第七章科学美

4.对称性
• 古希腊人认为在各种图形中圆形最美。比亚里士多德 更早的希腊哲学家巴门尼德（Parmenides of Elea，公元 前5世纪）曾提出，宇宙犹如一个滚圆的球体，从中心到 每一边都距离相等。各种几何图形中，圆形具有最高的对 称性，因此，这说明了圆形和球体美的秘诀：对称。
《晨》与《夜》
3.和谐性
• 复杂的自然界本质上之所以具有简洁性，是因为它还具 有另一个特征—和谐性。“美是和谐”的观点是古希腊美 学家毕达哥拉斯所提出的，他用这个观点解释了宇宙的构 成和宇宙的美。量子力学的创立人之一海森堡（Werner Heisenberg，1901～1976年）把毕达哥拉斯的发现说成 是“人类历史上的一个真正重大的发现”。直到今天，现 代宇宙学的发展也证明，宇宙是一个“简单、和谐”体系。 就像开普勒继承和发展了哥白尼以前的宇宙和谐观念一样， 今天的宇宙学是继承和发展了开普勒、牛顿的宇宙和谐观 点，从哥白尼到现代宇宙学的 300 多年发展道路中，宇宙 和谐的科学美学观始终启迪着人们的智慧。
（二）美与天文
• 几千年的历史证明，科学受到一定文化背景的影响，科学 史上有名的地圆说就是一个例证。“大地是球形”这个论 断最早见于古希腊的文献。之后，西方天文学家都接受了 这个观念。而在中国古代没有清晰的地圆观，而是认为 “天圆地方”。由此，东西方的审美视差，造成了不同科 学观念。15世纪，郑和七次下西洋，虽然是人类历史上最 早的航海壮举，都没有完成重大的航海突破——“环球航 海”。100多年后西班牙的航海家麦哲伦的船队实现了这 一壮举，这是西方对宇宙的不同美学观念的直接结果。
（一）科学美的产生
• 科学美学思想发端于古希腊，毕达哥拉斯被后人尊为科学 美学的鼻祖。在自然哲学繁荣的古希腊，论辩成风，为科 学美学的发展造就了良好的气候和土壤，但是，无论是西 方的希腊，还是东方的中国，在它们史前的古代，都没有 科学的著作，只有精彩的神话传说。
二、科学美的基本特征
• 具有美学和哲学思维的科学家们，不仅肯定了科 学一般的审美标准，还具体的论述了一系列科学 美的范畴，为分析科学美的特征提供了基本原则 和依据。根据科学理论的审美实践，科学美具有 以下特征： • 真理性、 • 简洁性、 • 和谐性、 • 对称性。
1.真理性
• 在美学史上，美和真这两个概念常常有机地联系 在一起。虽然科学美离不开真，但美又不等同于 真。从科学美学的角度来看，真只作为其中的因 素潜在于美之中。对此，美籍印度 物理学家 钱德 拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar， 1910～1995年） 深有感触地说：“我们有根据 说，一个具有极强美学敏感性的科学家，他所提 出的理论即使开始不那么真，但最终可能是真的。 正如济慈很久前所说的那样：‘想象力认为美的 东西必定是真的，不论它原来是否存在。'”因此， 我们在探讨科学美的基本特征时，首先看到它的 是真理性。
一、科学鉴赏力的形成 • 科学鉴赏力是指一个人对科学美的感受，理解、评判和 审视能力。不懂数学的人对于方程： U 1 X 1 +U 2 X 2 +U 3 X 3 =0 ；难以获得美的感受，更谈不上理解与评判； 对于一名中学生，他不仅知道这是一个齐次方程，而且当 系数 U i 和变数 X i （ i ＝ 1 ， 2 ， 3 ）间协调对称，方 程的构造方式整齐新颖时，就会有美的感受。而对于一名 数学专业的大学生而言，点与线轨迹的运动，形成明亮的 光线和流星，在他的脑际间就可能呈现出一个美丽的星空， 使人感到兴奋与愉悦。方程具有较美的美学价值，推动了 理性的发展，但是不同的鉴赏者所获得的美感差异，说明 了对数学美的鉴赏力的差异。
2.简洁性
• 科学美的简洁性特征，来自科学理论的简洁性特 征，这种自然界的简洁性本质，反映在科学理论 上即是真。这种简洁性要求科学家在科学研究过 程中，从繁杂的自然现象中去粗取精、筛选提炼， 概括出简明的理论和规律。正如牛顿所说：“自 然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸 耀自己。”数学家欧几里德的几何学可以说是这 种简洁美的典范，它从六个原始概念，五组20条 公理出发，演此丰富内容的同 时，就会产生一种审美的快感。因此，越是简洁 的科学理论，其科学美学价值越大，简洁性增强 了科学美的魅力。
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• 科学鉴赏力的培养与形成应具备 6 个条件： • 1.有科学的思维能力。对科学美要能做到理解和评 判，必须通过大脑的思维，因此科学鉴赏力不仅不是 天生的，而且后天存在着较大的差异。 • 2.有一定的科学实践和对科学理论的审美实践。 • 3.养成一定的审美习惯。审美习惯可以使人获得较 多的有关美的信息刺激，强化人的美感直觉。 • 4.具有比较鉴别的才能。对科学美的比较鉴别，不 仅有利于判断出两种理论的科学美学的价值，还可引 起审视者的创造冲动，确立正确的研究方向。 • 5.有对科学美的兴趣、好奇和追求的激情。 • 6.有艺术情趣。利用艺术隐喻的巧妙性和美感，对 物质世界进行思考，提高科学美的鉴赏力。
第七章
科学美
第一节 科学美的本质与特征
• • • • • • • • 一、科学与美 科学 家居里 夫人说：“科学的探索研究， 其本身就含有至美。”因此，科学美是用科 学手段创造的一种建筑在自然美之上的高 级形式的美。反映自然规律的科学理论、 定律、公式均具有美的性质。当人们面对 这些科学成果的时候，发现它们不仅有科 学价值，也有美学的鉴赏价值。
第二节 科学美的表现形式 科学研究中产生的概念、学说，以及物质世界运动 变化的规律，都是以一定的形式表现出来的。从不 同的角度审视，科学美的表现形式分为三个方面。 • 一、科学的层次美
• 二、科学的结构美
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三、科学的模型美
一、科学的层次美
二、科学的结构美
三、科学的模型美
第三节 科学美的鉴赏
二、科学美赏析
• （一）美与数学 • 数学美具有和谐、统一、有序、对称、匀称等特 征，作为自身的个性，逻辑美在其中尤其突出。 • 科学美的有序、对称、匀称，在数学上常常体现 在一些美妙的比例上。毕达哥拉斯“美是和谐和 比例”的观点被后人当作科学美学的发端，说明 了比例是科学美的一条重要标志。 • 毕达哥拉斯把比例用到音乐的研究上，发现 声音的质的差别。他总结出两条音乐与数的关系 的原理。弹弦所发出的声音的音高取决于弦的长 度；绷得同样紧的弦，如果它们的长度成整数比 就会产生谐音。在此基础上，他不仅制定了音阶， 还根据他认为美的一些比和比例关系，提出了两 个数的算术平均值、几何平均值等概念，研究了 它们之间的关系。