自然科学的美范例(3篇)

自然科学的美范文篇1

将美的难以数计的表现形态类分为自然美、社会美和艺术美,似乎已成定论。这种分类忽视了异态纷呈的科学美。在美学教科书中,科学美要么被置于视野之外不予理睬,要么被囊括在社会美中一笔带过。实际上科学美跟自然美、社会美和艺术美一样,是一种相对独立的审美形态。忽视科学美及对科学美的研究,不能不说是整个美学研究的一大缺憾。

一

科学美是否存在,可能会有人产生疑问。正象在是否存在艺术美的问题上艺术家最有发言权一样,在是否存在科学美的问题上科学家也最有发言权。很多著名科学家都在各自的科学实践活动中感受、体验和发现科学美的存在。古希腊欧几里德的《几何原本》被誉为“科学史上的艺术品”,少年时代的爱因斯坦和罗素都曾将它作为神奇的艺术品来阅读欣赏[1]。爱因斯坦曾称赞玻尔所提出的原子中的电子壳层模型及其定律是“思想领域中最高的音乐神韵”[2],曾惊叹迈克尔逊———莫雷实验“所使用方法的精湛”和“实验本身的优美”[3]。而爱因斯坦的相对论则被不少科学家誉为物理学中最美的一个理论,玻恩说它“象一个被人远远观赏的艺术作品”[4]。玻尔兹曼曾经把麦克斯韦关于气体动力学的论文当作神奇壮美的交响乐来欣赏[5]。对近现代科学创造史稍作考察便可以发现科学美的存在。尽管科学家们对科学美的阐述大多是零散的、即兴的、缺乏系统的,但他们对科学美的肯定则是不容怀疑的。

如果说科学家体验到的主要是科学创造本身的美和科学理论蕴涵的美,那么不专门从事科学活动的人,在日常生活中更多地是感受到物化形态的科学设施和科学产品的美,譬如化学实验室赏心悦目的各种器具,现代天文台令人神怡的观测仪器,火箭发射场气势宏大的动力装置等等。我们在观赏这些试验器具、观测仪器、发射装置时,会产生类似欣赏音乐、绘画和其它艺术品时所体验到的那种愉悦感和美感。只要不采取虚无主义态度,一个对科学(包括理论形态和物化形态)稍有涉猎和接触的正常人,大概都不会否认科学美的存在和对科学美有过的美感体验。

管科学美的存在不容置疑,但美学家们和美学教科书的编著者们却对科学美视而不见、避而不谈。极少数美学论著即使谈到科学美,也是象蜻蜓点水一带而过。一方面,现代生活已使科学美逐渐分化出来,成为跟自然美、社会美和艺术美平分秋色的相对独立的第四审美形态;另一方面,科学美明显地被美学家们忽视和冷落了,尤其一些现代西方美学家和艺术家,他们在揭露和抨击现代物质文明所带来的社会弊病时,也将科学进步连同科学美作为牺牲品搭了进去。造成上述这种审美事实和审美理论“背反”与冲突局面的原因是极为复杂的,但归纳起来主要有以下两方面。

首先,传统美学理论局限了人们审美认识的视野和美学的思维空间。从古希腊美学到德国古典美学,有一个很重要的传统,那就是对艺术研究的极端重视,把美学研究的主要对象界定为艺术。在亚理斯多德那里,“诗学”便是美学的代名词。亚理斯多德以后的不少美学家认为美学就是艺术哲学,它的研究对象就是艺术。黑格尔就公开声称真正的美只存在于艺术中,因此,“我们对这门科学的正当名称却是‘艺术哲学’,或则更确切一点,‘美的艺术的哲学’。”[6]就连提出了:“美是生活”这一著名论断的车尔尼雪夫斯基,在美学对象问题上也未能挣脱西方传统美学的窠臼,他说:“美学到底是什么呢?可不就是一般艺术,特别是诗的原则的体系吗?”[7]就整个西方古典美学来看,重视艺术美的研究是它的优良传统,然而这一传统的确立却是以牺牲对现实美的研究为代价的。19世纪以前,就总体而言,由于科学技术活动尚未完全从社会生产活动中分离出来,科学美作为一个相对独立的审美形态也尚未完全从社会美中分化出来。西方古典美学对现实美尤其是对社会美的忽视,本身就意味对科学美的忽视。传统审美理论严重地阻碍了美学思维空间向科学领域拓展,因此美学家们死死抱住这种观点不放:艺术创造审美价值,而科学则创造使用价值,科学与美无缘。

其次,经院式的研究方法也严重阻碍了人们对丰富多采、异态纷呈的科学美现象进行研究归纳。美学研究者们只重视已有定评的美学经典论著,而忽视近现代科学家们“猜想录”式的谈美片论,更无意对人们的科学审美活动进行深入探讨,因此,也就很难从纷繁复杂的审美现象中抽象出“科学美”这一范畴来。从西方古典美学家那里,是很难找到科学美是相对独立的美的形态这一现成结论的。例如,哈奇生将美分为“绝对的”和“相对的”两种;狄德罗认为不存在绝对的美,只有这样两种美:“实在的美”和“相对的美”;康德则认为美不存在于事物的实在,而只有“自由美”与“依存美”之分[8]。黑格尔在认为“美是理念的感性显现”的前提下承认自然美与艺术美的存在;车尔尼雪夫斯基在批判黑格尔唯心主义的基础上肯定了(社会美)生活美的客观存在[9]。把科学美作为相对独立的美的形态,在美学经典中是找不着“出处”的。然而,对科学美及科学美感的论述却常散见于现代科学家、科学史家和哲学家们的论著。相对论的创立者爱因斯坦、英国科学史家W.C.丹皮尔、英国科学哲学家卡尔·波普尔都有过这方面的论述。但对美学的经院式的研究方法阻碍人们将思维触觉伸向跟科学有关的理论领域。

二

科学美作为相对独立的审美形态,如果从形态学角度作静态考察,可分为科学理论美(包括科学公式美)和科学产品美;如果从创造学角度作动态考察,又可分为科学理论创造之美和科学实验之美。科学美不仅体现于科学研究成果,而且显现在科学创造过程。

