探讨科学领域和艺术领域所共有的美

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1、探讨科学领域和艺术领域所共有的美 科学审美与艺术审美艺术领域存在着丰富的美，科学领域也蕴藏着多彩的美；科学和艺术拥有种类众多的共同美，比如比例美、秩序美、简洁美。在科学发展史中，往往是美;字当头。生物进化的规律，除了达尔文所论适者生存;从低级之外，还有一条：从不美到美。艺术设计即是科学美和艺术美的规律的综合运用。今天，已经无人漠视科学领域的审美问题了，但是，科学审美和艺术审美这两个问题，在人们的认识上依然未能达到等量齐观。对科学美的探讨依然有所欠缺。因此，很有必要作出具体的比较研究，进而为设计中对科学美与艺术美的追求提供充分的理论根据。 世界着名的雕塑家罗丹（1840 -1917）说过：对于我

2、们的眼睛来说，不是缺少美，而是缺少发现。;的确，我们的生活中存在着丰富的美，我们的世界上蕴藏着多彩的美，这既包括艺术美，也包括科学美。建筑应是科学美与艺术美的统一。建筑师不仅要思考建筑物的质料、空间、承重等问题，还要思考它的线条、色彩、构图等外观美的问题。其实，科学领域中不仅存在着美，甚至蕴藏着多姿多彩的美。科学和艺术拥有种类众多的共同的美。以下，拟从几个方面探讨科学领域和艺术领域所共有的美。一、科学和艺术中的比例美比例能够造就美。这在科学和艺术中屡见不鲜。提一个与科学、艺术、美学都有联系的问题：从古至今，有许多画家喜欢画马、画牛，甚至画驴，为什么很少有人喜欢画猪？人们喜爱马的原因固然很多。古

3、代以至于现代的数千年间，马在人类的生产中、生活中、战争中都占有重要的地位。马是人类忠诚而能干的朋友。人们之所以喜爱马还有一个重要的原因，那就是马从外观上看是美的。马的形体包含着黄金分割的因素：如果以马的前腿作一条纵向直线，那么，这条直线就是马体横向长度的黄金分割线。很少有人喜欢画猪，除了由于猪在人们心目中是懒惰、贪食和肮脏的化身之外，还在于猪的形体不美，或者说猪体;不符合黄金分割律。所谓黄金分割;,是一个古老的数学命题。两千多年前，古希腊圣贤毕达哥拉斯平拿着一根木棒AB,要求友人们在上面刻下记号C,C 的位置应当使人看起来感到满意。人们一个个走向前来刻下自己满意的那一点。最后发现，大多数人并没

4、有把 C 定在 AB 的中点，而是定在靠近中点的某个位置，并由此引出一个着名的比例：A C C B = C B AB .这个比例被古希腊着名数学家欧几里德在其几何原本中命名为中外比;,并以代数和几何的方法计算出其比值：0.618.也就是说，如果AB=1,那么，CB ≈0.618.19 世纪德国数学家阿道夫蔡辛（1810-1876）在其美学一书中将中外比;重新命名为黄金分割;,并把这一问题的研究推向科学和艺术的众多领域。他用归纳法导出结论：黄金分割是解开自然美和艺术美奥秘的关键。在欧几里德的中外比;和蔡辛的黄金分割;之间，对这一问题的研究起着承前启后作用的，是欧洲中世纪的斐波那契数列

5、。在这一数列中，每两个前后相邻的数字之比越来越接近于黄金分割比值。17 世纪德国着名数理天文学家开普勒说：几何学有两个宝库，一个是毕达哥拉斯定理；一个是黄金分割;.这两个问题都是数学比例美的问题，也是科学中存在着美的重要例证。两千多年来被无数科学家、艺术家、美学家推崇备至的黄金分割比例，简直成了美的法则，因此被誉为有着黄金般价值的比例。在大千世界千千万万种形体中，哪一种包含了最多的黄金分割因素呢？笔者认为，那就是人体。生物的进化规律，不仅在于从低级到高级，从简单到复杂，而且在于从不美到美。作为大自然几十亿年进化和孕育的精灵和优胜者，人是万物之灵，是达尔文生物树谱;所描绘的生物进化的顶端。人体是

