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读书 1979 - 2008 全部文章
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《读书》杂志 1979 - 2008 年全部一万余篇文字,查询最少输入两个字符
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标题从美学角度看数理科学
作者赵鑫珊
期数1981年08期
  我认识不少勤奋攻读的理工科学生。其中有些人常常在言谈之中流露出一种精神重负和苦闷,觉得数学和物理太枯燥、太乏味了。他们说,就是毕了业,还要同一堆干巴巴的公式打一辈子交道,往后的日子可怎么过啊!
  青年人的这种苦恼,引起了我的深思。有时候,我也同他们海阔天空地畅谈文学和艺术,谈论唐诗,谈论十九世纪法国风景画,也评论电影新作、艺术体操和梅纽因演奏的古典乐曲,以及大自然的美:夕照、朦胧的月夜和江南的斜风细雨。我发觉他们中的多数,对艺术和自然界的美,都有一种本能的、敏锐的欣赏力,并且表现出不同程度的爱好,这使我又惊又喜。我想,理工科学生热爱艺术和自然美,无疑是件大好事。因为对这些美无动于衷的人,未必就会热衷于追求自然规律的和谐。但令我奇怪的是,这些学生为什么不会把对艺术、自然的美感,推及、扩大到数理科学中去呢?有人误把数理科学看成是一堆毫无生气的公式,这可能同他们对自然科学缺乏美感、缺乏数学美学和物理美学教育很有些关系。我以为,研究美学的人忽视自然科学是个缺陷,研究自然科学的人忽略美学则更是一大欠缺。
  换个角度,用美学观点去看数理科学,那么,展现在你面前的,就决不是先前那堆索然寡味的公式,而是一串串令人赞美的“珍珠”了。
  试以高等数学中马克劳林公式为例。比如,把该公式应用于函数f(x)=ex,则该函数可表述为如下无穷级数:


  令x=1,于是便导出了关于数e的无穷级数:


  在该级数中,取的项数越多,所得e的值也就越精确。
  上面这个无穷级数,在理工科学生中是尽人皆知的。每个人都会推导它,计算它,但往往只是“就事论事”,丝毫不带一点感情色彩;至于怀着一种美感,从面前一堆无声无色的数字拉开一段距离来鉴赏、玩味,从而自内心深处发出一阵赞叹,就很少见了。
  让我们换个角度,用欣赏维纳斯雕像或泰山日出的眼光去看上面那个级数,你就会豁然顿悟,被那逻辑推理的优美和它具有的伟力,以及纯粹数学天衣无缝的结构,和谐简洁的层次,美妙无比的对称排列,激动得拍案叫绝、叹为观止的。这样一个级数难道不是宇宙间第一流感天地、泣鬼神的诗么?难道只有唱出“孤帆远影碧空尽,唯见长江天际流”这类佳句才能算是诗么?
  所谓诗,从某种意义上说,就是和谐、简洁和对称美。凡具有这些素质的事物,皆可称之为诗,或曰有诗意、有诗的境界。从美学角度看,每一个数学公式和物理定律(从它的逻辑推导到结果,再到应用),都是能给人的理智以极大美感享受的诗。伟大的数学家和物理学家堪称为另一种类型、另一种格式的自然诗人;他们的数理诗作,就境界、优美和伟力而言,决不在唐诗或歌德的杰作之下。在整个人类文化的天宇中,它们各自发出灿烂绚丽的光芒,相映成辉,照耀千古。
  是的,每一个数学公式从本质上来说,都是诗。即便是C=2πR这个初等数学公式,也是宇宙间第一等好诗。哦,圆周长和半径之间原来存在着这样一种简洁、绝妙、和谐的关系!这种达四海、塞天地、亘古今的囊括力,以及它所造出的庄严、永恒的意境,不是诗是什么?如果这种数学诗不能激起你的美感和冲动,那你就没有资格研究数学。难怪美国现代数学家洛易甫告诫人们说:“在数学中,也正如在各种体裁的诗歌中一样,读者从素质上必须是一个富有想象力的人。”十九世纪德国大数学家魏尔斯特拉斯说得更好:“如果一个数学家不具备诗人的某种气质,他就永远休想成为一个大数学家。”
  把数学当作诗来读吧!果真如此,那么,摆在你面前的任何一本数学教程就会突然从一堆死气沉沉的公式变成洋溢着和谐、绝妙和对称美的一部诗集。
  读数学如此,读物理亦然。每个物理定律和方程本质上都是一首自然赞美诗。E=mC2这个著名的质能相当性定律难道不是天地间第一等好诗么?它所具有的完美性和囊括物质世界的伟力,不知博得了多少人的赞叹和惊异。至于谈到广义相对论,现代西德著名物理学家玻恩则钦佩“它是一件伟大的艺术作品”,因为它是“哲学领悟、物理直觉和数学技巧最惊人的结合。”理论物理如此,实验物理亦如是。爱因斯坦就叹服迈克耳孙实验的优美,认为“迈克耳孙是科学的艺术家”。
  的确,大科学家之所以成其为大科学家,自然有许多独特的素质。我以为,对科学怀有强烈的美感和激情即其一种。比如十二岁的爱因斯坦,就被欧几里得平面几何体系的逻辑推理美和伟力所深深激动。这种强烈的美感贯穿他的整个科学生涯。他的科学见地常常独具慧眼,高人一筹,这不能不是一个原因。
  翻开许多科学家的传记,读者在字里行间每每能发觉他们从事科学研究的内在动力,这就是狂热地追求科学中所体现出来的大自然美。法国近代著名数学家彭加莱就很坦率地说过,科学家研究自然,是因为“他从中能得到乐趣;他之所以能从中得到乐趣,是因为它美。如果大自然不美,那就不值得去研究它,生命也就没有存在的价值了。”彭加莱所说的美,就是指大自然“内在的美。”
  有的科学家甚至把这种审美标准看得高于一切,走到了极端。比如当代著名英国理论物理学家、诺贝尔奖金获得者狄拉克就一再声称:“方程中所具有的完美性要比它们符合实验更为重要。”
  至于在艺术活动中,美感的重要性是不言而喻的。据说有位大画家,当一轮满月徐徐从树后升起,他被那种壮丽的情景激动得哭了。艺术家在大自然美的面前如果没有激情,那是不可想象的;同样,科学家对宇宙规律和秩序没有发自内心的赞叹,也是不可想象的。
  我不相信,没有强烈的美感,没有激情,照样可以把数学和物理学念得出类拔萃。
  让我们从美学的角度去看数学和物理学书籍吧,那是一个美的王国啊!
  愿两千多年前我们中国一位伟大哲人的气势磅礴的心声永远回响在我们的胸怀:
  “判天地之美,
  析万物之理。”
  (庄子:《天下篇》)

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