关于科学美的本质特征,笔者曾在有关文章中简述过[10]。这里稍加展开论述。

科学美是来源于自然美并能为我们理智所领会的一种和谐。科学美的实质在于反映自然界的和谐。

科学的对象首先是自然世界。科学的目的在于揭示自然的奥秘,见出自然的真貌,反映自然的规律。自然界在外观上纷繁复杂,似乎杂乱无章,但在实质上和谐统一,具有规律可寻。形式的多样性与本质的统一性,外在的复杂性和内在的单纯性,构成了自然界的基本特点。换言之,自然是统一的、单纯的,即和谐的。宇观世界如此,微观世界亦然。科学研究就是要力图把握自然的统一与和谐。一种科学理论成果,如果揭示了自然界的规律,反映了自然界的和谐,它就不仅是“真”的,而且是“美”的。科学的最高境界便是这种真与美的统一。科学史上,欧几里德的几何学,爱因斯坦的相对论,普朗克的量子论等等被人们称为“科学的艺术品”,看来决不是没有道理的。

科学美是理智所领会的一种和谐。这一点很重要,它揭示了科学美的独特性。科学美决不是“自在之物”,它是科学家的理智对大自然的感知、领悟和发现。科学美所显现的固然是大自然的和谐之美,但它不是外在的、表层的、纯感官即可享有的美,而是内在的、深奥的、凭理智方可领会的美。对这一问题,著名法国科学家彭家勒作过精辟而深刻的论述。在彭家勒看来,科学家并非因为自然界有用才进行研究,而是因为自然界美才进行研究。他说:“如果自然不美没有了解的价值,人生也就失去了存在的价值。当然,我这里并不是说那种触动感官的美,那种属性美与外表美。虽然,我决非轻视这种美,但这种美和科学毫无联系。我所指的是一种内在(深奥的)的美,它来自各部分的和谐秩序,并能为纯粹的理智所领会。可以说,正是这种内在美给了满足我们感官的五彩缤纷美景的躯体、骨架,没有这一支持,这种易逝如梦的美景是不完善的,因为它们是动摇不定的,甚至是难以捉摸的。相反,理智美是自我完善的。”[11]彭家勒认为科学美源于自然美,美的科学大厦建筑于美的自然界基础上,但这种美不是直接打动感官的自然景色(外在之美),而是打动理智的自然和谐(内在之美)。

科学美的实质在于反映自然界的和谐。这一点也很重要,它揭示了科学美的客观性。由于科学活动是以理性为主导的创造性活动,是主体能动性、自由性的集中表现,因此科学与科学美的客观性也就往往被人们所忽视。一些唯心主义者总是把科学与科学美看作脱离自然与自然界的“人类理性的自然创造”,而那些具有唯物主义倾向的科学家总是强调自然对科学的优先地位。非欧几何学的创建者罗巴切夫斯基说:“人们不依赖世界的事物而试图从理性本身去引出数学的一切原理,对数学是没有用处的,而往往也不会被数学所证实。”[12]在罗巴切夫斯基看来,数学的概念、符号、公式并不象某些唯心主义者所断言的那样,是“人类理性的自由创造”,而是对客观现实的一种特殊的反映形式。科学(科学实验、理论、公式)之所以美,首先在于它能够把握客观实在,反映自然界的内在和谐。爱因斯坦曾指出:要是不相信我们的理论构造能够掌握实在,要是不相信我们世界的内在和谐,那就不可能有科学。如果忽视或否认了自然对科学的客观优先地位,那么就必然会忽视或否认科学与科学美的客观性,最终陷入唯心论泥潭难以自拔。我们认为,是自然的和谐与统一决定了科学理论的和谐与统一,是大自然的和谐之美决定了科学理论的和谐之美。

三

科学美与艺术美一样建筑于自然美的基础之上,是美的一种高级形式,是人类按照美的规律创造的成果。承认自然对科学的客观优先地位,并把科学美理解为对自然和谐的一种反映,这并非意味着否认科学美的审美本性。匈牙利著名哲学家和美学家卢卡奇,把人对客观实在反映形式划分为三种:日常反映、艺术反映和科学反映。他认为日常反映是一种较低级的、被动型的反映,而艺术反映和科学反映则是高级的、创造性的反映。这种看法是正确的。马克思说“人也是按照美的规律来塑造物体”。科学活动是一种精神性的创造活动。科学创造和艺术创造一样,都要遵循和服从美的规律,那种认为科学贵真贱美、重真轻美,甚至认为科学与美无缘的观点是站不住脚的。数千年来,人类创造性的科学活动不断地揭示出物质世界内在奥秘及其发展规律,为人类从必然王国走向自由王国开辟了愈来愈广阔的前途。因此科学创造本身就是一种美的创造。

科学美是美的一种高级形式,是人按照美的规律创造的结晶。它是在人类审美心理、审美意识达到较高的发展阶段,理论思维与审美意识交融、渗透的情况下产生的。科学美客观地存在于人类创造的科学发现和发明之中,它是人类在探索、发现自然规律的过程中所创造的成果或形式。

科学是发现,但又不仅仅是发现,它还是创造,是重构。科学要求真,但又不只求真,它还求美,求艺术性。仅就揭示自然奥秘、发现自然规律而言,它无疑是真的;而就其理论创造、思维方式而言,它无疑又是美的。一切伟大的科学杰作,不仅让人见出自然之真,而且使人觉出自然之美。

“美是真理的光辉”。而“探索者最初是借助于这种光辉,借助于它的照耀来认识真理的。”[13]科学的最高境界是真与美的统一。在科学史上,相当一部分科学家同时求真求美,甚至由美求真。物理学家韦尔曾经对人说:“我的工作总是力图把真和美统一起来,但当我必须在两者中挑选一个时,我总是选择美。”[14]数学家霍姆斯直接把数学比作艺术:“数学是创造性的艺术,因为数学家创造了新概念;数学是创造性的艺术,因为数学家象艺术家一样地生活,一样地工作,一样地思索;数学是创造性的艺术,因为数学家这样对待它。”[15]前苏联哲学家柯普宁这样评价数学家们的工作:“数学家导出方程式或公式,就如同看到雕塑、美丽的风景、听到优美的曲调等等一样而感到充分的快乐。”[15]可见,很多科学家是自觉依据审美价值尺度,按照美的规律从事科学研究和科学创造的。