6、大自然按照美的规律所造就的美的极致，是众多美的集合体。人不仅能思维、有语言、会创造，不仅在于大脑的高度发达，手的高度灵活，而且在于形体的无与伦比的美。人体之美，除了柔和的线条、光润的色泽之外，比例美是其重要的内容。人体同世界上其他所有物种的形体相比，它包含了最多的黄金分割点（分割线段而获得黄金分割比例的那一点）。胎儿和婴儿的肚脐位于身体纵向长度的中点，也就是肚脐到身体两端的距离相等。这大概包含着母体通过脐带向胎儿身体两端均衡地输送养分这种生理学方面的原因。而成人的肚脐则位于人体纵向长度的黄金分割点，这显然出于美学方面的原因。同理，人的眼睛位于面部纵向长度的黄金分割点，鼻端是面部的另一个黄金分割

7、点；乳头是躯干长度的黄金分割点；肘关节是臂长的黄金分割点；膝关节是腿长的黄金分割点。正是因为这些器官分别在人体各部分占据着美妙的位置，再加上美的人面和躯干，其各自尺度之比也接近黄金分割比值，才使得整个人体成为宇宙中最美的形体。黄金分割是一种美的比例，而美的比例应当是一种适中的合度的比例。历史上有所谓环肥燕瘦;,这固然反映了不同时代人们审美的差异性，然而无论是肥是瘦，美的人体总是适中的合度的，而不是走向极端。以肥美;着称的杨玉环，能歌善舞，她所显示的应是一种丰满的圆润的美，其身材绝不会是大腹便便的臃肿模样。轻灵如燕的赵飞燕所显示的瘦美;,则应是一种俏丽、灵动之美，绝不会是一种骨瘦如柴的可怜相。凡

8、是美的东西都是比例合度的。正如宋玉在登徒子好色赋中所谓：东家之女，增之一份则太长，减之一份则太短;.可见，此女的身材恰到好处，若要增减，哪怕一分，也会破坏其原有的比例美，造成不协调。黄金分割就是一种适中的合度的比例。其实，不仅线段的分割能造成美或不美，且平面图形的不同构成也能使人感到美或不美。笔者曾经展示5 个边长比例各不相同的矩形图形，请接受实验的人们不必考虑图形的实际用途，而只从直观上判断一下它们之中哪个最美，哪个最不美。这5个矩形的宽和长的比例分别是20:50, 20:40,21:34, 20:30, 20:20.人们经过鉴别，大多选择了其中的黄金比矩形，即宽与长之比为21:34的矩形为

9、最美的矩形，而21:34的比值最接近于黄金分割比值0.618.那么，为什么黄金比矩形看起来比其他矩形更美一些呢？这是由审美客体和审美主体两方面造成的。从审美客体的构成讲，形体的各种因素中，规整和差异是一对矛盾。过于规整和差异失度的矩形都不易被人们接受，因此正方形和边长比例为20:50 的狭长矩形便被多数人排斥于美的图形之外，而黄金比矩形与其他矩形相比，显得大体规整，又有适度差异，不方不扁，给人以悦目之感。从审美主体的心理讲，追求统一和追求变化是一对矛盾。人们一般喜欢那种总和统一又有一定变化的图形。正方形的统一因素太多，缺少变化，而过于狭长的矩形，其变化幅度太大，缺少统一因素，因此对上述5个矩形

10、，人们舍弃了这两种矩形而选择了既有某种统一因素，又有一定程度变化的黄金比矩形。此外，从视觉美学来看，一个人从初离母腹，呱呱坠地，睁开眼睛看世界，其双眼前方的一片视野;,就大致是一个黄金比矩形。久而久之，人们对这种图形就产生了微妙的亲和感。当人们鉴赏上述 5 种图形时，自然而然地就选择了黄金比矩形。黄金分割原理起初运用于建筑和雕塑艺术。公元前4 世纪建成的古希腊帕提农神庙，其高大严整的大理石廊柱根据黄金分割法则分割神庙的高度，显示出庄严肃穆的美感。世界各国许多着名建筑，如埃及胡夫大金字塔、印度泰姬陵、法国巴黎圣母院、中国北京故宫等在构图设计方面，都有意无意地运用了黄金分割法则。古希腊女神维纳斯塑

11、像和太阳神阿波罗塑像，为了使其形体更美，曾有意加长其双腿的长度，也是为了符合黄金分割法则而求得美观的效果。后来，这一法则又被用于绘画艺术，毕加索的小孩、马奇托的风景、布洛克的山林女神奥利雅德、韦拉斯贵支的镜中的维纳斯以及中国画家董希文的开国大典、詹建俊的狼牙山五壮士等都是经过画家的精心构思，把主题中心置于画面的黄金分割点上，从而获得动人的美学效果。黄金分割法则是如此令人瞩目，以至于戏剧这种舞台艺术和诗歌这种语言艺术都试图从这种古老的法则中获得借鉴。从戏剧舞台调度的角度来看，有大段台词要表演的主角的站位，一般应定在舞台面积的黄金分割点上，即舞台的长和宽的两条黄金分割线的交叉点上。这样，能使观众获

