽象思維的更高層次，是人們假想的結(jié)果，是為能更方便的描述和揭示物理本質(zhì)而引入的．于藝術(shù)而言，現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)景物是客觀存在的，它們不以人的意志為轉(zhuǎn)移，但對(duì)這些景物的描繪手段——繪畫(huà)，卻是對(duì)這份美的本質(zhì)的一種藝術(shù)抽象，只為能將這份美變得可描繪和進(jìn)行瞬間的定格．以“拋體運(yùn)動(dòng)”和“天體運(yùn)動(dòng)”的模型為基礎(chǔ)，通過(guò)物理學(xué)定律，人們可以計(jì)算出導(dǎo)彈的彈道和衛(wèi)星的繞行軌跡．這些模型雖存在于人們的認(rèn)識(shí)之中，但卻可以準(zhǔn)確地引導(dǎo)導(dǎo)彈和衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)．在藝術(shù)的領(lǐng)域，在畫(huà)家濃墨重彩的畫(huà)幅之下，同樣存在著畫(huà)家在構(gòu)圖時(shí)所創(chuàng)設(shè)出來(lái)的一些假想的線條，它們實(shí)際中雖看不見(jiàn)，但卻架構(gòu)起整個(gè)畫(huà)幅的走向．無(wú)論是物理中的線條還是藝術(shù)中的線條，都是對(duì)事物本質(zhì)的一種揭示，這份美，屬于大美，美得深邃．

無(wú)論是物理還是藝術(shù)，它們面對(duì)的是同一個(gè)客觀實(shí)在，同一個(gè)自然，同一個(gè)宇宙，真理存在的普遍性以及人們渴望揭示真理的挖掘創(chuàng)造力，使得人們對(duì)于自然現(xiàn)象本質(zhì)的把握總是幾近相似的．只不過(guò)，物理學(xué)家習(xí)慣于將這份“把握”根植于明晰的數(shù)學(xué)方程，藝術(shù)家則將其抽象在藝術(shù)作品之中．無(wú)論是數(shù)學(xué)方程還是藝術(shù)作品，它們都是人們渴望理解自然，渴望與自然對(duì)話的一種認(rèn)知方式．它們具有共同且唯一的探索目的——都企圖去發(fā)現(xiàn)尚未被人類語(yǔ)言定義的未知事物．所以在對(duì)自然本質(zhì)的表達(dá)上，藝術(shù)家更像是在按自然之道表達(dá)內(nèi)心的審美情懷，科學(xué)家則是以審美的情懷擁抱科學(xué)之道，他們最終都指向了——真、善、美的境域．

3 自然這幅長(zhǎng)卷——“科”“藝”兩交融

“為善不同，同歸于美”，自然科學(xué)與人文科學(xué)之間，就像是一座金字塔的兩個(gè)不同側(cè)面，在各領(lǐng)域的最基礎(chǔ)、最低端部分，由于各自業(yè)已形成的思維模式不同，因而在描繪自然時(shí)，存在各領(lǐng)域看似不可調(diào)和的思維差異．但是越沿著金字塔往上走，越接近各領(lǐng)域的最前沿，彼此間的聯(lián)系就變得越來(lái)越密切，對(duì)于自然本質(zhì)的感悟也就越接近，并且最終交于了一點(diǎn)——世界本源．人們面對(duì)的是同一個(gè)世界本體，科學(xué)與藝術(shù)只是人們?cè)诿枥L自然時(shí)的兩種不同手段或不同語(yǔ)言，雖然它們的表達(dá)方式不同，但最終對(duì)于自然本質(zhì)的揭示卻總是相似的．

對(duì)于整個(gè)自然知識(shí)體系來(lái)講，它是一個(gè)大的綜合系統(tǒng)，各領(lǐng)域之間相互交叉、相互滲透，共同造就了一張美麗的世界圖景．如果將這份融合的知識(shí)人為地進(jìn)行學(xué)科割裂，則不可避免地會(huì)造成知識(shí)完整性和統(tǒng)一性美感的缺失．因此，在物理學(xué)等自然學(xué)科的教學(xué)中重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行人文教育的滲透，是保持知識(shí)完整性的一種需要，更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與人文素養(yǎng)均衡健康發(fā)展的需要．

從社會(huì)發(fā)展層面講，科學(xué)與人文是人類思想發(fā)展的主流，社會(huì)的快速發(fā)展需要充滿人文精神的科學(xué)，也需要充滿科學(xué)力量的人文．社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)人才，人才的培養(yǎng)要依靠教育，因此在教育過(guò)程中重視將自然科學(xué)與人文科學(xué)相結(jié)合，是培養(yǎng)具有良好人文精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力人才的重要途徑，也是社會(huì)和諧健康發(fā)展的一種時(shí)代需要．

4 結(jié)束語(yǔ)

路漫漫其修遠(yuǎn)，吾將上下而求索．掀開(kāi)物理學(xué)300余年的歷史長(zhǎng)卷，感受到的是物理學(xué)大廈的典雅、壯美與浩瀚．物理學(xué)以其穿透事物本質(zhì)的深邃的美，書(shū)寫(xiě)了獨(dú)屬于物理學(xué)的浪漫．銜華而佩實(shí)，物理學(xué)長(zhǎng)卷斑斕而又凝重，其對(duì)事物本質(zhì)的揭示凝練而又澄澈．那一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)潔又凝練的物理方程，在貫穿事物本質(zhì)的同時(shí)也透射著物理學(xué)美的見(jiàn)證．

1 (美)倫納德·史萊茵.藝術(shù)與物理學(xué)——時(shí)空和光的藝術(shù)觀與物理觀.長(zhǎng)春：吉林人民出版社，2001

2 施大寧.物理與藝術(shù)(第二版).北京：科學(xué)出版社，2010

3 程民治，王向賢.物理科學(xué)與繪畫(huà)藝術(shù).南通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26(4)：99～104

4 王麗萍，馬賢榮.硬幣的兩面：物理與藝術(shù).物理教學(xué)，2015，39(9)：78～80

PerfectThingsCanAlwaysbeFound——TheMixturebetweenPhysicsandArt

MaLuHongZhengping

(SchoolofPhysicsandElectronicalScienceofShandongNormalUniversity,Jinan,Shandong250014)

Physics and art are the cultural phenomena only exclusive to people as two different means or languages for them to understand the nature. The two has similarity in revealing the essence of the nature and expressing the beauty that art is the intuitive imagination of the beautiful things while physics summarizes simple physical rule to reveal the essence of things from various complicated phenomena. The mixture between physics and art is explained from two perspectives of the similar development process of physics and art and the penetrative artistic beauty in physics.

physics and art;science and humanity;penetrative humanity

馬璐(1993- )，女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閷W(xué)科教學(xué)(物理).

指導(dǎo)教師：洪正平(1958- )，女，教授，主要研究方向?yàn)閷W(xué)科教學(xué)(物理).

2016-12-08)