《論科學美及科學審美作》的論文

　　內容提要：本文說明科學美是確實存在的，科學是真與美的統一，科學美是美的一種高級形式，科學美的形態可分為科學事實美、科學理論美和科學實驗美三方面，并一步論述了科學審美在科學創造中三種作用。

　　關鍵詞： 科學美 形態 科學事實科學理論科學審美

　　一、科學美客觀存在

　　正象在是否存在藝術美的問題上藝術家最有發言權一樣,在是否存在科學美的問題上科學家也最有發言權。很多著名科學家都在各自的科學實踐活動中感受、體驗和發現科學美的存在。毫無疑問，很早科學家們就懂得科學中蘊含奇妙的美。哥白尼在《天體運動論》中第一句話是“是哺育人的天賦才智的多種多樣的科學和藝術中，我認為首先應該用全副精力來研究那些與最美的事物有關的東西”。哥白尼選擇這樣一句話開始他的著作，清楚地表明了他是多么欣賞科學中蘊含的美。愛因斯坦曾稱贊玻爾所提出的原子中的電子殼層模型及其定律是“思想領域中最高的音樂神韻”，而愛因斯坦的相對論則被不少科學家譽為物理學中最美的一個理論,玻恩說它“象一個被人遠遠觀賞的藝術作品”。玻爾茲曼曾經把麥克斯韋關于氣體動力學的論文當作神奇壯美的交響樂來欣賞。盡管科學家們對科學美的闡述大多是零散的、缺乏系統的,但他們對科學美的肯定則是不容懷疑的。科學美是美的一種高級形式,是人按照美的規律創造的結晶。它是在人類審美心理、審美意識達到較高的發展階段,理論思維與審美意識交融、滲透的情況下產生的。科學美客觀地存在于人類創造的科學發現和發明之中,它是人類在探索、發現自然規律的過程中所創造的成果或形式。

　　二、科學是美與真的統一

　　科學的對象首先是自然世界。科學的目的在于揭示自然的奧秘,見出自然的真貌,反映自然的規律。自然界在外觀上紛繁復雜,似乎雜亂無章,但在實質上和諧統一,具有規律可尋。宇觀世界如此,微觀世界亦然。科學研究就是要力圖把握自然的統一與和諧。一種科學理論成果,如果揭示了自然界的規律,反映了自然界的和諧,它就不僅是“真”的,而且是“美”的。科學的最高境界便是這種真與美的統一。科學史上,歐幾里德的幾何學,愛因斯坦的相對論,普朗克的量子論等等被人們稱為“科學的藝術品”,決不是沒有道理的。科學美的實質在于反映自然界的和諧，科學(科學實驗、理論、公式)之所以美,首先在于它能夠把握客觀實在,反映自然界的內在和諧。愛因斯坦曾指出:要是不相信我們的理論構造能夠掌握實在,要是不相信我們世界的內在和諧,那就不可能有科學。自然的和諧與統一決定了科學理論的和諧與統一,是大自然的和諧之美決定了科學理論的和諧之美。

　　三、科學美的形態

　　科學美的形態可分為科學事實美、科學理論美和科學實驗美。

　　1、科學事實美

　　科學事實美是自然界和諧的結構和運動形式等客觀存在著的科學研究對象的美。它是一種內在的理性美，它不是由感性直觀而是由純粹的理智所能感受的。科學事實對常人也許并不能起到特別的美感，但科學家卻能感受到它迷人的美的特質。例如，達爾文把他所看到的熱帶植物描繪成永遠留在人們心中的“一幅雖不清晰但卻無限美麗的圖象”。達爾文每當談到一草一木時，都把它們看成活的、有人格的東西。即使在通常看來外觀形式極不相同的自然對象那里，科學有也能夠感受到相同的美。比如，物理學家研究針尖上原子的排列，昆蟲學家分析蚊子眼睛的結構，化學家觀察晶體的顯微結構和物質的分子結構，都可以在不同的對象身上感受到一種對稱之美。

　　2、科學理論美

　　一種科學理論如果能以盡可能少的基本假設，運用明晰而嚴密的邏輯工具推演出具有普遍深遠含義的結論，得出簡單、對稱的方程和公式，做出精彩的科學預見，這種理論就被科學家們稱之為美的。歐幾里德平面幾何學可以說是科學理論體系美的典范。整個理論從十條公設和十條公理出發，演繹縝密而引人入勝。許多科學家稱這為“雄偉的結構”，“巍峨的階梯”。愛因斯坦的廣義相對論，更是被無數科學家稱贊為偉大的科學藝術品。