12、得适度而悦目的感觉。而剧作家和诗人也进行类似的尝试，戏剧冲突的高潮和诗歌抒情的高潮，一般并不置于开头和结尾，而是置于整个篇幅的三分之二处。其实，众多叙事和抒情作品的布局都分为开端、发展、高潮、结局这四个层次，其中的高潮点就大致处于整个篇幅的黄金分割点上。这样的布局安排，似乎与人们在欣赏文学作品时情绪的发展演变更为吻合。黄金分割问题是一个形式问题，但形式问题并不是小问题，有时也并不仅仅影响美观，甚至会影响其对特定的内容的表达。例如，我国与世界上大多数国家的国旗宽长之比大约都是0.6,接近黄金分割比值，旗面接近于黄金比矩形，显得庄严肃穆。而有些国旗显得太长，如斯里兰卡国旗宽长之比是12,卡塔尔国旗

13、相应比例为25.有些又显得太方，如不丹国旗相应比例为2.73.4,梵蒂冈国旗则为11.相比之下，这些国旗在构图上就缺少美感。黄金分割本是一个数学问题，从古希腊欧几里德的中外比;,到欧洲中世纪的斐波那契数列，再到近代蔡辛的黄金分割率;,经历3 次崛起;,也都是纯粹的数学问题，但它在几乎所有的艺术领域大放异彩。这是科学和艺术紧密关联并拥有共同美感的一个有力例证。二、科学和艺术中的秩序美在科学和艺术中，比例能够造就美，秩序也能造就美。关于秩序美，可以说，科学家的智慧能使自然界的混乱状态变得井然有序，而艺术家的天才则能使个人的混乱感受变得有条不紊。门捷列夫把原先理不出头绪的众多元素排列成令人一目了然的

14、元素周期表；哥白尼把直观上纷乱不堪的各个行星排列成围绕太阳各行其道的严整的太阳系天体运行图；达尔文则把令人眼花缭乱的生物世界编结成一个上下相衔、左右关联的庞大系统，就像军队里有军师团营连排各级序列一样，生物世界则有门、纲、目、科、属、种各个层次，使人一目了然。科学家在发现真理、创造有序的同时，也就发现和创造了美。可以说，元素周期表、日心说;和生物树谱都是它们的创造者为人类提供的美的精品。艺术家也做着同样的工作，即从无序中创造秩序，从不和谐中创造和谐。从某种意义上来说，音乐就是有秩序的音响，绘画就是有秩序的线条和色彩，雕塑就是有秩序的形体，诗歌就是有秩序的语句。没有规矩，不能成方圆;这句俗话，同

15、样适于艺术创造活动。人们往往把艺术创造看作是人类情感的无拘无束的发挥，然而，每一门艺术创造都有其特定的艺术规律，离开了这些规律，也就等于取消了艺术。所谓艺术规律，也就是艺术的秩序。正是在这种意义上，着名诗人闻一多说，写诗是戴着镣铐跳舞;.可见，写诗绝不是天马行空、无所羁绊。哪里有什么绝对自由？比如律诗，秩序就很多：字数固定，这是其一；要求押韵，这是其二；讲究声律，这是其三；两联对仗，这是其四；另有音步的要求，这是其五。如果统统不顾及这些秩序，所写的那种东西还能称之为律诗吗？这还仅仅是形式美的要求，如果再考虑内容和意境，要想写好律诗，实在不易。且看当代诗人刘鲁的七律&西湖：华夏此湖最动容，白堤漫

16、步梦中行。金戈铁马岳王庙，美味佳肴宋嫂羹。或雨或晴湖色媚，如诗如画岸花红。三秋桂子春夕月，今日刘郎叹未能。此诗从押韵、平仄、对仗这几方面来说，基本合乎格律。但若作严格要求，亦能看出瑕疵。另外，古人题写西湖;的诗词何止千百，要想超越，恐怕不易。因此，此诗末句写道：今日刘郎叹未能;.笔者认为，古典诗词的格律，到了今天，随着时代和语言的发展变化，也应有所调整。例如，古代的入声字;在当今的汉语普通话里已经不复存在，而有些诗人依然坚持使用入声字，仿佛依然生活在古人的语境里，那就有些可笑了。但是，格律的基本内涵是不容随意变动的。对于成熟的诗人来说，格律不应是一种清规戒律，而应是一种创造美感的手段。中国的诗