科学即选择。“这种选择不可避免地由科学上的美感所支配。”我们知道,科学始于观察,基于实验,成于理论建树。仅就观察而言,科学家首先必须对观察什么做出选择,因为世界是无限的,各种事实无计其数且变化无穷,一个人绝不能毫无选择地观察这一切。那么科学家进行选择性观察的机缘又是什么呢?选择的对象必须是非常诱入、令人感兴趣的,而“指导选择的原则必定是非常好,令人很愉快”。(彭家勒语)不少科学家都谈到,科学创造过程中最初的、粗略的选择,往往是通过审美直觉来完成的。

科学追求“简化”。从科学的角度来看,一团乱麻似的客观事实或现象是不美的,科学不也满足于对世界混沌表象的描述,对各种经验现象的罗列。事实分解或约化得越简单、越清晰,人们越能从总体上、规律上把握自然,而那些能使人“从无序中见出有序”的科学理论毫无疑问被认为是美的(普里戈金语)。自然事物与现象总是纷繁复杂的,而其背后的规律与本质总是相对简单的。因此,在某种意义上,科学致力于追求“简单性”。“简单性”是科学家谱写科学理论“诗篇”的一条红线,它在科学家的心目中总是美的。当然,科学家们不仅仅追求“简化”,彭家勒毕生追求“简单与宏远”,爱因斯坦更加看重宇宙的“统一与和谐”,而扬振宁、李政道和吴健雄则致力于辩证地描绘“宇称守恒”的世界图景。

科学就是“美的组合”。科学家总是试图向人们提供对于世界及其各部分规律的正确认识,并把一幅幅赏心悦目的、和谐的世界图景贡献给人类。科学家在构思、描述世界图景时,不仅依赖于逻辑思维,而且借助于形象思维。贝弗里奇指出:“有相当部分的科学思想并无足够的可靠知识作为有效推理的根据,而且势必只能凭借鉴赏力的作用来作出判断。”[17]有的科学家把科学构思看作类似于艺术概括的典型组合,并认为“最有用的组合,也是最美的组合”。

科学是人的自由的体现,是人的本质的确证。马克思曾指出,自由自觉的创造性劳动体现了人的类本质。科学活动是人类实践活动的一种高级形式,人类的理性与智慧,直觉与想象,逻辑思维能力与审美意识水平都在科学活动中得到充分表现。而科学活动的物化成果,即科学的理论、公式、发明等,成为人的自由创造的积淀,或者说人的本质特点的确证。由于伟大科学成果体现了人类的自由本性,因此成为“科学的艺术品”,成为一种“艺术杰作”。

四

由于科学美建立于自然美之上,并体现了人的自由本质,所以它是自然性与社会性的统一。这里所谓社会性,是指人类的自由本性。科学作品是自然和谐图景的呈现,亦是人类自由境界的表现,它因此和艺术作品一样让人产生一种寻味无尽的审美感受。

美感是人对美的一种主观经验。美感过程是人对美的事物的一种感受、体悟、认识过程。无论艺术美感,还是科学美感,都是审美主体与审美对象相互作用而产生的主观感受。不过,科学美感有着不同于艺术美感的鲜明特点。这种特点主要有三:其一,在科学美感过程中,抽象思维处优势地位。而在艺术术美感过程中,则是形象思维占主导地位。抽象思维和形象思维并不截然分开,往往彼此渗透,相互补充。只不过,在科学观照中抽象思维处于优势,而在艺术观照中形象思维占主导。其二,科学与艺术都需要灵感,前者有灵感是科学直觉,而后者的灵感是艺术直觉。科学直觉与艺术直觉有联系也有区别。二者都根源于人的天性,但科学直觉更多地受到理智的浸染,而艺术直觉更多地受到情感的陶冶。其三、科学美感是理智获得自由的愉悦的体验,而艺术美感则是情感获得解放的愉悦体验。审美是心灵的一种解放,美感是一种自由的主观体验。科学美感所体验到的是理性的自由、智慧的幸福。席勒曾讲“思维啊,幸福!”可以被看作是对科学美感的最简洁的界说。

艺术家和美学家对艺术美感问题的论述可谓汗牛充栋,而对科学美感问题则很少涉猎。而科学家在建构自己的科学理论大厦或认同别人的科学研究成果时,对科学美感作过许多描述、阐发和界说。将它们加以整理和概括,可从中引申出如下观点:

(1)科学美感是理智观照自然,思维切近自然,而对自然界产生的一种亲近感或亲切感。

(2)科学美感是人们深入宇宙堂奥,发现自然之秘,而对大自然产生的一种惊讶感和神奇感。

(3)科学美感是人们凭借自己的精神力量,运用科学的方式方法,探索、认识和征服自然,悠然产生的一种人类崇高感和自我超越感。

(4)科学美感是我们从科学作品和谐统一的自然图景,而产生的那种无比愉悦和无限自由的心理体验。

(5)科学美感蕴籍着审美直觉和审美灵感,这种直觉和灵感往往成为科学对经验事实进行选择、观察、分析、判断和综合整理的一种价值尺度。

面对“科学的艺术品”,有的人会产生一种强烈的美感,而有的人却不能。这就涉及科学鉴赏力问题。科学鉴赏力是欣赏科学作品尤其纯科学理论所必需的审美力。它实际上是对于科学美的感受、理解、评判的一种本领。许多著名科学家都认为,就象存在着文学鉴赏力和艺术鉴赏力一样,也存在着一种科学鉴赏力。一个人如果缺乏科学鉴赏力,那就不可能领略到科学美的魅力。一个人的科学鉴赏力绝不是先天就有的,而是在长期的科学实践与科学鉴赏活动中逐渐形成和培养起来的。因此,长期从事科学研究的科学家比一般人具有更高的科学鉴赏力。法国数学家和天文学家拉普拉斯可从牛顿力学中“感受到数学完美性”;英国数学家和哲学家罗素可从欧几里德《几何原本》中“读出音乐般的美妙”;德国生物学家海克尔可从达尔文《物种起源》中“见出生物世界无与伦比的统一之美”;英国物理学家狄拉克从“数学形式的美”中发现了“物理世界的真”;而划时代的物理大师、相对论的创立者爱因斯坦从实验大师迈克尔逊那里感到了“实验本身的优美”。法国物理学爱德布罗认为广义相对论对万有引力现象的“这种解释的雅致和美丽是无可争辩的”[18];德国物理学家海森堡觉得爱因斯坦“有点象艺术领域中的达·芬奇或者贝多芬”[19];爱因斯坦相对论的?吆秃献髡?美国物理学家费尔德,深感“爱因斯坦的理论在优美、深邃和逻辑的合理性方面远远地超过了其他人”[20]。科学家们所以能够从科学作品中获得比平常人更多、更深入、更强烈的美感体验,是因为他们比平常人具有更高的科学鉴赏力和审美力。

