文/文匯講堂 童毅影
科學與藝術都以各自的方式孤獨地存在著，在思維模式、表現形式上，兩者所表現出來的差異，就好似是兩條平行線，永不相交。但是，科學與藝術之間距離並不真的如我們想象般那麽觸不可及。在講堂第100期的活動上，我們曾經邀請八位學者進行對話，就科學精神與人文精神的融合以及再創造進行過一次大討論。那天，我們從科學創新、人文價值導向的大角度對科學與藝術的問題做了一番探索。
近日，上海圖書館策劃了一系列講座，邀請到如諾貝爾物理學獎獲得者理論物理學家弗朗克·維爾切克，同濟大學數學科學院教授梁進，中國科學院院士、概率論與隨機分析學家嚴加安，複旦大學上海醫學院內科學教授楊秉輝，《自然雜誌》編審林鳳生等科學家，從他們的科學思維出發，對藝術、特別是對世界名畫進行了分析，從具體實踐的小角度對科學與藝術進行了一次交叉研究。
多位學者做客上圖，對科學與藝術進行交叉研究
藝術與科學的高維聯通
同濟大學教授梁進是一名金融數學老師，但她還在同濟大學開設了一門《數學文化》的選修課，她從來反對在高中階段的文理分科，強調藝術與科學的結合。最近她出版了一本新書《名畫中的數學密碼》，被中國圖書評論學會評為中國好書。在講座一開始，梁進就說，人們總是認為“數學家總是癡癡呆呆，藝術家各個瘋瘋癲癲。”但兩者共性在於在思維方式上對創作和發現的強調。作為數學家，梁進認為數學與藝術是高維聯通的。雖然藝術表現的是形象思維的高度抽象，而數學則是邏輯思維的高度抽象，但是數學研究數和形，它包含著形象邏輯，而藝術也講究邏輯，因此在哲學層面上兩者殊途同歸。
同濟大學教授梁進最近出版了新書《名畫中的數學密碼》，被中國圖書評論學會評為中國好書
數學與藝術都追求“真”和“美”，歐拉公式被譽為最美的公式
同樣地，我國著名的數學家嚴加安更是將藝術與科學緊密聯繫起來，強調藝術的科學化、科學的藝術化。嚴加安用八個字概括了他對美的定義，那就是“大道至簡、大美天成”。他認為無論是數學之美亦或是藝術之美都離不開這來源於中國古典哲學經典的八個字。他認為無論是數學還是藝術都以追求一種普遍性和永恆性為己任，也就是追求“真”與“美”。科學之美體現在至簡與和諧上，而藝術之真則表現在藝術家對於事物本質的揭示。同樣的作為數學家，無論是梁進亦或是嚴加安都向在場的聽眾們展示了數學裡最美的公式——歐拉公式，正因為歐拉公式的精簡才被稱為是最美的公式。
我國著名的數學家嚴加安更是將藝術與科學緊密聯繫起來，強調藝術的科學化、科學的藝術化
對稱推動了繁衍：遵循此原則就可能構思精妙作品
因在誇克粒子理論方面取得成就，而獲得2004年諾貝爾物理學獎的弗朗克·維爾切克，在他名為“Crossroads of Science and Art”（科學與藝術的十字路口）的講座中，實際上談到了在十字路口相遇而融合的科學與藝術。他認為，科學與藝術是可以相互映照的。正如科學和藝術都將世界的根本闡釋為對稱與繁衍。從古至今人們都把對稱看作一種美的象徵，不同的文明歷史當中，都將對稱運用到各個方面，裝飾的牆紙、壁畫、馬賽克等都偏愛對稱的概念。自然界中也很喜歡運用對稱的方程式來演繹它的許多現象，物理學中有個局部對稱的概念，一個方程式在不同的條件下會發生改變，但是整體上來說依舊是對稱不變的。繁衍的概念是指當你把很多簡單的事物放在一起後，往往會得到一些複雜又精妙的結構。可以說是對稱推動了繁衍。在自然界中隨處可見，對稱結構的不斷重複，構造了一個美麗複雜的生命體。當我們想要設計出一個複雜的結構的時候，只要遵照著對稱與繁衍的概念就有可能構成一幅精妙的作品。
獲得2004年諾貝爾物理學獎的弗朗克·維爾切克
藝術的隱喻與科學的發展
在不具有專業知識的人看來，無論是科學還是藝術都存在著令人難以解讀之處。然而，研究藝術與科學融合的科學家們卻說藝術常常是科學的隱喻。維爾切克在講座中就談到藝術所能夠體證的科學概念。他舉例說，理查德·費曼所繪製的費曼圖中運用一些線條來形象的表示粒子在太空與時間中運動的過程。這個圖形雖然簡單但是背後蘊含著嚴謹的數學邏輯，而當我們依據費曼圖來處理量子場中各種粒子相互作用時，卻又展開了一場藝術與科學的交融；愛因斯坦對於太空扭曲的理論，又能夠通過藝術家對於光的各種創作而體現出來。
印象畫派崛起一個世紀後，數學界領域發明了“模糊數學”