17、词歌赋，正因为遵循了严格的格律，遵循了严格的艺术秩序，才显示出迷人的魅力，经受住时间的考验，光照百代，传唱千古。每当我们读起它们，那浓郁的美感便油然而生。在当代所有文体中，大概只有诗歌讲究韵律了。如果放弃了韵律，就等于放弃了诗歌所独有的创造美感的手段。古代诗人有所谓无韵不成诗;的说法，而今天的自由体白话诗最好也讲究一点韵律，最好也戴上一点镣铐;,这不是一种束缚，而是对美的追求，是对我们的先人所创造的无比美妙的艺术秩序的借鉴和回归。长期以来，我们一直批判唯美主义;,一直强调内容是第一位的，形式是第二位的。这或许有些道理。然而，皮之不存，毛将焉附？第一位的问题并不是唯一的问题，第二位的问题也并不是

18、可有可无的问题，形式不美，内容即便很美也不会深入人心。艺术应是美的内容和美的形式的高度统一，二者缺一不可。无论是对科学家来说，还是对艺术家来说，秩序并不是对自由的扼杀，而是达到美妙境界的手段。遵守了秩序，就有了美的科学和美的艺术。三、科学和艺术中的简洁美简洁并不是简陋和粗疏，简洁应是一种美。英国中世纪的一位学者威廉&奥卡姆曾经提出一条简单性原理;.奥卡姆认为，自然界的运动总是遵循最简洁的途径，那么，反映物质运动的科学也理所当然地遵循简单性原理。这一原理使科学理论之中处处闪现着简洁之美。其实，早在古希腊时期，亚里士多德就认为，自然界始终坚持经济原则;,这里所谓经济;,是指以较少的投入获取较大的成

19、果。奥卡姆之后的17 世纪，牛顿继承了简单性原理，构筑了规模宏大的力学理论体系，他在其经典着作自然哲学的数学原理中表述了相似的观点：自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因来夸耀自己。;与牛顿同时代的着名哲学家和数学家莱布尼兹也认为，大自然从来不用麻烦的方法去做本来可以用简易的方法就能完成的事情。大自然似乎是极有心计的。它懂得节约材料和节省体力，它不做无用之功和费力之事，它往往事半而功倍，它总是以最小的费用获取最大的效果。动物不会同时生有利牙和尖角，只须一件武器就足以进攻和自卫了，多出一件就不经济了。法国生物学家居维叶据此提出了生物器官相关生长律;.他认为，每一种生物的各种器官是相关发育、生长

20、的，头上长角的动物，其消化道只适于消化植物性食物，因此它是不会吃人的。根据这条定律，人们也应知道，龙和麒麟那些同时生有利牙和尖角的动物都是子虚乌有的，它们只是中华民族想象出来的吉祥动物。大自然的创造处处体现着简单性原理。例如，通过漫长的进化，人的头颅和四肢接近于球形和圆柱体，因为，包容相同的体积，球面是最小的面积；包容相同的面积，圆周的周长最短。这种进化的结果，对于人类来说，其意义就是节省头皮和四肢的皮肤。后者岂不更省材料吗？那是因为：如果采用圆柱形，还必须用蜂蜡填充圆柱之间的空隙部分，才能使蜂房牢固。这反而不如相互连接的六棱柱节省材料。当然，包容相同的体积，与四愣柱和三棱柱相比，还是六棱柱最

21、节省材料。这仿佛是蜜蜂-这位聪明的建筑师经过精密计算之后而作出的选择。令人惊异的还有，植物在漫长的进化中不断改进花的结构，以不断增加受精的可能性。而花的花粉粒数目随着花的结构的日益精巧而相应地日益减少。也就是说，花的结构越精巧，植物受精的可能性就越大，也就无须生产出更多的花粉了。这不是大自然具有经济头脑的又一确证吗？另外，动物的成活率与其生殖能力成反比。随着成活率的提高，生殖能力便会下降，这与上述植物的情况体现的是同样的道理。鱼、苍蝇、老鼠有着令人惊叹的生殖能力，因为其原先的生存环境的恶劣和天敌的众多，造成其成活率很低，不得不以极高的生殖能力来补救。而大型肉食类动物和人的成活率相对很高，无须极

22、高的生殖能力便能维持种群的延续。但是，随着环境的转变，一些濒危动物遇到了问题，数量的锐减急需提高生殖能力，而这却不能在短期内实现。这就需要人类的保护了。法国另一位生物学家圣提雷尔提出的关于动物形态变异的补偿定律;,也是生物科学简洁美的体现。圣提雷尔运用简单性原理研究生物结构，他认为，不同的生物器官的消长是由所谓补偿定律调节的。动物某一部分器官的长足发展，例如大象的长鼻子和长颈鹿的长脖子，是以其他部分器官的萎缩为代价的；反过来说，其他部分的萎缩又以其余部分的发展作为补偿。其实，人的进化何尝不是如此呢？随着大脑和手的高度进化，人的脚退化了，盲肠和动耳肌退化了，尾巴消失了。这也符合达尔文提出的用进废

