《大学物理》课程教学资源（文献资料）物理学和艺术的统一

物理学和艺术的统 大家都知道，物理学和艺术各自有其专门的丽究领域，各自从不同的途径、不同的角度、不同的 层次、用不问的方法，帮助人类去认识世界和改造世界。然而，它们却如同一对李生兄妹，形影不离 地发展着。事实上，物理学和艺术之间存在着交叉，存在着渗透，存在着融合，它们有相通之处，有 内在的统一性。正如1970年诺贝尔物理学奖获得者阿尔分所说：“像画家运用色调，雕刻家利用石 膏，音乐家通过音符来表达自己的见解和感受一样，科学家们是通过似平是周用的浓缩物的公式和定 理来表现自己的高水平的关感的。” 进 土垦木星火 老兰4 地球金量水量 图1开普勒的行星协奏曲 古希腊人曾强烈地致力于自然界中和诺的研究，并认为音乐仅是自然界和诺中的一种。德国物理 学家开普勒曾说：“天体的运动只不过是一首歌，一首连续的、有几个声部的歌。”在他看来，有声 的乐调固然很美，但有调无声的仙曲则更美，因为它只对人类的灵魂吹奏。他反复计算了有关行星近 日点和远日点的运动速度和各种比例关系，并从研究一首古老的名为《和谐的序曲》的乐曲中受到后 发，终于得到TT2cD3(这里了为行星绕日运动的周用，D为行里距太阳的距离)的关系，进而 谱写了行星运动这首不能为听觉所感知，却可以为思潍所理解的“直接用乐谱、广为使用音乐语言” 的行星协奏曲（如图1所示），并通过他的行星运动第三定律表达出这首乐曲的主调。 众所周知，皮埃尔·居里夫妇开创了原子时代，导致了原子能应用的研究。可是，由此而产生的 原子核裂变的应用和原子弹的研究，却是在20世纪40年代才兴起的。但诗人安德烈·贝雷早在1919 年就写下了这样的诗篇： “居里的实验室里，世界在燥炸 用的是原子裂变的爆炸 一道道电子流

大家都知道，物理学和艺术各自有其专门的研究领域，各自从不同的途径、不同的角度、不同的 层次、用不同的方法，帮助人类去认识世界和改造世界。然而，它们却如同一对孪生兄妹，形影不离 地发展着。事实上，物理学和艺术之间存在着交叉，存在着渗透，存在着融合，它们有相通之处，有 内在的统一性。正如 1970 年诺贝尔物理学奖获得者阿尔分所说：“像画家运用色调，雕刻家利用石 膏，音乐家通过音符来表达自己的见解和感受一样，科学家们是通过似乎是周围的浓缩物的公式和定 理来表现自己的高水平的美感的。” 古希腊人曾强烈地致力于自然界中和谐的研究，并认为音乐仅是自然界和谐中的一种。德国物理 学家开普勒曾说：“天体的运动只不过是一首歌，一首连续的、有几个声部的歌。”在他看来，有声 的乐调固然很美，但有调无声的仙曲则更美，因为它只对人类的灵魂吹奏。他反复计算了有关行星近 日点和远日点的运动速度和各种比例关系，并从研究一首古老的名为《和谐的序曲》的乐曲中受到启 发，终于得到了 （这里 T 为行星绕日运动的周期，D 为行星距太阳的距离）的关系，进而 谱写了行星运动这首不能为听觉所感知，却可以为思维所理解的“直接用乐谱、广为使用音乐语言” 的行星协奏曲（如图 1 所示），并通过他的行星运动第三定律表达出这首乐曲的主调。 众所周知，皮埃尔·居里夫妇开创了原子时代，导致了原子能应用的研究。可是，由此而产生的 原子核裂变的应用和原子弹的研究，却是在 20 世纪 40 年代才兴起的。但诗人安德烈·贝雷早在 1919 年就写下了这样的诗篇： “居里的实验室里，世界在爆炸， 用的是原子裂变的爆炸； 一道道电子流

