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科学与艺术

时间:2011-05-23 15:41:27  来源:  作者:

科学与艺术

 

一般而言,科学,或者准确的说是自然科学,特别是自然科学之基物理学,与属于人文科学的艺术有着巨大的区别。

 

因笔者为理论物理专业学生,对东西方美术有一定的了解,所以本文将主要探讨物理学与艺术的相互交融,本文所指的艺术以美术作品,特别是以西方美术为主。

 

具体来说,科学的本质就是观察和探究我们周围的世界,试图从已知事物中确定某些潜在的秩序和模式,以客观的语言描述世界,不带任何主观的臆测。特别是物理学,作为科学的一部分,主要研究无生命的世界,而且力图确认最基本的原理和统一的规律,对人生,对喜怒哀乐毫不涉及。

 

而艺术,作为人文科学的一部分,艺术是人的艺术,必然与人性有着千丝万缕的联系,或者说,艺术来源于人的思想,来源于人类主观的一面,艺术的源泉是人类丰富的想象力,以艺术的独特手法表现精神世界。

 

一般而言,艺术创作幻象以表达情感,其语言是图形和比喻;物理学是一门严格意义上的实证科学,根植于可观测世界的清晰的数学关系,数字和方程是它通用的表达手段。

 

从这一层次,科学与艺术之间存在着巨大的鸿沟,两者之间似乎毫不相干,科学家不需要去关注艺术,而艺术家也不需要去学习科学定律。

 

但是,另一方面,科学和艺术又同属于人类文明,属于人类伟大创造力的伟大成果。下面我们来分析两个时代的艺术与物理学,我们将看到,艺术和科学有着密切的联系。

 

首先是文艺复兴时的科学与艺术。

 

真正的科学和艺术,或者说现代意义上的科学和艺术是从文艺复兴开始的。

 

物理学方面。真正的物理学是从伽利略开始的,伽利略被誉为自然科学之父,或者物理学之父。伽利略的伟大贡献之一是他确立了严格的、科学的物理学研究问题的方法,使物理学成为一个独立的学科。这里,特别要提到他的两个贡献,其一是在物理学中引入参考系的概念,其二是著名的伽利略相对性原理,这两个概念的重要性对任何一个熟悉经典力学的人都不会陌生,这里,我们会看到它们在艺术领域的应用。

 

要精确描述一个物体的运动,我们必须寻找另一个物体作为参考,就像在空中高速飞行的飞机,对坐在飞机上的人来说,飞机是静止的,但对地面上的人来说,飞机在高速飞行。这种作为参考的物体,在物理学中,被成为参考系或者参考物。同一物体的运动,选取不同的参考系,这一运动就会有不同的方程式来描述,通俗的讲,就是在不同的参考系下,同一物体的运动情况是不同的,这叫做运动的相对性。

 

进一步的分析,我们还能得到另外一个事实,如果我们确定一个绝对静止的参考系,不妨称其为绝对系,那么,对于对绝对系做匀速直线运动的参考系,这种参考系被称为惯性系,在描述力学过程时完全等效,就像我们坐在匀速行驶的火车中,如果我们不看火车外面且假设火车没有颠簸,那我们是无法确定火车是运动还是静止。用物理学的语言说,我们无法通过力学实验区分惯性系。

 

伽利略逝世那年的圣诞节,经典力学的集大成者牛顿出生,牛顿这一有史以来最伟大的科学家之一,建立起完整的经典力学体系。牛顿继承了伽利略的思想,并断言:空间和时间是绝对的,独立于一切物体之外。空间和时间是一个不变的舞台,而所有的物体都是这个不变舞台中的演员。参考系的选取是任意的,但是在所有的惯性系中,必然存在一个惯性系和绝对空间保持静止,这个惯性系便是前面提到的绝对参考系或叫绝对系,绝对系具有绝对优先的地位。

 

艺术方面,文艺复兴的艺术是从乔托开始的,乔托被称为西方绘画之父,他奠定了文艺复兴现实主义艺术的基础。乔托的最大贡献在于透视画法的发明。绘画是一个二维的平面艺术,但我们所生活的空间是一个三维空间,如何在二维的画布上准确的表达我们所生活的三维空间是个重要的绘画技法。乔托以前,艺术家不懂透视法,所画作品缺乏立体感及真实感,但乔托改变了这一现象。

 

透视法利用在画布上使用不同的比例,包括不同物体之间的不同比例与同一物体不同部分之间的不同比例,从而用自然的法则拉开了人物之间和人物与背景之间的距离,用线条的透视原则在平面画布上构起一个真实的三维空间,使我们能够在二维的画布上感受出深度这第三个维度,使绘画充满立体感与真实感。

 

透视法产生了景物由近至远,按比例缩小并在“没影点”消失的视觉效果。就像日常生活中,站在一个很长的马路中时,我们会看到两旁的树在远处交于一点。为达到这一效果,作画者必须找到一个基准点,一个优先的、最佳的观赏点,称之为优先点。原因很简单,仍以马路为例,如果我们不是站在马路中间,便不会看到马路两旁的树交于远方一点的景象。

 

从上面对物理学和艺术的叙述中,已经很容易看出物理学和艺术在思想上的相互交融。如在透视法中,优先点的选择和经典力学中绝对系在思想上可谓是如出一辙。

 

另外,艺术方面,乔托生于1267年,而文艺复兴艺术的集大成者、被誉为文艺复兴艺术三杰的达·芬奇、米开朗琪罗和拉斐尔生活在15至16世纪。而物理学方面,伽利略生于1564年,牛顿生于伽利略逝世那年,即1642年的圣诞节。均以两方面的集大成者比较,二者相差了两个世纪,也就是说,艺术家早于物理学家两个世纪在他们的画布上表达了对空间的理解。和现在的科学相比,牛顿的经典力学和日常生活的联系的比较密切的,而文艺复兴发展起来的写实主义艺术又正是对真实生活的准确表达,两者在思想上的共通是必然的。特别的,艺术家早于科学家找到了我们这个世界的运行方式,并在画布上表现出来让大众去理解、去品味,使我们从视觉角度、从感觉得到享受;而物理学家,用方程式精确的描述我们这个世界,这些方程式虽然不能为大众所普遍理解,但是方程式所带来的效应使全人类收益无穷,几次科技革命便是最好的证明。在这一点上,艺术和科学追求着同样的目标。

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