23、退法则;.逐渐失去功能的器官终于成为肢体上多余的部分，这不仅是个累赘，而且继续维持它们的存在还要消耗能量，假如不退化以至于消失，那就不符合大自然的简单性原理;了。简单性原理完全可以充当科学理论的美学标准。一种理论是否深刻，就看它能否从尽可能简单的前提推导出尽可能众多的结论。理论所要求的先决条件越少，所带来的信息容量越大，则其科学价值和美学价值就越大。牛顿力学就是这样的理论体系。而欧几里德几何学更是这种理论体系的典范，它的出发点只是几条公理，它的手段无非是逻辑演绎推理，而非凡的数学家却由此建造出富丽堂皇的几何学大厦。数学定律不仅是真理，也应是简洁美的化身。简洁就是美。例如，两点确定一直线；三点确

24、定一平面；三角形的内角之和等于180 度。这些命题，其正确性是无可争议的，而且也都是以简洁的文字表达的科学真理。而真理本身就应是简洁的，尤其是用汉语这种无与伦比的简洁语言进行表述，真理终于成为简洁美的典范。如果科学的某种理论不美，例如某一物理学方程在数学上不美，未能简洁地概括自然界的规律，那么，这种理论、这个方程的正确性就值得怀疑。这里强调的是：不美的东西往往不真。而通常的说法是：真善美，真字当头。不真的东西必定不美。美字当头;-这在科学发展史中可谓屡见不鲜。在通常的情况下，大自然的色彩以简洁为美。天空和海洋选择蔚蓝，森林和草原选择碧绿，雪山和极地选择雪白。七色缤纷的彩虹总是短暂的，而万紫千红

25、的春天一般来说也不长久。这似乎给人类某种启示：不要把简洁看作寒碜和贫乏，简洁也是一种美。在艺术世界里，可以说到处闪现着简洁美的光彩。音乐是优美动人的听觉艺术。音乐家只用那简单的五线谱和极为有限的音符就能表现出人类极为复杂的感情世界。可以说，音乐是以少许反映纷繁，以有限表现无限。舞蹈家们也往往以简洁的舞步表现出大千世界的万种风情，用一个优美的身姿折射出人间的世情物态和喜怒哀乐。绘画艺术也往往把简洁作为极力追求的目标。色彩的繁杂叠加并不意味着画面的美好，万花筒里的七彩缤纷并不是艺术。绘画是以瞬间包容始末，以局部表现全部。建筑作为一种造型艺术，也追求一种简洁、明快的风格。美国的白宫，以其纯白色调和整

26、体玻璃幕墙而光华四射；中国的故宫，红墙、黄瓦辅以汉白玉柱、青砖路，显示一种古朴简洁之美。艺术，就意味着舍弃和截取。音乐舍弃不必要的音响，绘画舍弃不必要的色彩，舞蹈舍弃不必要的动作，雕刻舍弃不必要的石头，而文学，则截取与主题有关的某一部分素材（称为题材;）来构思成篇。洋洋数十万言的红楼梦，细致入微地描写了封建末世贾、史、王、薛4大家族的衰落史和宝黛;爱情悲剧，但它也是简洁美的化身。如果事无巨细尽书其上，恐怕10 部红楼梦的篇幅也不够用，而且那已变成了流水账，而不是什么艺术。由此可见，文章的简洁与其篇幅并没有绝对的联系。这正如清人魏际瑞在其伯子论文中所说：文章繁简，非因字句多寡，篇幅短长。若庸絮懈蔓，一句亦谓之烦；切到精详，连篇亦谓之简。在文学领域中，诗歌堪称简洁美的典范。诗歌的艺术构思，决不采取乌龟那样的爬行，而是采取袋鼠那样的跳跃。在跳跃之中，诗歌便省却了对于散文来说必不可少的关联词语和中间环节，又舍弃了对于常人来说不能避开的许多平淡无奇的时间和空间，这不仅使得诗歌语言成为各种文体中最精炼的语言，而且造就了具有审美价值的空白;.简洁-是诗歌重要的艺术特征；而跳跃-则是实现简洁的重要艺术手段。诗歌构思的跳跃，有多种形式：其一，时间的跳跃。如齐鲁的落叶；编辑：豫 民