維爾切克從單一對應的角度闡述了藝術與科學之間的隱喻關係。而梁進則從數學發展史的角度發現了這層隱喻。在古希臘時期，名畫等藝術作品中體現的形狀之美，數學中最簡單的形狀，圓、三角形、四邊形在藝術作品中處處可見，達文西的《維特魯威人》所描繪的一個四肢張開的健壯中年男子。如果以頭、足、手為端點，正好外接形成一個圓形。同時，在畫中疊加著男子兩臂張開平伸的結構，則可以外接一個正方形。這幅畫，將數學的形體現得淋漓盡致。之後，數學史上發生了第一次危機——無理數危機，然而卻造就了黃金分割、黃金數列。而在藝術中，等角螺線、黃金角度等都在藝術作品中被大量運用，成為藝術的圭臬。
達文西的《維特魯威人》
工業革命以後，數學界的第二次危機出現了，關於無窮小的爭論導致了微積分的誕生。數學家的眼光逐漸從具象轉向了抽象。與此同時，同一時期，畫家也受到了嚴酷的挑戰：特別是19世紀初，照相機的問世讓一批畫家丟掉了飯碗，這時候對於畫得“如何像實體”的追求已經已經走到了盡頭，藝術家們在方寸畫布上，也開始追求“抽象”和“感覺”。在這一時期，印象派畫家的出現，梁進認為，在處理模糊方面，藝術走到了數學的前面。數學一直以精準著稱，然而直到印象派崛起的一個世紀後，數學界才發展出“模糊數學”學科，很快用模糊數學來識別、判斷、評價、推理、預測控制模糊過程。第二次數學危機使數學完成了從靜態研究到動態研究的轉變。藝術家也開始在靜態的畫面上嘗試描述動態，如德加的《舞女》、梵高的《星空》都是這一類的作品。
德加的《舞女》、梵高的《星空》等都是在靜態的畫面上嘗試描述動態
數學第三次危機後進入電腦及應用，古典畫追求後現代狂潮
然而，藝術與數學都不會停下發展的腳步，梁進簡述到：“愛因斯坦相對論的問世，普朗克量子力學的誕生使武力走向了新時代。數學史則經歷了‘羅素悖論’的第三次危機。這個時期影響人們思想和生活的是電腦的發明和應用，不確定性成為了研究主要內容。而這一思潮同樣浸潤到藝術中。從古典畫風中走的印象派開始沒落，追求神而非追求形的新的藝術形式脫穎而出，藝術進入到後現代狂潮中。就好像馬蒂斯的《舞蹈》、杜尚的《下樓的裸女》等等，所追求的是主觀，是個性的探索。
藝術與科學的教學相長？
鼓勵理科生多學點藝術、鼓勵人文學生多了解點科學，在科學家的眼裡，人文學科與數理學科之間的互相學習和借鑒具有教學相長的作用。
視覺化有助於法拉第將磁場力假說描繪成一條條磁感線
弗朗克·維爾切克在講座中就提出“藝術通過視覺化幫助了科學的理解”。他說，笛卡爾在一個實驗中就用不同的線條圖形來代替邏輯符號，將方程式直接圖形化、視覺化，明晰了代數方程之間的數理關係。而英國物理學家、化學家法拉第所提出的磁場力線假說，將簡單的將看不見的場描繪成一條條磁感線，英國物理學家、數學家麥克斯韋則將這些磁感線轉化為麥克斯韋方程組，奠定了電氣時代的基石。在維爾切克自己的研究中，則通過電腦模型繪製在空白太空中存在著不同的虛擬粒子與能量的轉換過程，以進行研究。視覺化的過程，將抽象的概念變得更易理解。
嚴加安則始終強調藝術的科學化與科學的藝術化。他認為特別是科普作用應當要具有藝術化的特點，《昆蟲記》《寂靜的春天》《史蒂芬·霍金宇宙大探索》都是很好的例證。甚至是一些科幻作品，例如《三體》都是科學藝術化的良好典範。
嚴加安認為科普作用應當要具有藝術化的特點，如《昆蟲記》《寂靜的春天》等作品都是很好的例證
《蒙娜麗莎》女主角可能膽固醇超標，《清明上河圖》中虹橋因淤泥不對稱
而另一些科學家，則從自身的專業角度發現了藝術與科學教學相長的樂趣。上海大學教授、《名畫在左、科學在右》的作者林鳳生，就用他科學家的目光發現了名畫中的科學故事。林鳳生在談到《蒙娜麗莎》時說，為《蒙娜麗莎》做模特的這位女性，雙眼內眥各有一塊小小的凸起，在醫學上稱為黃斑瘤或脂肪粒，是一種黃色的脂質酸沉積在皮膚下形成的症狀，而且她的雙手上也有一些良性的皮下脂肪瘤的痕跡，由此可以推斷這位女士膽固醇超標，內分泌失調。在中國名畫《清明上河圖》上，林鳳生又發現了中國古代橋梁工匠的創舉。在《清明上河圖》中，橫跨汴河的虹橋並不對稱。從南岸上橋會發現，上坡長而下坡短。原因在於汴河在虹橋處是一段彎曲的河道。南岸高、陡，而北岸坦、寬，這是由於彎曲河道導致內測河泥淤積而形成的。中國古代工匠則因勢而造、因時而為，將北岸的橋墩埋入淤泥之下，形成南北齊平的樣態、並降低橋的縱坡和引道。從畫上則顯示出上坡長而下坡短的景象。
中國名畫《清明上河圖》部分圖樣
一系列的以藝術與科學為題的講座，科學家們大都殊途同歸，兩條看似平行的直線，其實時常處在交匯、融合的狀態。藝術與科學時常相遇於十字路口。正如福樓拜所說，科學與藝術，兩者在山麓分手，有朝一日將在山頂重逢。
現場照片|童毅影，其余來自網絡
微信編輯|袁藝菱
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