科学鉴赏力是理性与非理性的统一,是理智与直觉的水融,是理解与体验的相互渗透。它包含对科学作品的内容的逻辑判断力和对其形式的直觉判断力。这种逻辑的与直觉的判断力,构成了科学鉴赏力的“内核”。科学判断力之于科学家,如同艺术判断力之于艺术家。玻尔兹曼在谈到麦克斯韦气体动力学方程的美学价值说:“既然一个音乐家能从头几个音节辨认出他的莫扎特、贝多芬和舒伯特,那么一个数学家也可以从头几页文章中辨识他的柯西、高斯、雅可比、赫尔姆霍兹或哥切霍夫。法国作者以他们极端的优雅的风度来表现自己,而英国人特别是麦克斯韦,是以他的引人注目的判断力来表现自己。”[21]

自然科学的美范文

关键词：科学美形态科学事实科学理论科学审美

一科学美客观存在

正象在是否存在艺术美的问题上艺术家最有发言权一样，在是否存在科学美的问题上科学家也最有发言权。很多著名科学家都在各自的科学实践活动中感受、体验和发现科学美的存在。毫无疑问，很早科学家们就懂得科学中蕴含奇妙的美。哥白尼在《天体运动论》中第一句话是“是哺育人的天赋才智的多种多样的科学和艺术中，我认为首先应该用全副精力来研究那些与最美的事物有关的东西”。哥白尼选择这样一句话开始他的著作，清楚地表明了他是多么欣赏科学中蕴含的美。爱因斯坦曾称赞玻尔所提出的原子中的电子壳层模型及其定律是“思想领域中最高的音乐神韵”，而爱因斯坦的相对论则被不少科学家誉为物理学中最美的一个理论，玻恩说它“象一个被人远远观赏的艺术作品”。玻尔兹曼曾经把麦克斯韦关于气体动力学的论文当作神奇壮美的交响乐来欣赏。尽管科学家们对科学美的阐述大多是零散的、缺乏系统的，但他们对科学美的肯定则是不容怀疑的。科学美是美的一种高级形式，是人按照美的规律创造的结晶。它是在人类审美心理、审美意识达到较高的发展阶段，理论思维与审美意识交融、渗透的情况下产生的。科学美客观地存在于人类创造的科学发现和发明之中，它是人类在探索、发现自然规律的过程中所创造的成果或形式。

二科学是美与真的统一

科学的对象首先是自然世界。科学的目的在于揭示自然的奥秘，见出自然的真貌，反映自然的规律。自然界在外观上纷繁复杂，似乎杂乱无章，但在实质上和谐统一，具有规律可寻。宇观世界如此，微观世界亦然。科学研究就是要力图把握自然的统一与和谐。一种科学理论成果，如果揭示了自然界的规律，反映了自然界的和谐，它就不仅是“真”的，而且是“美”的。科学的最高境界便是这种真与美的统一。科学史上，欧几里德的几何学，爱因斯坦的相对论，普朗克的量子论等等被人们称为“科学的艺术品”，决不是没有道理的。科学美的实质在于反映自然界的和谐，科学(科学实验、理论、公式)之所以美，首先在于它能够把握客观实在，反映自然界的内在和谐。爱因斯坦曾指出:要是不相信我们的理论构造能够掌握实在，要是不相信我们世界的内在和谐，那就不可能有科学。自然的和谐与统一决定了科学理论的和谐与统一，是大自然的和谐之美决定了科学理论的和谐之美。

三科学美的形态

科学美的形态可分为科学事实美、科学理论美和科学实验美。

1、科学事实美

科学事实美是自然界和谐的结构和运动形式等客观存在着的科学研究对象的美。它是一种内在的理性美，它不是由感性直观而是由纯粹的理智所能感受的。科学事实对常人也许并不能起到特别的美感，但科学家却能感受到它迷人的美的特质。例如，达尔文把他所看到的热带植物描绘成永远留在人们心中的“一幅虽不清晰但却无限美丽的图象”。达尔文每当谈到一草一木时，都把它们看成活的、有人格的东西。即使在通常看来外观形式极不相同的自然对象那里，科学有也能够感受到相同的美。比如，物理学家研究针尖上原子的排列，昆虫学家分析蚊子眼睛的结构，化学家观察晶体的显微结构和物质的分子结构，都可以在不同的对象身上感受到一种对称之美。

2、科学理论美

一种科学理论如果能以尽可能少的基本假设，运用明晰而严密的逻辑工具推演出具有普遍深远含义的结论，得出简单、对称的方程和公式，做出精彩的科学预见，这种理论就被科学家们称之为美的。欧几里德平面几何学可以说是科学理论体系美的典范。整个理论从十条公设和十条公理出发，演绎缜密而引人入胜。许多科学家称这为“雄伟的结构”，“巍峨的阶梯”。爱因斯坦的广义相对论，更是被无数科学家称赞为伟大的科学艺术品。

3、科学实验美

科学实验美指的是科学实验设计及其实施过程中的科学美。它包括实验指导思想的创造性，实验装置设计的新颖性，以及实验技术与操作过程中的艺术性诸因素。科学实验美从设计到实施都让人感到严谨、准确、简洁、有序，富有艺术的韵律感，富有类似艺术审美的魅力。从美感效应来说，科学实验的巧妙和巨大成功，带给实验者的审美愉快不亚于完成了一件艺术杰作。杰出的实验科学家常被人称之为实验艺术家。德国物理学有维恩称赞俄国科学家列别捷夫测量光压的实验是“极其美妙的”，甚至认为他实验技巧之高是别人难以企及的。美籍华裔学者吴健雄也是当代最杰出的实验物理学家之一。她以非凡的实验才能，为诺贝尔奖金获得者李政道、杨振宁的“在弱相互作用下宇称不守恒“假说作了验证实验，其实验超乎寻常的难度曾使不少科学家望而生畏。她的无与伦比的实验成绩设计取得了巨大的成功，在实验科学史上写上了光辉的一页，同是也为实验美增加了一个精彩的范例。