　　3、科學實驗美

　　科學實驗美指的是科學實驗設計及其實施過程中的科學美。它包括實驗指導思想的創造性，實驗裝置設計的新穎性，以及實驗技術與操作過程中的藝術性諸因素。科學實驗美從設計到實施都讓人感到嚴謹、準確、簡潔、有序，富有藝術的韻律感，富有類似藝術審美的魅力。從美感效應來說，科學實驗的巧妙和巨大成功，帶給實驗者的審美愉快不亞于完成了一件藝術杰作。杰出的實驗科學家常被人稱之為實驗藝術家。德國物理學有維恩稱贊俄國科學家列別捷夫測量光壓的實驗是“極其美妙的”，甚至認為他實驗技巧之高是別人難以企及的。美籍華裔學者吳健雄也是當代最杰出的實驗物理學家之一。她以非凡的實驗才能，為諾貝爾獎金獲得者李政道、楊振寧的“在弱相互作用下宇稱不守恒“假說作了驗證實驗，其實驗超乎尋常的難度曾使不少科學家望而生畏。她的無與倫比的實驗成績設計取得了巨大的成功，在實驗科學史上寫上了光輝的一頁，同是也為實驗美增加了一個精彩的范例。

　　四、科學審美在科學創造中的作用

　　審美在科學研究領域的重要意義在于它能推動科學創造。科學研究是以求真為最高目的的，但由于美是那樣具有極大的魅力，是那樣切合人性的需要，愛美作為人的本質力量之一必然自覺不自覺地貫穿到人的一切活動中去。具體地說，審美對科學創造的作用可分為動力作用、啟迪作用和預構作用。

　　1、科學審美的動力作用

　　對科學現象美的興趣、好奇可激發科學家探索的欲望，形成他持久的動力，激活他的創造性思維和創造性想象。面對紛繁復雜的科學現象，科學家總是力求尋出其內在規律，而試圖建構一套美的符號體系，以最準確、最簡潔、最概括地傳達所發現的規律。愛因斯坦對于理論建構時的美學動機十分重視，他堅信優美的數學形式和現實物理世界一定有著必然的聯系。追求科學理論的不斷完美，成為科學家進行科學創造的恒久動力。很多科學家是自覺依據審美價值尺度,按照美的規律從事科學研究和科學創造的，認為科學理論不僅應當是真的，而且應當是美的。法拉第在研究電場和磁場的關系時，為了清晰地表述出自已的科學思想，嘔心瀝血。一段時間內，他的正確思想由于未能找到合適的形式表達，因而不能為人們所理解。這一工作后來由擅長數學的麥克斯韋完成了。他用簡潔的數學形式不僅很好地表達出了法拉第的科學思想，而且在原有思想基礎上又有了新的突破。

　　2、審美的啟迪作用

　　美是通過事物的形式表現出來的，因而具有一定的感性直觀性。科學審美啟迪也具有形象性特點，魏格拉提出大陸漂移說理論，就是得益于此。大陸漂移說是魏格拉受到地圖上大陸邊緣圖形吻合的啟發而提出來的。他從地圖上得到啟發后繼續深入研究，最后得出了科學的理論。在科學史上，科學家和藝術家集于一身是不乏其人的。許多科學家有很好的藝術修養。因此，從藝術的審美中受到啟迪的事例在科學研究中也比比皆是。偉大的天文學家開普勒在研究行星的運行規律時，就受到過家鄉民歌《和諧曲》的啟示。他將行星圍繞太陽運轉的角速度與樂曲的和諧旋律作類比，由此進一步研究，最后得出了行星運動的三大定律，成為“天空立法者”。

　　3、審美的科學預構作用

　　審美預構是科學家在科學資料、實驗設備缺乏的情況下，受到相關領域中事物的美學特性的啟發，以美引真，提出科學理論的過程。真的科學理論必然是美的。科學現象表面雜亂無章，可現象的相互聯系和相互作用中必具有和諧性和秩序性，必具有簡單、對稱等美學特性。門捷列夫的元素周期表的創制是以美求真的范例。門捷列夫根據自己現有的材料和審美經驗，提出了元素性質按原子量遞增而呈現周期性變化的規律的理論。門捷列夫根據他的科學美學思想，將當時已知的63種元素排成一張周期表，并探討元素化學性質和原子量之間的關系。當時科學界公認鈹的原子量是13.5，應排在第四類。可依據其化學性質，應排在第二類。從周期表的完美性出發，門捷列夫將鈹放在第二類。最后經過精確測定，鈹的原子量為9.4，理應歸入第二類。這一事實正是出自他信奉的科學美學原則：真的理論必然是美的。從這一科學美學思想出發，他預言了三種未知元素的化學性質，認定它們的性質分別與硼、硅、鋁相似。后來發現的這三種元素鈧、鍺、鎵與他根據周期表預言的化學性質相同。

　　對科學美的好奇和追求可成為科學創造的心理力量，推動科學家不懈地去探索宇宙的奧秘，發現自然的規律，取得創造性成果。同樣科學成果也將給美學提供豐富的內容。所以，科技工作者在進行科學研究時，不僅不應忽視科學美，還應加強美學方面修養，注意美學原則，既求真又求美。

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