成了无形的大居杀。” 物理学与诗歌、音乐之闻的融合是如此玄妙，这深刻揭示了科 学与艺术之间内在的必然联系。 物理学与艺术的交融、统一，除了音乐、诗外，从不同角度描 述，还有不同的表现。从静态角度来看，形式美的组合规律-简单性、对称性、和谐统一性等是科学 与艺术都共同遵循的特性。就简单性而言，艺术创作的目标是追求简约，渴望简单。科学的伟大目标 是“要从尽可能少的假设或公理出发通过逻辑演绎，概括尽可能多的实验事实，”在绘画、雕塑、建 筑等艺术中，讲究均衡、对称之美，将节奏、韵律视为艺术的生命。物理学中，描述自然的基本规伸 一守恒定律都各自与某种对称性紧密相连。被称作“关学上真正完关的对称形式”的麦克斯韦方程组、 狄拉克系列方程和杨一密尔斯规范场理论等，都具有同样对称、优美、整齐的形式。艺术家将相互对 立、相互排拆的因素组合在一起形成和谐的 比非对立因素的统一更具有美的魅力。物理学 则将包含整体有机性、整体内部诸要素之间的 对称性、比例协调性和结构合理性、运动发展 具有的规律性、物质系统之同的相似性等纳入 个和谐统一的总体。 从动态角度来考察物理学与艺术的内在 统一性，可以看到：自古至今在艺术关的鉴赏 与创作中，人们曾一次一次地体验过腺我的 “关”：在科学认识的历史长河中，人们曾发 现过“混沌之道”。对于文艺作品，无论是创作还是欣赏，人们都讲求“韵味”。从创作者来说。是 他通过匠心营造的“意境”，为脉资者提供审关再创造的空间：对欣赏者而言，是他们在此基础上适 过悉心体味、领悟而获得审关再创造的具体感受。在人类对自然界进行探索和科学认识的进程中，方 法论上存在着朴索整体论一一传统分析论一→科学系统论这样一个螺旋式的上升过程，与此 过程相应的是三个不同的发展阶段，即遵循着模懒一→清一→模糊的脉络。而且，最后阶 段的“模糊”是模糊与清嘶在更高层次上的综合，是高级形态的模糊，是精确的升华，是人类长朔地 向精确化目标探索之后所获得的最高报偿

成了无形的大屠杀。” 物理学与诗歌、音乐之间的融合是如此玄妙，这深刻揭示了科 学与艺术之间内在的必然联系。 物理学与艺术的交融、统一，除了音乐、诗外，从不同角度描 述，还有不同的表现。从静态角度来看，形式美的组合规律-简单性、对称性、和谐统一性等是科学 与艺术都共同遵循的特性。就简单性而言，艺术创作的目标是追求简约，渴望简单。科学的伟大目标 是“要从尽可能少的假设或公理出发通过逻辑演绎，概括尽可能多的实验事实。”在绘画、雕塑、建 筑等艺术中，讲究均衡、对称之美，将节奏、韵律视为艺术的生命。物理学中，描述自然的基本规律 -守恒定律都各自与某种对称性紧密相连。被称作“美学上真正完美的对称形式”的麦克斯韦方程组、 狄拉克系列方程和杨-密尔斯规范场理论等，都具有同样对称、优美、整齐的形式。艺术家将相互对 立、相互排斥的因素组合在一起形成和谐的、 比非对立因素的统一更具有美的魅力。物理学 则将包含整体有机性、整体内部诸要素之间的 对称性、比例协调性和结构合理性、运动发展 具有的规律性、物质系统之间的相似性等纳入 一个和谐统一的总体。 从动态角度来考察物理学与艺术的内在 统一性，可以看到：自古至今在艺术美的鉴赏 与创作中，人们曾一次一次地体验过朦胧的 “美”；在科学认识的历史长河中，人们曾发 现过“混沌之道”。对于文艺作品，无论是创作还是欣赏，人们都讲求“韵味”。从创作者来说，是 他通过匠心营造的“意境”，为欣赏者提供审美再创造的空间；对欣赏者而言，是他们在此基础上通 过悉心体味、领悟而获得审美再创造的具体感受。在人类对自然界进行探索和科学认识的进程中，方 法论上存在着朴素整体论 传统分析论 科学系统论这样一个螺旋式的上升过程，与此 过程相应的是三个不同的发展阶段，即遵循着模糊 清晰 模糊的脉络。而且，最后阶 段的“模糊”是模糊与清晰在更高层次上的综合，是高级形态的模糊，是精确的升华，是人类长期地 向精确化目标探索之后所获得的最高报偿