四科学审美在科学创造中的作用

审美在科学研究领域的重要意义在于它能推动科学创造。科学研究是以求真为最高目的的，但由于美是那样具有极大的魅力，是那样切合人性的需要，爱美作为人的本质力量之一必然自觉不自觉地贯穿到人的一切活动中去。具体地说，审美对科学创造的作用可分为动力作用、启迪作用和预构作用。

1、科学审美的动力作用

对科学现象美的兴趣、好奇可激发科学家探索的欲望，形成他持久的动力，激活他的创造性思维和创造性想象。面对纷繁复杂的科学现象，科学家总是力求寻出其内在规律，而试图建构一套美的符号体系，以最准确、最简洁、最概括地传达所发现的规律。爱因斯坦对于理论建构时的美学动机十分重视，他坚信优美的数学形式和现实物理世界一定有着必然的联系。追求科学理论的不断完美，成为科学家进行科学创造的恒久动力。很多科学家是自觉依据审美价值尺度，按照美的规律从事科学研究和科学创造的，认为科学理论不仅应当是真的，而且应当是美的。法拉第在研究电场和磁场的关系时，为了清晰地表述出自已的科学思想，呕心沥血。一段时间内，他的正确思想由于未能找到合适的形式表达，因而不能为人们所理解。这一工作后来由擅长数学的麦克斯韦完成了。他用简洁的数学形式不仅很好地表达出了法拉第的科学思想，而且在原有思想基础上又有了新的突破。

2、审美的启迪作用

美是通过事物的形式表现出来的，因而具有一定的感性直观性。科学审美启迪也具有形象性特点，魏格拉提出大陆漂移说理论，就是得益于此。大陆漂移说是魏格拉受到地图上大陆边缘图形吻合的启发而提出来的。他从地图上得到启发后继续深入研究，最后得出了科学的理论。在科学史上，科学家和艺术家集于一身是不乏其人的。许多科学家有很好的艺术修养。因此，从艺术的审美中受到启迪的事例在科学研究中也比比皆是。伟大的天文学家开普勒在研究行星的运行规律时，就受到过家乡民歌《和谐曲》的启示。他将行星围绕太阳运转的角速度与乐曲的和谐旋律作类比，由此进一步研究，最后得出了行星运动的三大定律，成为“天空立法者”。

3、审美的科学预构作用

审美预构是科学家在科学资料、实验设备缺乏的情况下，受到相关领域中事物的美学特性的启发，以美引真，提出科学理论的过程。真的科学理论必然是美的。科学现象表面杂乱无章，可现象的相互联系和相互作用中必具有和谐性和秩序性，必具有简单、对称等美学特性。门捷列夫的元素周期表的创制是以美求真的范例。门捷列夫根据自己现有的材料和审美经验，提出了元素性质按原子量递增而呈现周期性变化的规律的理论。门捷列夫根据他的科学美学思想，将当时已知的63种元素排成一张周期表，并探讨元素化学性质和原子量之间的关系。当时科学界公认铍的原子量是13.5，应排在第四类。可依据其化学性质，应排在第二类。从周期表的完美性出发，门捷列夫将铍放在第二类。最后经过精确测定，铍的原子量为9.4，理应归入第二类。这一事实正是出自他信奉的科学美学原则：真的理论必然是美的。从这一科学美学思想出发，他预言了三种未知元素的化学性质，认定它们的性质分别与硼、硅、铝相似。后来发现的这三种元素钪、锗、镓与他根据周期表预言的化学性质相同。

对科学美的好奇和追求可成为科学创造的心理力量，推动科学家不懈地去探索宇宙的奥秘，发现自然的规律，取得创造性成果。同样科学成果也将给美学提供丰富的内容。所以，科技工作者在进行科学研究时，不仅不应忽视科学美，还应加强美学方面修养，注意美学原则，既求真又求美。

参考文献[1]S.钱德拉塞卡（美），《真与美》，科学出版社，1992

自然科学的美范文

关键词科学美和谐美感科学鉴赏力

将美的难以数计的表现形态类分为自然美、社会美和艺术美，似乎已成定论。这种分类忽视了异态纷呈的科学美。在美学教科书中，科学美要么被置于视野之外不予理睬，要么被囊括在社会美中一笔带过。实际上科学美跟自然美、社会美和艺术美一样，是一种相对独立的审美形态。忽视科学美及对科学美的研究，不能不说是整个美学研究的一大缺憾。

一

科学美是否存在，可能会有人产生疑问。正象在是否存在艺术美的问题上艺术家最有发言权一样，在是否存在科学美的问题上科学家也最有发言权。很多著名科学家都在各自的科学实践活动中感受、体验和发现科学美的存在。古希腊欧几里德的《几何原本》被誉为“科学史上的艺术品”，少年时代的爱因斯坦和罗素都曾将它作为神奇的艺术品来阅读欣赏[1]。爱因斯坦曾称赞玻尔所提出的原子中的电子壳层模型及其定律是“思想领域中最高的音乐神韵”[2]，曾惊叹迈克尔逊———莫雷实验“所使用方法的精湛”和“实验本身的优美”[3]。而爱因斯坦的相对论则被不少科学家誉为物理学中最美的一个理论，玻恩说它“象一个被人远远观赏的艺术作品”[4]。玻尔兹曼曾经把麦克斯韦关于气体动力学的论文当作神奇壮美的交响乐来欣赏[5]。对近现代科学创造史稍作考察便可以发现科学美的存在。尽管科学家们对科学美的阐述大多是零散的、即兴的、缺乏系统的，但他们对科学美的肯定则是不容怀疑的。

如果说科学家体验到的主要是科学创造本身的美和科学理论蕴涵的美，那么不专门从事科学活动的人，在日常生活中更多地是感受到物化形态的科学设施和科学产品的美，譬如化学实验室赏心悦目的各种器具，现代天文台令人神怡的观测仪器，火箭发射场气势宏大的动力装置等等。我们在观赏这些试验器具、观测仪器、发射装置时，会产生类似欣赏音乐、绘画和其它艺术品时所体验到的那种愉悦感和美感。只要不采取虚无主义态度，一个对科学(包括理论形态和物化形态)稍有涉猎和接触的正常人，大概都不会否认科学美的存在和对科学美有过的美感体验。

尽管科学美的存在不容置疑，但美学家们和美学教科书的编著者们却对科学美视而不见、避而不谈。极少数美学论著即使谈到科学美，也是象蜻蜓点水一带而过。一方面，现代生活已使科学美逐渐分化出来，成为跟自然美、社会美和艺术美平分秋色的相对独立的第四审美形态;另一方面，科学美明显地被美学家们忽视和冷落了，尤其一些现代西方美学家和艺术家，他们在揭露和抨击现代物质文明所带来的社会弊病时，也将科学进步连同科学美作为牺牲品搭了进去。造成上述这种审美事实和审美理论“背反”与冲突局面的原因是极为复杂的，但归纳起来主要有以下两方面。

首先，传统美学理论局限了人们审美认识的视野和美学的思维空间。从古希腊美学到德国古典美学，有一个很重要的传统，那就是对艺术研究的极端重视，把美学研究的主要对象界定为艺术。在亚理斯多德那里，“诗学”便是美学的代名词。亚理斯多德以后的不少美学家认为美学就是艺术哲学，它的研究对象就是艺术。黑格尔就公开声称真正的美只存在于艺术中，因此，“我们对这门科学的正当名称却是‘艺术哲学’，或则更确切一点，‘美的艺术的哲学’。”[6]就连提出了:“美是生活”这一著名论断的车尔尼雪夫斯基，在美学对象问题上也未能挣脱西方传统美学的窠臼，他说:“美学到底是什么呢?可不就是一般艺术，特别是诗的原则的体系吗?”[7]就整个西方古典美学来看，重视艺术美的研究是它的优良传统，然而这一传统的确立却是以牺牲对现实美的研究为代价的。19世纪以前，就总体而言，由于科学技术活动尚未完全从社会生产活动中分离出来，科学美作为一个相对独立的审美形态也尚未完全从社会美中分化出来。西方古典美学对现实美尤其是对社会美的忽视，本身就意味对科学美的忽视。传统审美理论严重地阻碍了美学思维空间向科学领域拓展，因此美学家们死死抱住这种观点不放:艺术创造审美价值，而科学则创造使用价值，科学与美无缘。

其次，经院式的研究方法也严重阻碍了人们对丰富多采、异态纷呈的科学美现象进行研究归纳。美学研究者们只重视已有定评的美学经典论著，而忽视近现代科学家们“猜想录”式的谈美片论，更无意对人们的科学审美活动进行深入探讨，因此，也就很难从纷繁复杂的审美现象中抽象出“科学美”这一范畴来。从西方古典美学家那里，是很难找到科学美是相对独立的美的形态这一现成结论的。例如，哈奇生将美分为“绝对的”和“相对的”两种;狄德罗认为不存在绝对的美，只有这样两种美:“实在的美”和“相对的美”;康德则认为美不存在于事物的实在，而只有“自由美”与“依存美”之分[8]。黑格尔在认为“美是理念的感性显现”的前提下承认自然美与艺术美的存在;车尔尼雪夫斯基在批判黑格尔唯心主义的基础上肯定了(社会美)生活美的客观存在[9]。把科学美作为相对独立的美的形态，在美学经典中是找不着“出处”的。然而，对科学美及科学美感的论述却常散见于现代科学家、科学史家和哲学家们的论著。相对论的创立者爱因斯坦、英国科学史家W.C.丹皮尔、英国科学哲学家卡尔·波普尔都有过这方面的论述。但对美学的经院式的研究方法阻碍人们将思维触觉伸向跟科学有关的理论领域。

二

科学美作为相对独立的审美形态，如果从形态学角度作静态考察，可分为科学理论美(包括科学公式美)和科学产品美;如果从创造学角度作动态考察，又可分为科学理论创造之美和科学实验之美。科学美不仅体现于科学研究成果，而且显现在科学创造过程。

关于科学美的本质特征，笔者曾在有关文章中简述过[10]。这里稍加展开论述。

科学美是来源于自然美并能为我们理智所领会的一种和谐。科学美的实质在于反映自然界的和谐。

科学的对象首先是自然世界。科学的目的在于揭示自然的奥秘，见出自然的真貌，反映自然的规律。自然界在外观上纷繁复杂，似乎杂乱无章，但在实质上和谐统一，具有规律可寻。形式的多样性与本质的统一性，外在的复杂性和内在的单纯性，构成了自然界的基本特点。换言之，自然是统一的、单纯的，即和谐的。宇观世界如此，微观世界亦然。科学研究就是要力图把握自然的统一与和谐。一种科学理论成果，如果揭示了自然界的规律，反映了自然界的和谐，它就不仅是“真”的，而且是“美”的。科学的最高境界便是这种真与美的统一。科学史上，欧几里德的几何学，爱因斯坦的相对论，普朗克的量子论等等被人们称为“科学的艺术品”，看来决不是没有道理的。

科学美是理智所领会的一种和谐。这一点很重要，它揭示了科学美的独特性。科学美决不是“自在之物”，它是科学家的理智对大自然的感知、领悟和发现。科学美所显现的固然是大自然的和谐之美，但它不是外在的、表层的、纯感官即可享有的美，而是内在的、深奥的、凭理智方可领会的美。对这一问题，著名法国科学家彭家勒作过精辟而深刻的论述。在彭家勒看来，科学家并非因为自然界有用才进行研究，而是因为自然界美才进行研究。他说:“如果自然不美没有了解的价值，人生也就失去了存在的价值。当然，我这里并不是说那种触动感官的美，那种属性美与外表美。虽然，我决非轻视这种美，但这种美和科学毫无联系。我所指的是一种内在(深奥的)的美，它来自各部分的和谐秩序，并能为纯粹的理智所领会。可以说，正是这种内在美给了满足我们感官的五彩缤纷美景的躯体、骨架，没有这一支持，这种易逝如梦的美景是不完善的，因为它们是动摇不定的，甚至是难以捉摸的。相反，理智美是自我完善的。”[11]彭家勒认为科学美源于自然美，美的科学大厦建筑于美的自然界基础上，但这种美不是直接打动感官的自然景色(外在之美)，而是打动理智的自然和谐(内在之美)。

科学美的实质在于反映自然界的和谐。这一点也很重要，它揭示了科学美的客观性。由于科学活动是以理性为主导的创造性活动，是主体能动性、自由性的集中表现，因此科学与科学美的客观性也就往往被人们所忽视。一些唯心主义者总是把科学与科学美看作脱离自然与自然界的“人类理性的自然创造”，而那些具有唯物主义倾向的科学家总是强调自然对科学的优先地位。非欧几何学的创建者罗巴切夫斯基说:“人们不依赖世界的事物而试图从理性本身去引出数学的一切原理，对数学是没有用处的，而往往也不会被数学所证实。”[12]在罗巴切夫斯基看来，数学的概念、符号、公式并不象某些唯心主义者所断言的那样，是“人类理性的自由创造”，而是对客观现实的一种特殊的反映形式。科学(科学实验、理论、公式)之所以美，首先在于它能够把握客观实在，反映自然界的内在和谐。爱因斯坦曾指出:要是不相信我们的理论构造能够掌握实在，要是不相信我们世界的内在和谐，那就不可能有科学。如果忽视或否认了自然对科学的客观优先地位，那么就必然会忽视或否认科学与科学美的客观性，最终陷入唯心论泥潭难以自拔。我们认为，是自然的和谐与统一决定了科学理论的和谐与统一，是大自然的和谐之美决定了科学理论的和谐之美。

三

科学美与艺术美一样建筑于自然美的基础之上，是美的一种高级形式，是人类按照美的规律创造的成果。承认自然对科学的客观优先地位，并把科学美理解为对自然和谐的一种反映，这并非意味着否认科学美的审美本性。匈牙利著名哲学家和美学家卢卡奇，把人对客观实在反映形式划分为三种:日常反映、艺术反映和科学反映。他认为日常反映是一种较低级的、被动型的反映，而艺术反映和科学反映则是高级的、创造性的反映。这种看法是正确的。马克思说“人也是按照美的规律来塑造物体”。科学活动是一种精神性的创造活动。科学创造和艺术创造一样，都要遵循和服从美的规律，那种认为科学贵真贱美、重真轻美，甚至认为科学与美无缘的观点是站不住脚的。数千年来，人类创造性的科学活动不断地揭示出物质世界内在奥秘及其发展规律，为人类从必然王国走向自由王国开辟了愈来愈广阔的前途。因此科学创造本身就是一种美的创造。

科学美是美的一种高级形式，是人按照美的规律创造的结晶。它是在人类审美心理、审美意识达到较高的发展阶段，理论思维与审美意识交融、渗透的情况下产生的。科学美客观地存在于人类创造的科学发现和发明之中，它是人类在探索、发现自然规律的过程中所创造的成果或形式。

科学是发现，但又不仅仅是发现，它还是创造，是重构。科学要求真，但又不只求真，它还求美，求艺术性。仅就揭示自然奥秘、发现自然规律而言，它无疑是真的;而就其理论创造、思维方式而言，它无疑又是美的。一切伟大的科学杰作，不仅让人见出自然之真，而且使人觉出自然之美。

“美是真理的光辉”。而“探索者最初是借助于这种光辉，借助于它的照耀来认识真理的。”[13]科学的最高境界是真与美的统一。在科学史上，相当一部分科学家同时求真求美，甚至由美求真。物理学家韦尔曾经对人说:“我的工作总是力图把真和美统一起来，但当我必须在两者中挑选一个时，我总是选择美。”[14]数学家霍姆斯直接把数学比作艺术:“数学是创造性的艺术，因为数学家创造了新概念;数学是创造性的艺术，因为数学家象艺术家一样地生活，一样地工作，一样地思索;数学是创造性的艺术，因为数学家这样对待它。”[15]前苏联哲学家柯普宁这样评价数学家们的工作:“数学家导出方程式或公式，就如同看到雕塑、美丽的风景、听到优美的曲调等等一样而感到充分的快乐。”[15]可见，很多科学家是自觉依据审美价值尺度，按照美的规律从事科学研究和科学创造的。

转贴于科学即选择。“这种选择不可避免地由科学上的美感所支配。”我们知道，科学始于观察，基于实验，成于理论建树。仅就观察而言，科学家首先必须对观察什么做出选择，因为世界是无限的，各种事实无计其数且变化无穷，一个人绝不能毫无选择地观察这一切。那么科学家进行选择性观察的机缘又是什么呢?选择的对象必须是非常诱入、令人感兴趣的，而“指导选择的原则必定是非常好，令人很愉快”。(彭家勒语)不少科学家都谈到，科学创造过程中最初的、粗略的选择，往往是通过审美直觉来完成的。

科学追求“简化”。从科学的角度来看，一团乱麻似的客观事实或现象是不美的，科学不也满足于对世界混沌表象的描述，对各种经验现象的罗列。事实分解或约化得越简单、越清晰，人们越能从总体上、规律上把握自然，而那些能使人“从无序中见出有序”的科学理论毫无疑问被认为是美的(普里戈金语)。自然事物与现象总是纷繁复杂的，而其背后的规律与本质总是相对简单的。因此，在某种意义上，科学致力于追求“简单性”。“简单性”是科学家谱写科学理论“诗篇”的一条红线，它在科学家的心目中总是美的。当然，科学家们不仅仅追求“简化”，彭家勒毕生追求“简单与宏远”，爱因斯坦更加看重宇宙的“统一与和谐”，而扬振宁、李政道和吴健雄则致力于辩证地描绘“宇称守恒”的世界图景。

科学就是“美的组合”。科学家总是试图向人们提供对于世界及其各部分规律的正确认识，并把一幅幅赏心悦目的、和谐的世界图景贡献给人类。科学家在构思、描述世界图景时，不仅依赖于逻辑思维，而且借助于形象思维。贝弗里奇指出:“有相当部分的科学思想并无足够的可靠知识作为有效推理的根据，而且势必只能凭借鉴赏力的作用来作出判断。”[17]有的科学家把科学构思看作类似于艺术概括的典型组合，并认为“最有用的组合，也是最美的组合”。

科学是人的自由的体现，是人的本质的确证。马克思曾指出，自由自觉的创造性劳动体现了人的类本质。科学活动是人类实践活动的一种高级形式，人类的理性与智慧，直觉与想象，逻辑思维能力与审美意识水平都在科学活动中得到充分表现。而科学活动的物化成果，即科学的理论、公式、发明等，成为人的自由创造的积淀，或者说人的本质特点的确证。由于伟大科学成果体现了人类的自由本性，因此成为“科学的艺术品”，成为一种“艺术杰作”。

四

由于科学美建立于自然美之上，并体现了人的自由本质，所以它是自然性与社会性的统一。这里所谓社会性，是指人类的自由本性。科学作品是自然和谐图景的呈现，亦是人类自由境界的表现，它因此和艺术作品一样让人产生一种寻味无尽的审美感受。

美感是人对美的一种主观经验。美感过程是人对美的事物的一种感受、体悟、认识过程。无论艺术美感，还是科学美感，都是审美主体与审美对象相互作用而产生的主观感受。不过，科学美感有着不同于艺术美感的鲜明特点。这种特点主要有三:其一，在科学美感过程中，抽象思维处优势地位。而在艺术术美感过程中，则是形象思维占主导地位。抽象思维和形象思维并不截然分开，往往彼此渗透，相互补充。只不过，在科学观照中抽象思维处于优势，而在艺术观照中形象思维占主导。其二，科学与艺术都需要灵感，前者有灵感是科学直觉，而后者的灵感是艺术直觉。科学直觉与艺术直觉有联系也有区别。二者都根源于人的天性，但科学直觉更多地受到理智的浸染，而艺术直觉更多地受到情感的陶冶。其三、科学美感是理智获得自由的愉悦的体验，而艺术美感则是情感获得解放的愉悦体验。审美是心灵的一种解放，美感是一种自由的主观体验。科学美感所体验到的是理性的自由、智慧的幸福。席勒曾讲“思维啊，幸福!”可以被看作是对科学美感的最简洁的界说。

艺术家和美学家对艺术美感问题的论述可谓汗牛充栋，而对科学美感问题则很少涉猎。而科学家在建构自己的科学理论大厦或认同别人的科学研究成果时，对科学美感作过许多描述、阐发和界说。将它们加以整理和概括，可从中引申出如下观点:

(1)科学美感是理智观照自然，思维切近自然，而对自然界产生的一种亲近感或亲切感。

(2)科学美感是人们深入宇宙堂奥，发现自然之秘，而对大自然产生的一种惊讶感和神奇感。

(3)科学美感是人们凭借自己的精神力量，运用科学的方式方法，探索、认识和征服自然，悠然产生的一种人类崇高感和自我超越感。

(4)科学美感是我们从科学作品和谐统一的自然图景，而产生的那种无比愉悦和无限自由的心理体验。

(5)科学美感蕴籍着审美直觉和审美灵感，这种直觉和灵感往往成为科学对经验事实进行选择、观察、分析、判断和综合整理的一种价值尺度。

面对“科学的艺术品”，有的人会产生一种强烈的美感，而有的人却不能。这就涉及科学鉴赏力问题。科学鉴赏力是欣赏科学作品尤其纯科学理论所必需的审美力。它实际上是对于科学美的感受、理解、评判的一种本领。许多著名科学家都认为，就象存在着文学鉴赏力和艺术鉴赏力一样，也存在着一种科学鉴赏力。一个人如果缺乏科学鉴赏力，那就不可能领略到科学美的魅力。一个人的科学鉴赏力绝不是先天就有的，而是在长期的科学实践与科学鉴赏活动中逐渐形成和培养起来的。因此，长期从事科学研究的科学家比一般人具有更高的科学鉴赏力。法国数学家和天文学家拉普拉斯可从牛顿力学中“感受到数学完美性”;英国数学家和哲学家罗素可从欧几里德《几何原本》中“读出音乐般的美妙”;德国生物学家海克尔可从达尔文《物种起源》中“见出生物世界无与伦比的统一之美”;英国物理学家狄拉克从“数学形式的美”中发现了“物理世界的真”;而划时代的物理大师、相对论的创立者爱因斯坦从实验大师迈克尔逊那里感到了“实验本身的优美”。法国物理学爱德布罗认为广义相对论对万有引力现象的“这种解释的雅致和美丽是无可争辩的”[18];德国物理学家海森堡觉得爱因斯坦“有点象艺术领域中的达·芬奇或者贝多芬”[19];爱因斯坦相对论的?吆秃献髡?美国物理学家费尔德，深感“爱因斯坦的理论在优美、深邃和逻辑的合理性方面远远地超过了其他人”[20]。科学家们所以能够从科学作品中获得比平常人更多、更深入、更强烈的美感体验，是因为他们比平常人具有更高的科学鉴赏力和审美力。

科学鉴赏力是理性与非理性的统一，是理智与直觉的水乳交融，是理解与体验的相互渗透。它包含对科学作品的内容的逻辑判断力和对其形式的直觉判断力。这种逻辑的与直觉的判断力，构成了科学鉴赏力的“内核”。科学判断力之于科学家，如同艺术判断力之于艺术家。玻尔兹曼在谈到麦克斯韦气体动力学方程的美学价值说:“既然一个音乐家能从头几个音节辨认出他的莫扎特、贝多芬和舒伯特，那么一个数学家也可以从头几页文章中辨识他的柯西、高斯、雅可比、赫尔姆霍兹或哥切霍夫。法国作者以他们极端的优雅的风度来表现自己，而英国人特别是麦克斯韦，是以他的引人注目的判断力来表现自己。”[21]

人类的审美力是在实践活动中形成、发展和完善起来的。由于各人的实践活动不一样，人们会有不同水平的艺术美的鉴赏力，也有不同水平的科学美的鉴赏力。前者取决于人们的艺术素养，而后者取决于人们的科学素养。马克思曾指出:“从主体方面看来:只有音乐才能激起人的音乐感;对于不辩音律的耳朵说来，最美的音乐也毫无意义，音乐对它说来不是对象，因为我的对象只能是我的本质力量之一的确证……”[22]。有的人并不能感受到艺术美，是因为缺乏“感受音乐的耳朵、感受形式美的眼睛”;有的人感受不到科学美，是由于缺少“科学的判断力和鉴赏力”。由此也可见出，科学美为什么首先被科学家和科学爱好者们所感受，所承认。